NL1038640C2 - Werkwijze en inrichting voor een audioversterker. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor een audioversterker

Onderhavige vinding betreft een werkwijze en inrichting.

In high end audioversterkers in het algemeen en buizenversterkers in het bijzonder wordt het single ended versterker principe nog steeds toegepast vanwege de klankkleur en de geringe signaalvervorming door introductie van met name oneven harmonischen. Hierbij wordt de lage energie-efficiency, die toepassing van een single ended audioversterker met zich meebrengt voor lief genomen. Een eerste belangrijk nadeel dat single ended audioversterkers volgens stand der techniek met zich meebrengen is de 50 Hz en/of 100 Hz brom van deze versterkers die wordt veroorzaakt door de voedingsbron van de versterker die meestal uit een 50 Hz transformator bestaat gevolgd door een diodebrug, afvlakcondensators en een smoorspoel. Een tweede belangrijk nadeel dat single ended versterkers volgens stand der techniek met zich meebrengen is dat de ruststroom, ook wel instelstroom genoemd, door de primaire wikkeling van de single ended transformator een statisch magnetisch veld in de kern van de transformator tot gevolg heeft, hetgeen tot verzadiging van de kern kan leiden. Hierdoor zijn single ended audiotransformators vaak groot en wordt het gedrag van de transformators desondanks nadelig beinvloed door de gelijkstroom.

Onderhavige vinding betreft een audioversterker gekenmerkt door een schakelende voeding werkend volgens het push pull principe bestaande uit ten minste een scheidingstransformator met een primaire spoel met middenaftakking en een ferrietkern, een eerste microcontroller vermeerderd met software ter opwekking van het push pull signaal om de schakelende voeding aan te sturen, ten minste een ingang waarop een te versterken audiosignaal kan worden aangesloten en ten minste een versterkertrap voorzien van een single ended transformator met het kenmerk dat door een eerste primaire wikkeling van deze single ended transformator in de rusttoestand een eerste gelijkstroom loopt waarbij deze gelijkstroom verandert in het ritme van het te versterken audiosignaal zodra dit audiosignaal op de ingang van de versterker wordt aangesloten en dat door ten minste een tweede wikkeling van de single ended transformator een tweede gelijkstroom loopt die een magnetische veld opwekt dat tegengesteld is aan het door de eerste gelijkstroom opgewekte magnetisch veld. Hierdoor is in de rusttoestand van de versterker het netto magnetisch veld door de kern van de transformator kleiner vergeleken met de situatie dat de tweede gelijkstroom gelijk is aan nul. Bij voorkeur wordt de tweede gelijkstroom door middel van de eerste microcontroller softwarematig ingesteld. Het resultaat is een single ended audioversterker zonder 50 Hz en / of 100 Hz stoorsignaal waardoor de kern van de single ended audiotransformator minder snel in verzadiging raakt dan bij single ended versterkers volgens stand der techniek.

Een dergelijke versterker maakt mogelijk een single ended audioversterker zonder 50 Hz en / of 100 Hz brom en zonder nadelige gevolgen van de instelstroom door de single ended transformator op de werking van deze transformator.

De single ended audioversterker is ook uitstekend toepasbaar als versterker van ultrasone signalen en als lineaire versterker in elektromagnetische zenders.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een buizenver-sterker omvattende de inrichting zoals beschreven.

Een dergelijke buizenversterker biedt dezelfde voordelen en effecten als beschreven voor de werkwijze en/of beschreven bij de uitvoeringsvormen volgens de vinding.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze geschikt voor de inrichting en/of versterker zoals beschreven .

Een dergelijke werkwijze biedt dezelfde voordelen en effecten als beschreven voor de inrichting en/of versterker en/of beschreven bij de uitvoeringsvormen volgens de vinding .

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van voorkeursuitvoeringsvormen daarvan, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen, waarin tonen: - figuur 1, schematische voorstelling van spiraalgewonden spoel; - figuren 2 en 3, voorbeelden van een schakeling volgens een uitvoeringsvorm volgens de vinding in het bijzonder gericht op een opstart van een microprocessor; en - figuren 3 en 4, een voorbeeld van een stroomvoorziening, in het bijzonder in een natte en vochtige omgeving.

Volgens een eerste aspect bestaat de technologie van onderhavige vinding uit een schakelende voeding. Deze schakelende voeding werkt volgens het principe van een push pull versterker waarbij het stuursignaal van deze versterker bij voorkeur wordt geleverd door een microcontroller. De werking van de schakelende voeding volgens de technologie van onderhavige vinding wordt uitgebreid beschreven in NL1037885.

De inrichting volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt gekenmerkt door een platte spiraalgewonden spoel, middelen om het aantal windingen van de spoel dat effectief bijdraagt aan de inductiviteit van de spoel te variëren en desgewenst middelen om een dergelijke regelbare spiraalge-wonden spoel te combineren met een capaciteit verschaffend elektrisch geleidend oppervlak waaronder een tweede spiraai-gewonden spoel die optioneel ook regelbaar is en tevens gebruikt kan worden als transformator in combinatie met de eerste spiraalgewonden spoel. De regelbare spiraalgewonden spoelen worden bij voorkeur aangebracht op een printplaat. Belangrijke kenmerken van de elektronische onderdelen volgens onderhavige vinding ten opzichte van producten volgens de huidige stand der techniek zijn lage productiekosten, geringe afmetingen, hoge elektrische efficiency, mechanische stabiliteit en toepasbaarheid bij hoogspanning. De technologie volgens de onderhavige vinding maakt gebruik van spiraalgewonden spoelen. Figuur 1 geeft een schematische voorstelling van een spiraalgewonden spoel volgens onderhavige vinding.

