DE9317688U1 - Hochspannungs-Versorgungsschaltung - Google Patents

Hochspannungs-Versorgungsschaltung

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Description

LAWT 81635 München
Postfach 860820
Telefon (089) 45563-0 Telex522621 · Fax(089)4705068
Bischl Electronic GmbH 81679 München
Römerstr. &igr; Kopernikusstraße
._.,__ , . TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÜNCHEN
82418 Seehausen
Hochspannungs-Versorgungsschaltung
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Versorgungsschaltung, insbesondere für eine Hochvolt-Leuchtröhre, umfassend einen Hochspannungs-Transformator mit aufwärts transformierendem Verhältnis der Windungszahl seiner Sekundärwicklung zur Windungszahl seiner Primärwicklung.
Bei Hochvolt-Leuchtröhren, deren Betriebsspannung im Kilovoltbereich liegt, werden üblicherweise Streufeld-Hochspannungstransformatoren zur Erzeugung der Betriebsspannung verwendet. Streufeldtransformatoren führen zu einer Strombegrenzung in der Sekundärwicklung und dienen damit dem Schutz der an diese angeschlossenen, in der Regel niederohmigen Leuchtröhren, weisen aber den Nachteil auf, relativ groß zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Hochspannungs-Versorgungsschaltung mit der Möglichkeit einer Strombegrenzung im Sekundärwicklungskreis zu schaffen, welche kompakter als bisher gebaut werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der gattungsgemäßen Hochspannungs-Versorgungsschaltung die
Primärwicklung des Transformators an einen Impulsgenerator angeschlossen ist, der eine Impulsfolge vorgegebener Impulsfolgerate mit steuerbarem Tastverhältnis erzeugt, daß in Serie zur Sekundärwicklung eine Strommeßschaltung angeschlossen ist und daß auf die Strommeßschaltung ansprechende, das Tastverhältnis des Impulsgenerators steuernde Regelmittel vorgesehen sind, die den Strom in der Sekundärwicklung auf einem vorgegebenen Strom-Sollwert halten. Über das Tastverhältnis, welches die im Transformator übertragene Leistung bestimmt, kann der Strom in der Sekundärwicklung geregelt und damit zuverlässig begrenzt werden. Ein spezieller Transformator ist dazu nun nicht mehr erforderlich. Der Impulsgenerator, dessen vorgegebene Impulsfolgerate geeignet hoch, insbesondere größer als 8 kHz und speziell größer als 16 kHz sein kann, trägt weiter zur Möglichkeit bei, einen relativ kleinen Transformator zu verwenden.
Wenn die Hochspannungs-Versorgungsschaltung eine Transformator-Treiberschaltung mit zwei in Serie zueinander an Gleichspannungsanschlüssen angeschlossenen Kondensatoren und zwei in Serie zueinander gleichfalls an die Gleichspannungsanschlüsse angeschlossenen, steuerbaren Schaltern aufweist und die Primärwicklung zwischen die Serienverbindungspunkte der Kondensatoren einerseits und der Schalter andererseits geschaltet ist und der Impulsgenerator die Schalter wechselweise entsprechend dem durch die Regelmittel bestimmten Tastverhältnis einschaltet, kann der magnetische Kreis besser ausgenutzt werden und damit bei geringerem Transformatorvolumen eine höhere Leistung erreicht werden.
Die Vorteile schneller Halbleiterschalter können dann genutzt werden, wenn die. Schalter als Transistor-Schalter ausgebildet sind. Die dabei notwendige Einstellung des Arbeitspunktes der beiden Transistor-Schalter relativ zu einem aufgrund des wechselweisen Durchschaltens der beiden Transistoren variablen Spannungsniveau kann in geeigneter und einfacher Weise
dadurch erreicht werden, daß die Steuerelektroden der Transistor-Schalter an eine Schalter-Treiberschaltung ange^- schlossen sind und die Schalterstrecken der Transistor-Schalter in Serie zueinander an Gleichspannungsanschlüsse angeschlossen sind, von denen einer auf Massepotential liegt, und daß an den Verbindungspunkt der Schalterstrecken ein mit einer bezogen auf das Massepotential eine Gleichspannung abgebenden Vorspannungsquelle verbundener Bootstrap-Kondensator angeschlossen ist, dessen dem Verbindungspunkt ferner Anschluß mit der Schalter-Treiberschaltung verbunden ist.
Wenn die Kondensatoren gleiche Kapazität haben und der Impulsgenerator die Schalter mit gleichem Testverhältnis wechselweise einschaltet, wird der Transformator symmetrisch angesteuert. Weil dadurch verhindert wird, daß der Transformatorkern unsymmetrisch in die Sättigung getrieben wird, kann dieser Kern relativ klein sein.
Der Vermeidung von Spannungsspitzen im Transformatorausgang dient es, wenn zwischen jede Steuerelektrode der Transistor-Schalter und die Schalter-Treiberschaltung ein als Verzögerungsglied wirkendes Tiefpaßfilter geschaltet ist.
Die Strommeßschaltung kann mit geringem Bauteil- und Schaltungsaufwand verwirklicht werden, wenn sie wenigstens einen in Serie zur Sekundärwicklung geschalteten Strommeßwiderstand aufweist, der mit einem ersten Anschluß auf Massepotential liegt und mit einem zweiten Anschluß über eine Diode an die Regelmittel angeschlossen ist. Insbesondere wird erreicht, daß die am Strommeßwiderstand abnehmbare Spannung auf Massepotential· bezogen ist.