De spoel is bij voorkeur aangebracht op een dunne isolator zoals een printplaat en kan qua geometrie uit rechte lijnen bestaan zoals in figuur 1 weergegeven of een Archimedes spiraal of een andere geometrische figuur. In de huidige aanvrage wordt met de aanduiding spiraalgewonden spoel een platte spoel bedoeld met een Archimedes spiraal en een geometrie zoals weergegeven in figuur 1 als niet beperkende voorbeelden. De spoel in figuur 1 heeft aansluitpunten 101 en 103. Via deze aansluitpunten wordt de spoel verbonden met een elektrisch circuit. Verder heeft de spoel in figuur 1 een contactpunt 102. Dit contactpunt is middels een bijvoorkeur flexibele draad aangesloten op aansluitpunt 101 of aansluitpunt 103. Aan de hand van figuur 1 wordt nu de werking van onderhavige vinding uitgelegd. In een eerste uitvoeringsvorm is een spiraalgewonden spoel volgens figuur 1 op een printplaat aangebracht. De printbanen die de spoel vormen zijn niet geïsoleerd en van een goede dikte en kwaliteit. Aansluitpunten 101 en 103 zijn verbonden met een elektrisch circuit waarvan de eigenschappen ingesteld kunnen worden door de inductiviteit van de spoel te variëren. Contactpunt 102 is middels een flexibele elektriciteitsdraad verbonden met aansluitpunt 101. Door nu contactpunt 102 over de nietgeisoleerde printbanen te schuiven kan het aantal effectieve windingen van de spiraalgewonden spoel worden ingesteld. Hierdoor hebben we een spoel verkregen met een instelbare inductiviteit. Het is voor de vakman duidelijk dat contactpunt 102 van magnetisch materiaal of van bijvoorbeeld ijzer kan worden gemaakt. Indien dan aan de achterkant van de printplaat via ar op de spiraalgewonden spoel is aangebracht ook een magneet of magnetisch materiaal wordt bevestigd, ontstaat een schuifregelaar. Door de magnetische kracht tussen beide magneten of tussen een magneet en magnetisch materiaal dat zich aan weerszijden van de printplaat bevindt wordt contactpunt 102 continu tegen de spoel gedrukt. Indien contactpunt 102 wordt verschoven zal door de magnetische kracht het object aan de andere kant van de printplaat meeschuiven. Het resultaat is een regelbare spoel. Het is voor de vakman duidelijk dat een dergelijke regelbare spoel in massaproductie kan worden geproduceerd tegen een zeer lage kostprijs en dat de kwaliteitsfactor van een dergelijke spoel hoog is. Het is voor de vakman ook duidelijk dat in plaats van een magneetsysteem ook een systeem kan worden gekozen waarbij door middel van een schroefas contactpunt 102 over de geleidende printbanen wordt verplaatst.

In een tweede uitvoeringsvorm bestaat de spoel niet uit een klassieke geleider die spiraalgewonden op een oppervlak is aangebracht maar uit een coating die geleidende deeltjes zoals koperdeeltjes of grafiet bevat. Een niet beperkend voorbeeld van een dergelijke lak is EMV Lak 35 van Kontakt Chemie (Hochleitfahiger Abschirmlack auf Kupferbasis). Deze lak is niet geleidend voor gelijkspanning maar wel voor hoogfrequente wisselspanning. Op deze wijze kan men een spoel verkrijgen die alleen wisselspanning geleidt. Het is voor de vakman duidelijk dat een dergelijke spoel ook een capaciteit heeft aangezien de individuele deeltjes in de metaallak zich als condensator gedragen. Van deze eigenschap kan gebruik worden gemaakt door de dikte van de coating en de samenstelling van de coating zodanig te kiezen dat er steeds sprake is van een afgestemde kring wanneer contactpunt 102 over de coating wordt geschoven. Het is voor de vakman ook duidelijk dat het oppervlak van contactpunt 102 voldoende groot moet zijn om ervoor zorg te dragen dat de capaciteit tussen contactpunt 102 en de coating een verwaarloosbare invloed heeft op de eigenschappen van de op deze wijze gerealiseerde spoel -condensator schakeling. Het is voor de vakman ook duidelijk dat het met moderne printtechnieken mogelijk is om met onderhavige vinding spoelen te produceren met een zeer hoge inductiviteit terwijl deze spoelen slechts een klein oppervlak hebben.

Desgewenst kan ook een combinatie van technieken volgens onderhavige vinding worden toegepast 'waarbij op een printplaat een voer hoogfrequente wisselspanning geleidende coating wordt aangebracht die in verbinding staat met klassieke printbanen die uit een geleidend metaal of polymeer bestaan. Dergelijke combinaties kunnen worden toegepast bij het onderdrukken van hoogfrequente storingen. In een derde uitvoeringsvorm worden twee spiraalgewonden spoelen aan weerszijden van een printplaat aangebracht. Indien de eerste spoel, verderop primaire spoel genoemd, wordt verbonden met wisselspanningsbron 2al op de aansluitingen van de secundaire spoel een wisselspanning komen te staan die afhankelijk is van de spoelgeometrie en het aantal windingen dat de primaire spoel telt ten opzichte van het aantal windingen dat de secundaire spoel telt. Er is dus sprake van een transformator. Door de primaire spoel en/of de secundaire spoel uit te rusten met contactpunt volgens de constructie in figuur 1, wordt een regelbare transformator verkregen. Het is voor de vakman duidelijk dat een transformator volgens onderhavige vinding zeer breed inzetbaar is. Ook kan een dergelijke transformator als vervangingsonderdeel worden toegepast waarbij de exacte eigenschappen van de transformator die vervangen dient te worden kunnen worden ingesteld gebruikmakend van een en hetzelfde massaproduct. Op het moment dat een transformator volgens onderhavige vinding de juiste eigenschappen heeft wordt het contactpunt desgewenst vast gesoldeerd of vastgezet op de printplaat. Het is voor de vakman duidelijk dat transformators volgens onderhavige vinding geschikt zijn voor toepassingen op het gebied van signaaloverdracht, hoog-spanningstransformators vanwege het goede dielectricum dat tussen de primaire en de secundaire spoel zit (het materiaal waarvan de printplaat is vervaardigd), antennetuners, tweeters van audioversterkers. In een vierde uitvoeringsvorm wordt een spiraalgewonden spoel volgens het in figuur 1 uitgelegde principe toegepast als variabele condensator. Hiertoe wordt aan de achterkant van een printplaat, waarop zich een spoel volgens het principe van figuur 1 bevindt, een laag metaal aangebracht. Verder wordt in plaats van een cirkelvormig contactpunt 102 een rechthoekig contactpunt 102 toegepast met een lengte die gelijk is aan de diameter van de spiraalgewonden spoel. Op de plek waar het rechthoekig contactpunt 102 zich bevindt, is over een rechte lijn van het centrum van de spoel naar de buitenkant van de spoel bij elke winding het contact tussen de volgende winding en de voorgaande winding verbroken. Het gevolg is dat bij afwezigheid van contactpunt 102 er geen sprake is van een spoel aangezien deze na elke winding elektrisch losgekoppeld wordt van de volgende winding. Indien echter het rechthoekig contact op de printplaat wordt geschoven ter plekke van de elektrische onderbrekingen worden de elektrische onderbrekingen in de spiraalgewonden spoel hersteld met als gevolg dat de capaciteit van de condensator die ontstaat door het metaaloppervlak aan een kant van de printplaat en de spiraalgewonden spoel aan de andere kant van de printplaat toeneemt. We hebben op deze wijze een variabele condensator verkregen. Deze condensator heeft ook een induc-tiviteit maar deze kan zo worden gekozen dat dit voor de beoogde toepassing niet storend is. Het is voor de vakman duidelijk dat veel combinaties tussen genoemde uitvoeringsvormen mogelijk zijn. De draagwijdte van onderhavige vinding is dan ook geenszins beperkt tot de genoemde uitvoeringsvormen. Nu het principe van onderhavige vinding bekend is wordt een niet beperkend aantal toepassingen genoemd. Onderhavige vinding kan worden toegepast als of worden verwerkt in: variabele spoelen, variabele condensators, transformators, transformators voor hoogfrequente wisselstromen, hoogspanningstransformators, hoogspanningscondensators of variabele hoogspanningsconden-sators, afgestemde kringen in radiocommunicatieapparatuur, afgestemde kringen voor energieoverdracht tussen twee of meer galvanisch gescheiden circuits, in antennetuners, in audiotoepassingen als hoge tonen filter of ter correctie van afwijkingen in de vermogensfrequentiekarakteristiek. In een uitvoeringsvorm worden de transformators volgens de onderha vige vinding ingegoten in giethars. Optioneel bevat deze giethars een dispersie van commercieel verkrijgbare ferriet-deeltjes of ferrietpoeder. Een uitvoeringsvorm volgens de onderhavige vinding betreft een werkwijze of inrichting voor een modulair opgebouwde transformator gekenmerkt door ten minste een primaire, bij voorkeur spiraalgewonden, spoel aangebracht op een oppervlak, zoals een printplaat, en ten minste een secundaire spiraalgewonden spoel die eveneens is aangebracht op een oppervlak al dan niet voorzien van ferriet ter koppeling van de spoelen. De spoelen of spoelcombinaties, die samen de transformator vormen, bestaan bij voorkeur uit losse stapelbare oppervlakken waarop contactpunten zijn aangebracht zodat na stapeling van de oppervlakken een transformator ontstaat. Op deze wijze kunnen in een en dezelfde productielijn snel, nauwkeurig, automatisch en reproduceerbaar transformators met verschillende eigenschappen worden geproduceerd. De eigenschappen van de transformator kunnen worden ingesteld aan de hand van de aard van de bouwstenen en de wijze waarop de bouwstenen worden gestapeld. Volgens de huidige stand der techniek worden transformators geproduceerd door wikkeling van spoelen die vervolgens om een kern worden geplaatst. De eigenschappen van een transformator worden onder meer bepaald door de dikte van het toegepaste koperdraad, het aantal windingen van de spoelen, de eigenschappen en geometrie van de toegepaste kern en de frequentie van de toegepaste wisselspanning. Ten opzichte van andere elektronische componenten is de productie van transformatoren bewerkelijk. Het wikkelen van spoelen dient precies en zorgvuldig te gebeuren om de gewenste eigenschappen van een transformator te waarborgen en kortsluiting te voorkomen. Onderhavige uitvoering betreft een werkwijze en inrichting voor een nieuw type modulair opgebouwde transformator die automatisch en goed reproduceerbaar kan worden geproduceerd en waarvan de eigenschappen kunnen worden ingesteld. De technologie volgens de onderhavige vinding maakt bij voorkeur gebruik van spiraalgewonden spoelen maar is daartoe niet beperkt.