Wenn die Strommeßschaltung zwei in Serie zueinander und zur Sekundärwicklung geschaltete Strommeßwiderstände aufweist, deren zweite Anschlüsse über gesonderte Dioden mit den
• *
Regelmitteln verbunden sind, spricht die Stromregelung rasch an, da eine Änderung des Stroms in jeder Halbwelle erfaßt wird.
Die Überschlagfestigkeit der Sekundärwicklungen gegenüber Masse bzw. Transformatorkern wird erhöht, wenn die Sekundärwicklung zwei Wicklungsabschnitte, insbesondere mit gleichen Windungszahlen aufweist, die über die beiden Strommeßwiderstände in Serie geschaltet sind, da dann die Ausgangshochspannung, insbesondere gleichmäßig, auf die beiden Sekundärwicklungsabschnitte aufgeteilt wird.
Die Hochspannungs-Versorgungsschaltung kann aus dem Wechselspannungsnetz versorgt werden, wenn die Gleichspannungsanschlüsse der Kondensatoren an einen Gleichrichter angeschlossen sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Die mit 1 bezeichnete Hochspannungs-Versorgungsschaltung umfaßt einen Hochspannungstransformator 3, an dessen Sekundärwicklungsausgänge 5 und 7 eine Hochvoltleuchtröhre 9 angeschlossen ist. Die Primärwicklung 11 ist unter Bildung einer Polwende-Brückenschaltung zwischen die Serienverbindungspunkte zweier an Gleichspannungsanschlüsse 13 und 15 angeschlossener, einen kapazitiven Spannungsteiler bildender Ladekondensatoren 17 und 19 bzw. zweier mit Massepotential und dem Gleichspannungsanschluß 15 verbundener Feldeffekttransistoren 21 und 23 geschaltet. Die Steuerelektroden 25 und 27 dieser beiden Transistoren 21 und 23 sind an einen eine Transistor-Treiberschaltung und Regelmittel für das Tastverhältnis der Transistoren 21, 23 umfassenden Impulsgenerator 29 angeschlossen.
Der Impulsgenerator 29 schaltet mit vorzugsweise einstellbarer Frequenz wechselweise die Transistoren 21 und 23 in Durchlaßrichtung. Auf diese Weise wird die Primärwicklung von einem mit der Schaltfrequenz die Richtung umkehrenden Strom durchflossen.
Die Sekundärwicklung des Hochspannungs-Transformators 3 weist zwei Wicklungsabschnitte 31 und 32 auf, welche über jeweils einen Strommeßwiderstand 35 und 37 symmetrisch mit Masse verbunden sind. Zwischen den Strommeßwiderständen 35 und 37 und den Wicklungsabschnitten 31 und 33 wird jeweils ein dem Sekundärwicklungsstrom entsprechendes Signal über zwei Dioden 39 und 41 und eine Widerstände und Kapazitäten umfassende Glättungsanordnung 43 den Regelmitteln des Impulsgenerators 29 zugeführt. Dieses dem Sekundärwicklungsstrom ensprechende Ist-Signal wird mit einem dem gewünschten Strom in der Hochvoltröhre 9 entsprechenden, bei 45 zuführbaren Sollwert verglichen. Bei Abweichung zwischen Ist- und Soll-Wert verändert die Transistor-Treiberschaltung des Impulsgenerators 29 das Tastverhältnis, d.h. den Anteil der Zeitdauer an einer Impulsperiode, in der jeweils einer der Transistoren 21, 23 durchgeschaltet ist, derart, daß der Sekundärwicklungsstrom auf den Soll-Wert geregelt wird.
Da sich die Steuerelektroden 25,27 durch das wechselweise Durchschalten der beiden Transistoren 21,23 auf ein variables Potential beziehen, ist zur Einstellung des Arbeitspunkts der beiden Transistoren 21 und 23 ein zwischen die Transistoren und eine 12 V abgebende Vorspannungsquelle 47 geschalteter Bootstrap-Kondensator 49 vorgesehen. Der über eine Diode 50 mit der Vorspannungsquelle 47 verbundene Kondensator 49 erzeugt insbesondere bei gesperrtem Transistor 23 eine geeignte Potentialdifferenz zwischen der Steuerelektrode 25 und dem Drain-Potential des Transistors 21.
Zwischen die Transistor-Treiberschaltung des Impulsgenerators 29 und die Steuerelektroden 25 und 27 der beiden Transistoren 21,23 sind jeweils einen Widerstand und einen Kondensator umfassende Tiefpaßfilter 48 und 51 geschaltet, welche der Anstiegsverzögerung der Schaltimpulse und damit der Vermeidung von Spannungsspitzen am Transformatorausgang dienen.
Statt zweier Sekundärwicklungsabschnitte ist es natürlich auch möglich, nur einen, etwa 31, vorzusehen, wobei dann die Leuchtröhre 9 zwischen den Ausgang 5 und den gestrichelt gezeichneten Ausgang 53 geschaltet wird. Dabei erhöht sich allerdings das Spannungspotential am Ausgang bezogen auf Masse.
Die den Gleichspannungsanschlüssen 13 und 15 zugeführte Gleichspannung kann von einem über ein Siebglied 55 an das Wechselspannungsnetz angeschlosenen Gleichrichter 57 kommen. Dabei ist es zweckmäßig, die mit dem Bootstrap-Kondensator verbundene Vorspannungsquelle 47 über einen nicht dargestellten Transformator und einen gleichfalls nicht dargestellten Gleichrichter aus der gleichen Wechselspannungsquelle zu versorgen.
• ·