Als niet limiterend voorbeeld van de in het eerste aspect van onderhavige vinding omschreven schakelende voeding volgt nu een voorbeeld van een dergelijke voeding.

Voorbeeld 1.

De schakelende voeding bestaat volgens een eerste aspect uit een voeding. Deze voeding betrekt zijn elektrische energie bij voorkeur uit het lichtnet of uit een accu of uit een zonnecel of uit een turbine waaronder een windmolen of uit een microbiele brandstofcel.

Volgens een tweede aspect bestaat de schakelende voeding uit een microprocessor en/of microcontroller en/of PC, verderop kortweg microprocessor genoemd, die op ten minste 2 uitgangen alternerend een gepulseerde gelijkspanning zoals bijvoorbeeld een blokspanning levert. De frequentie en eventueel de amplitude van de gepulseerde gelijkspanning zijn softwarematig instelbaar en de kloksnelheid van de microprocessor wordt bij voorkeur middels een extern kristal ingesteld. Volgens een derde aspect bestaat de schakelende voeding uit een voorversterker die elk van de (blok)spanningen die door de microprocessor geleverd worden versterkt. Bij voorkeur bestaat een dergelijke voorversterker uit een NPN transistor zoals een transistor van het type BC547B die met de basis is aangesloten op de uitgang van de microprocessor, waarvan de emitter op de nul is aangesloten en de collector via een collectorweerstand op de plus is aangesloten. Volgens een vierde aspect bestaat onderhavige vinding uit een vermogensversterker die door de voorversterker wordt gevoed. De vermogensversterker bestaat bij voorkeur uit 2 FETs. De gate van elke FET wordt aangesloten op een kanaal van de voorversterker. Voor de koppeling van de gate van de FETs aan de voorversterker wordt optioneel gebruik gemaakt van 2 weerstanden als spanningsdeler en/of een koppeicondensator en/of een zenerdiode. Het eindresultaat is dat beide FETs van de vermogensversterker alternerend aan en uitgeschakeld worden door de microprocessor. Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van N FETs en een niet limiterend voorbeeld van geschikte FETs zijn FETs van het type IRF640, IRF840. De drain van beide FETs wordt aangesloten op de primaire wikkeling van een transformator die met een middenaftakking is uitgerust. De middenaftakking wordt aangesloten op de plus van de voedingsbron. Door nu beide FETs alternerend te schakelen wordt op de secundaire wikkeling van de transformator een wisselspanning opgewekt. Kort samengevat werkt de vermogensversterker dus volgens het push pull principe.

De transformator heeft bij voorkeur een secundaire wikkeling die galvanisch gescheiden is van de primaii’e wikkeling. Nog meer bij voorkeur heeft de transformator 2 secundaire wikkelingen die beiden galvanisch gescheiden zijn van de elkaar en van de primaire wikkeling. Het meest bij voorkeur wordt een der secundaire wikkelingen van de transformator uitsluitend gebruikt om na opstart van de PIC processor de aansturing van de schakelende voeding van elektrische energie te voorzien en de taak van een opstartvoeding die rechtstreeks met het electriciteitsnet verbonden is over te nemen. Een groot voordeel om een schakelende voeding toe te passen in combinatie met een single ended versterker is dat storende signalen afkomstig van de 50 Hz wisselstroom uit het openbaar elektriciteitsnet worden tegengehouden. Bij voorkeur werkt de schakelende voeding bij een frequentie groter dan 20 kHz, meer bij voorkeur bij een frequentie groter dan 40 kHz en het meest bij voorkeur bij een frequentie groter dan 80 kHz. Door de hoge frequentie waarbij de schakelende voeding volgens de technologie van onderhavige vinding werkt, kunnen afvlakcondensators met een relatief lage capaciteit worden toegepast. Eventuele restanten van niet afgevlakte wisselspanningscomponenten die toch vanuit de voeding in de versterker terecht komen liggen door de hoge schakelfrequentie ver boven het hoorbare gebied waardoor deze niet storend zijn.

Nu aan de hand van voorbeeld 1 het eerste aspect van de technologie volgens onderhavige vinding is toegelicht volgen de overige aspecten van de technologie volgens onderhavige vinding.

Volgens een tweede aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit een versterker met ten minste een ingang voor een signaal en een versterkerstrap volgens het principe van een single ended versterker die ten minste een scheidingstransformator voor een single ended versterker bevat. In deze aanvrage is een scheidingstransformator gedefinieerd als een transformator waarvan de primaire en secundaire wikkelingen galvanisch van elkaar gescheiden zijn. De single ended scheidingstransformator volgens de technologie van onderhavige vinding bevat naast de eerste primaire wikkeling die werkzaam verbonden is met de eindtrap van de single ended versterker ook nog een separate tweede wikkeling die van alle andere wikkelingen op de single ended scheidingstransformator galvanisch gescheiden is en die werkzaam verbonden is met een gelijkstroombron. De polariteit van de gelijkstroombron is zodanig werkzaam verbonden met de tweede wikkeling dat het magnetisch veld dat door de tweede wikkeling wordt opgewekt, het door de eerste primaire wikkeling opgewekt magnetisch veld geheel of gedeeltelijk opheft. Hierdoor geraakt de kern van de single ended scheidingstransformator minder snel in verzadiging. Hierdoor is het effectief vermogen dat per kg single ended transformator kan worden geleverd aanzienlijk groter dan in single ended versterkers volgens stand der techniek.

Volgens een derde aspect bestaat de technologie volgens onderhavige vinding uit een stroomregeling om de gelijkstroom door de tweede wikkeling van de single ended scheidingstransformator in te stellen. Deze stroomregeling geschiedt bij voorkeur automatisch en softwarematig gebruik makend van een microcontroller waarbij de spanning over een weerstand die in serie is geschakeld met de tweede wikkeling van de single ended scheidingstransformator middels een analoog naar digitaal converter ingang van de microcontroller wordt gemeten. Het is de vakman bekend dat de spanning over de weerstand een maat is voor de stroom die door de tweede wikkeling loopt. Op vergelijkbare wijze wordt ook de ruststroom in de primaire wikkeling die werkzaam verbonden is met de eindtrap van de single ended scheidingstransformator gemeten. Door middel van software wordt de stroom door de tweede wikkeling nu zodanig ingesteld dat de statische magnetische velden die door de eerste wikkeling en de tweede wikkeling van de single ended scheidingstransformator worden opgewekt elkaar opheffen. In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt slechts een microcontroller gebruikt in de audioversterker volgens de technologie van onderhavige vinding en doet deze microcontroller dienst als functregenerator voor de schakelende voeding volgens het push pull principe, als stroommeter voor de ruststroom door de eerste primaire spoel, als stroommeter voor de ruststroom door de tweede wikkeling en als regelaar om de ruststroom door de tweede wikkeling zodanig in te stellen dat het door de eerste primaire spoel opgewekt magnetisch veld wordt opgeheven.

Nu de technologie volgens onderhavige vinding verder is uiteengezet volgt een aantal verdere voorkeuruitvoeringsvormen.

In een eerste uitvoeringsvorm bestaat de push pull scheidingstransformator van de schakelende voeding uit een stapeling van PCBs met daarop spiraalgewonden spoelen, zoals omschreven in octrooi-aanvraag NL1037885. Alle uitvoeringsvormen zoals beschreven in NL1037885 maken nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

In een tweede uitvoeringsvorm bestaat ook de single ended scheidingstransformator uit een stapeling van PCBs met daarop spiraalgewonden spoelen, zoals omschreven in octrooiaanvraag NL1037885. Alle uitvoeringsvormen zoals beschreven in NL1037885 maken nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

In een derde uitvoeringsvorm wordt de technologie volgens onderhavige vinding vermeerderd met een opstartschakeling voor de microcontroller zoals omschreven in NL1038158. Alle uitvoeringsvormen zoals beschreven in NL1038158 maken nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

Onderhavige uitvoeringsvorm betreft in het bijzonder een werkwijze en inrichting voor de opstart van een microprocessor in het algemeen en een microcontroller en / of microcomputer en / of oscillator in het bijzonder gekenmerkt door tenminste een wisselspanning leverende eerste voedingsbron, tenminste eerste gelijkricntende middelen om de door de eerste voedingsbron geleverde wisselspanning gelijk te richten, tenminste een met de gelijkgerichte wisselspanning werkzaam verbonden eerste actieve component uit de groep van DIACs, thyristors, TRIACs, UJTs, tenminste een met de eerste aktieve component werkzaam verbonden elektronische component die de eerste aktieve component triggert en daarmee inschakelt, tenminste een met de aktieve component werkzaam verbonden eerste condensator die gedurende de periode dat de aktieve component is ingeschakeld wordt opgeladen, tenminste tweede gelij krichtende middelen die in serie zijn geschakeld met de eerste gelijkrichtende middelen en tenminste een tweede condensator die werkzaam is verbonden met de tweede gelijkrichtende middelen, een eerste belasting die tenminste werkzaam verbonden is met de eerste condensator en een tweede belasting die tenminste werkzaam verbonden is met de tweede condensator waarbij de tijdsgemiddelde spanning over de eerste condensator tenminste 10% lager is dan de tijdsgemiddelde spanning over de tweede condensator en waarbij de eerste belasting tenminste uit een microprocessor en / of een microcontroller en / of een microcomputer en / of een oscillator bestaat. Verder wordt onderhavige vinding gekenmerkt door tenminste een schakelende voeding die tenminste uit de eerste belasting bestaat en die tenminste in eerste instantie 'wordt opgestart en van energie voorzien door tenminste enige elektrische energie afkomstig van de eerste condensator. Tot slot wordt onderhavige vinding gekenmerkt door een scheidingstransformator in de schakelende voeding die is uitgerust met een extra secundaire wikkeling en die, na opstart van de schakelende voeding met enige energie afkomstig van de eerste condensator, de voeding van de eerste belasting overneemt.

Hierdoor is de technologie volgens onderhavige vinding uitermate geschikt voor toepassing in apparatuur ter behandeling van elektrisch geleidende fiuidums zoals water.

Onderhavige uitvoeringsvorm volgens de vinding betreft een nieuwe type elektronische schakeling waarmee het mogelijk is om op efficiënte wijze een galvanisch van het openbaar elektriciteitsnet gescheiden hoogspanning, een eerste laagspanning en een tweede laagspanning te verkrijgen. Met de technologie volgens onderhavige vinding is het aanzienlijk goedkoper om via het openbaar elektriciteitsnet ICs waaronder microcontrollers aan te sturen dan volgens stand der techniek mogelijk is. Daarnaast is het met de technologie volgens onderhavige vinding mogelijk om betrouwbaar, veilig en tegen een lage kostprijs schakelende voedingen te realiseren. Een belangrijk voordeel van schakelende voedingen volgens de techniek van onderhavige vinding ten opzichte van stand der techniek is dat de schakelende voedingen volgens de techniek van onderhavige vinding automatisch uitschakelen indien de schakelende voeding wordt overbelast. Verder hebben schakelende voedingen volgens de technologie van onderhavige vinding geen feedback loop nodig.