Claims (10)

Bischl Electronic GmbH Römerstr. 1 82418 Seehausen Ansprüche
1. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1), insbesondere für eine Hochvolt-Leuchtröhre (9), umfassend einen Hochspannungs-Transformator (3) mit aufwärtstransformierendem Verhältnis der Windungszahl seiner Sekundärwicklung (31,33) zur Windungszahl seiner Primärwicklung (11), dadurch gekennzeichnet, daß
die Primärwicklung (11) des Transformators (3) an einen Impulsgenerator (29) angeschlossen ist, der eine Impulsfolge vorgegebener Impulsfolgerate mit steuerbarem Tastverhältnis erzeugt,
daß in Serie zur Sekundärwicklung (31,33) eine Strommeßschaltung (35,37,39,41) angeschlossen ist, und daß auf die Strommeßschaltung (35,37,39,41) ansprechende, das Tastverhältnis des Impulsgenerators (29) steuernde Regelmittel vorgesehen sind, die den Strom in der Sekundärwicklung (31,33) auf einem vorgegebenen Strom-Sollwert halten.
2. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Transformator-Treiberschaltung mit zwei in Serie zueinander an Gleichspannungsanschlüssen (13,15) angeschlossenen Kondensatoren (17,19) und zwei in Serie zueinander gleichfalls an die Gleichspannungsanschlüsse (13,15) angeschlossenen, steuerbaren Schaltern (21,23) vorgesehen ist,
daß die Primärwicklung (11) zwischen die Serienverbindungspunkte der Kondensatoren (17,19) einerseits und der Schalter (21,23) andererseits geschaltet ist,
und daß der Impulsgenerator (29) die Schalter (21,23) wechselweise entsprechend dem durch die Regelmittel bestimmten Tastverhältnis einschaltet.
3. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schalter als Transistor-Schalter (21,23) ausgebildet sind, deren Steuerelektroden (25,27) an eine Schalter-Treiberschaltung angeschlossen sind und deren Schalterstrekken in Serie zueinander an Gleichspannungsanschlüsse (13,15) angeschlossen sind, von denen einer auf Massepotential liegt, und daß an den Verbindungspunkt der Schalterstrecken ein mit einer bezogen auf das Massepotential eine Gleichspannung abgebenden Vorspannungsquelle (47) verbundener Bootstrap-Kondensator (49) angeschlossen ist, dessen dem Verbindungspunkt ferner Anschluß mit der Schalter-Treiberschaltung verbunden ist.
4. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kondensatoren (17,19) gleiche Kapazität haben und der Impulsgenerator (29) die Schalter (21,23) mit gleichem Testverhältnis wechselweise einschaltet.
5. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen jede Steuerelektrode (25,27) der Transistor-Schalter (21,23) und die Schalter-Treiberschaltung ein als
Verzögerungsglied wirkendes Tiefpaßfilter (49,51) geschaltet ist.
6. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strommeßschaltung wenigstens einen in Serie zur Sekundärwicklung (31,33) geschalteten Strommeßwiderstand (35,37) aufweist, der mit einem ersten Anschluß auf Massepotential liegt und mit einem zweiten Anschluß über eine Diode (39,41) an die Regelmittel angeschlossen ist.
7. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Strommeßschaltung zwei in Serie zueinander und zur Sekundärwicklung (31,33) geschaltete Strommeßwiderstände (35,37) aufweist, deren zweite Anschlüsse über gesonderte Dioden (39,41) mit den Regelmitteln verbunden sind.
8. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Sekundärwicklung zwei Wicklungsabschnitte (31,33), insbesondere mit gleichen Windungszahlen aufweist, die über die beiden Strommeßwiderstände (35,37) in Serie geschaltet sind.
9. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gleichspannungsanschlüsse (13,15) der Kondensatoren (17,19) an einen Gleichrichter (57) angeschlossen sind.
10. Hochspannungs-Versorgungsschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgerate der vom Impulsgenerator (29) erzeugten Impulsfolge größer als 8 kHz und insbesondere größer als 16 kHz ist.
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