De schakelende voedingen volgens de technologie van onderhavige vinding zijn algemeen inzetbaar en bijzonder geschikt als bouwsteen voor apparatuur voor behandeling en / of desinfectie van water.

Bij een voorbeeld A dient de schakeling in figuur 2 ter nadere toelichting van de technologie volgens onderhavige vinding. Een wisselspanning wordt gelijkgericht met diode-brug DB.

Hierdoor ontstaat een wisselende gelijkspanning die, zoals in figuur 2 duidelijk zichtbaar is, niet wordt afgevlakt middels een condensator. Deze wisselende gelijkspanning is via weerstand R2 werkzaam verbonden met zenerdiode D2. Transistor Tl wordt aangestuurd middels een stroom door R3 en R2 zolang de spanning over re-geltransistor TR kleiner is dan de spanning over de zenerdi-ode D2. Als gevolg hiervan is de thyristor Dl in geleiding gedurende deze periode. Zodra de spanning over de regel-stransistor TR groter dreigt te worden dan de spanning over de zenerdiode, wordt transistor Tl gesperd met als gevolg dat de thyristor Dl wordt gesperd en condensator Cl niet meer wordt bijgeladen. Het nettoresultaat is dat de tijdsge-middeide spanningvel over transistor TR ongeveer gelijk is aan de spanning over zenerdiode D2. Door de spanning op punt P te regelen door gebruikmaking van een spanningsregelaar, bijvoorbeeld een schakeling gebaseerd op een regelaar van het type LM317 of door gebruikmaking van een spanningsregelaar die middels een microcontroller en / of microprocessor wordt aangestuurd kan de spanning op punt A nauwkeurig worden ingesteld. Een essentieel voordeel dat toepassing van de schakeling in figuur 2 met zich meebrengt boven andere schakelingen is dat de laagspanning op punt A wordt verkregen zonder gebruikmaking van een belastingsweerstand. In feite wordt de laagspanning ingesteld door automatisch de juiste dutycycle te laten ontstaan waarmee thyristor Dl in geleiding is om condensator Cl op te laden. Omdat nauwelijks elektrische energie wordt gedissipeerd in warmte wanneer Dl spert, is de schakeling in figuur 2 een efficiënte oplossing om uit een hoge wisselende gelijkspanning een lagere afgevlakte gelijkspanning te verkrijgen. Het voorbeeld in figuur 2 is een van de vele mogelijke configuraties waarmee uit een hoge wisselende gelijkspanning een gestabiliseerde laagspanning kan worden verkregen. De technologie volgens onderhavige vinding behelst het voeden van een microprocessor en / of een microcontroller en / of een oscillator door deze op de uit een hoge wisselende gelijkspanning verkregen laagspanning aan te sluiten. In het niet limiterende voorbeeld in figuur 2 wordt de microprocessor en / of microcontroller en / of oscillator aangesloten op punt A. Desgewenst wordt de microprocessor en / of microcontroller en / of oscillator niet direct op punt A aangesloten maar wordt gebruik gemaakt van een tweede laagspanningsstabilisator die de laagspanning op punt A verder verlaagt naar een spanning waarop de microprocessor en / of microcontroller en / of oscillator werkt, zoals bijvoorbeeld een spanning van 5.0 Volt in het geval dat de microcontroller van het type PIC16F88 is. Het kan namelijk bijzonder voordelig zijn om de spanning in punt A in te stellen op een waarde die hoger is dan 5.0 Volt.

Voor de spanning in punt A wordt bij voorkeur een waarde van circa 24 Volt (tussen 10 Volt en 30 Volt) gekozen. Door deze spanning vervolgens middels toepassing van een tweede span-ningsregelaar verder te verlagen naar bijvoorbeeld 5 Volt worden 2 laagspanningen verkregen. De eerste en laagste laagspanning kan hierbij worden aangewend ter aansturing van een microprocessor en / of microcontroller terwijl de tweede en minder lage laagspanning kan worden aangewend om een transistor en / of FET die wordt aangestuurd door de microprocessor en / of microcontroller van elektrische energie te voorzien. Bij voorkeur stuurt de microprocessor en / of microcontroller de transistor en / of FET rechtstreeks of in serie met een weerstand op de basis en / of de gate aan. De tweede minder lage laagspanning wordt werkzaam verbonden met optioneel een weerstand, de collector en emitter van een transistor en / of optioneel een weerstand, de drain en de source van een FET. Op deze wijze wordt dankzij toepassing van de transistor en / of FET een aansturing verkregen voor een relais en / of een vermogenstransistor en / of een vermogens FET. Het is de vakman bekend dat rechtstreekste aansturing van een relais, een vermogenstran-sistor en / of een vermogens FET door de microcontroller en / of de microprocessor veelal niet mogelijk is aangezien de stroom die een I/O uitgang van een microcontroller en / of microprocessor kan leveren begrensd is evenals de spanning die een microcontroller en / of microprocessor kan leveren. Het is de vakman eveneens bekend dat een vermogens FET bij voorkeur wordt aangestuurd met een spanning die hoger is dan 5 Volt, i.e., met een spanning die bij voorkeur tussen 8 Volt en 20 Volt ligt.

De microcontroller en / of microprocessor wordt volgens de technologie van onderhavige vinding aangewend als aansturing van een schakelende voeding. Hiertoe schakelt de microcontroller en / of microprocessor alternerend bij voorkeur 2 NPN transistors aan en uit door de basis van de transistors met de uitgang van de microcontroller en / of microprocessor te verbinden. De emitter van de transistors is met de massa verbonden en de collectors middels collec-torweerstanden met de plus van de tweede en minder lage laagspanning. Door de elk van de collectors van de NPN transistors rechtstreeks of middels condensator en / of weerstand en / of spanningsdeler werkzaam te verbinden met een vermogenstransistor of een vermogens FET, kunnen deze vermogenstransistors of vermogens FETs softwarematig middels de microcontroller worden aangestuurd. Kort gezegd worden de FETs of vermogenstransistors van de vermogensversterker middels de software in de microcontroller en / of microprocessor alternerend in- en uitgeschakeld. Door nu de FETs of vermogenstransistors v/erkzaam te verbinden met een transformator met middenaftakking door de middenaftakking werkzaam te verbinden met de plus van de gelijkgerichte en eventueel afgevlakte hoogspanning en de FETs of vermogenstransistors elk met een spoeluiteinde en de massa te verbinden, -wordt een softwarematig programmeerbare schakelende voeding volgens het push pull principe verkregen. De transformator met middenaftakking is bij voorkeur een transformator met fer-rietkern geschikt voor frequenties in het gebied van 1 kHz tot 1 GHz. Nog meer bij voorkeur is de transformator met ferrietkern geschikt voor frequenties in het gebied van 20 kHz tot 100 kHz. Volgens de technologie van onderhavige vinding wordt een secundaire spoel aangewend om een vermogensbelasting van elektrische energie te voorzien. Tenminste een tv/eede secundaire spoel, die galvanisch gescheiden is van alle andere spoelen op de transformator wordt desgewenst aangewend om de functie van het opstartcircuit over te nemen zodra de schakelende voeding werkt.

Bij een verder voorbeeld B dient de schakeling in figuur 3 ter nadere toelichting van de technologie volgens onderhavige vinding. Een wisselspanning wordt gelijkgericht met diodebrug DB.

Hierdoor ontstaat een wisselende gelijkspanning die, zoals in figuur 3 duidelijk zichtbaar is, in eerste instantie niet wordt afgevlakt middels een condensator. Thyristor Dl is werkzaam verbonden met de wisselende gelijkspanning en de gate van de thyristor is werkzaam verbonden met een serie-schakeling van tenminste een weerstand R1 en een condensator Cl. De kathode van de thyristor is werkzaam verbonden met weerstand R2, zenerdiode D2 en buffercondensator C2. De werking van de schakeling in figuur 3 is als volgt:

Condensator R1 en Cl worden opgeladen door de wisselende gelijkspanning. Zodra de spanning over condensator Cl een grenswaarde overschrijdt gaat thyristor Dl in geleiding.

De thyristor blijft dan in geleiding tot de wisselende gelijkspanning over de kathode en anode van Dl beneden de grenswaarde komt waarbij Dl in geleiding kan blijven. Vanaf dat moment spert de thyristor tot het moment dat condensator Ci weer voldoende is opgeladen om de thyristor wederom te ontsteken. Belangrijke aspecten van de schakeling zijn dat de R1 en Cl ervoor zorgdragen dat er een faseverschil bestaat tussen de wisselende gelijkspanning en de triggerspanning van de gate van de thyristor. Het is de vakman duidelijk dat dankzij dit faseverschil de dutycycle waarmee de schakeling buffercondensator C2 oplaadt nauwkeurig kan worden ingesteld. Diode D3 in figuur 3 heeft als functie om een situatie te creëren waarbij enerzijds aan de anodezijde van diode D3 sprake is van een wisselende gelijkspanning die noodzakelijk is om de thyristor naar behoren te laten functioneren en anderzijds aan de kathode-zijde van diode D3 een situatie te creëren waarbij middels condensator C3 een afgevlakte hoogspanning wordt verkregen. Voorbeeld B toont, eveneens als voorbeeld A, eenduidig aan dat het mogelijk is om een schakeling te realiseren die een al dan niet wisselende hoge gelijkspanning zonder groot energieverlies om te zetten in een gestabiliseerde iaagspan-ning.

Voorbeelden A en B kunnen als continue energiebron voor een belasting die op een laagspanning werkt worden toegepast waarbij deze laagspanning wordt opgewekt uitgaande van een veel hogere gelijkspanning of wisselende gelijkspanning. Een dergelijke toepassing is uitermate geschikt voor het van energie voorzien van microcontrollers en / of microprocessors en / of oscillators die in schakelende voedingen als aansturende bouwstenen worden toegepast. Een dergelijke toepassing maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

Meer bij voorkeur wordt de technologie volgens onderhavige vinding in het algemeen, en zoals beschreven in voorbeelden A en B in het bijzonder, toegepast om schakelende voedingen die zijn uitgerust met tenminste een scheidings-transformator op te starten waarna een secundaire wikkeling van de scheidingstransformator vervolgens de functie van het opstartcircuit overneemt. Deze configuratie leidt niet alleen tot een nog hogere energie-efficiency van de schakeling en dus minder ontwikkeling van warmte maar ook tot een nog grotere veiligheid van de schakeling. Opgemerkt wordt dat de aktieve componenten in figuur 2 en figuur 3 van de opstartschakeling desgewenst middels software en een uitgang van de microcontroller en / of microprocessor kunnen worden uitgeschakeld zodat de opstartschakeling continu uit staat. Als niet limiterend voorbeeld wordt het aan de massa leggen van de gate van thyristor Dl in figuur 3 genoemd .

De schakelende voeding met scheidingstransformator, opstart en beveiliging zoals in deze aanvrage beschreven is uitermate geschikt voor het van energie voorzien van elektronische aansturingen van apparatuur voor de behandeling van water of waterbevattende media.

In een vierde uitvoeringsvorm wordt de technologie volgens onderhavige vinding vermeerderd met een beveiliging van de schakelende voeding zoals omschreven in NL1Q37776. Alle uitvoeringsvormen zoals beschreven in NL1037776 maken nadrukkelijk deel uit van de technologie volgens onderhavige vinding. Deze uitvoeringsvormen betreffen een werkwijze en inrichting voor een veilige stroomvoorziening in natte en vochtige omgeving gekenmerkt door een schakelende voeding met bij voorkeur stapelbare transformator waarbij deze schakelende voeding wordt gekenmerkt door een functiegenerator, een push pull versterker, tenminste een eerste spiraalgewonden platte spoel met center tap die werkzaam is verbonden met de push pull versterker en waarvan de eerste helft van de spiraalgewonden spoel zich op de bovenkant van een printplaat (PCB) bevindt, de tweede helft van de spiraalgewonden spoel zich aan de onderkant van de PCB bevindt, de eerste helft en tweede helft van de eerste spiraalgewonden spoel middels een doorvoer door de print galvanisch met elkaar verbonden zijn en waarbij deze doorverbinding tevens een contactpunt is dat als centertap fungeert, tenminste een tweede spoel die zich in het wisselend magnetisch veld van de eerste spoel bevindt en tenminste een eerste belasting die werkzaam verbonden is met de tweede spoel. De aldus verkregen veilige stroomvoorziening voor toepassing in een natte en vochtige omgeving is een bijzondere uitvoeringsvorm van een schakelende voeding en tevens inzetbaar voor draadloze energie- en informatieoverdracht in een natte en vochtige omgeving.

Een dergelijke inrichting en bijbehorende werkwijze betreft een nieuw type schakelende voeding waarvan de functionaliteit softwarematig kan worden ingesteld en waarbij de transformator bij voorkeur uit een stapeling van platte spoelen bestaat. Dit nieuw type schakelende voeding volgens onderhavige vinding is eenvoudiger en compacter dan schakelende voedingen volgens stand der techniek. Tevens zijn de eigenschappen van een voeding volgens de technologie van onderhavige vinding softwarematig instelbaar. Hierdoor is de schakelende voeding volgens de technologie van onderhavige vinding niet alleen veiliger maar ook uitermate geschikt voor massaproduktie en goedkoper dan voedingen volgens stand der techniek.

Verder is de schakelende voeding volgens de technologie van onderhavige vinding toepasbaar voor draadloze energie- en informatie-overdracht.

In figuur 4 is een transformator volgens de technologie van onderhavige vinding schematisch weergegeven. Laag 1 be- treft de laag met het oppervlak van een goede elektrische geleider. Laag 2 betreft de laag met magnetiseerbaar materiaal. Laag 3 betreft de stapeling van spiraalgewonden spoelen of van tenminste 1 spiraalgewonden spoel en conventionele cilindrische spoelen. Het is de vakman duidelijk dat desgewenst ook aan de "zijkanten" van de transformator in figuur 4 een laag magnetiseerbaar en / of goede elektrische geleider kan worden aangebracht. Een dergelijke laag is in figuur 4 schematisch weergegeven als laag 4. Verder is de vakman duidelijk dat een spiraalgewonden spoel op een printpiaat niet volledig hoeft te worden doorgewikkeld tot het hart van de printpiaat. De laatste windingen dicht bij het hart van de printpiaat hebben een gering inwendig oppervlak en dragen slechts beperkt bij aan de eigenschappen van de spoel. Om deze reden is het voor een aantal doch niet alle toepassingen interessant om een ruimte rondom het hart van de spiraalgewonden spoel vrij te houden van windingen. Optioneel kan worden gekozen om in een oppervlak in het hart van de spiraalgewonden spoel dat is vrijgehouden van windingen een gat aan te brengen en in dit gat magnetiseerbaar materiaal zoals ferriet aan te brengen. In een aantal gevallen verbetert een dergelijke configuratie de eigenschappen van de transformator aanzienlijk. Er wordt een transformator verkregen die qua gedrag analogie vertoont met conventionele transformators die zogenaamde EI kernen hebben en die tegelijkertijd de voordelen van de technologie volgens onderhavige vinding heeft. Een dergelijk type transformator maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

Opgemerkt wordt verder dat de technologie volgens onderhavige vinding uitermate geschikt is voor toepassing in audio buizenversterkers, versterkers van ultrasone signalen en elektromagnetische zenders. Ook ultrasone transducers kunnen met versterkers volgens de technologie van onderhavige vinding op betrouwbare wijze worden aangestuurd. Tot slot wordt opgemerkt dat het bewust toepassen van de technologie volgens onderhavige vinding in versterkers die opereren in het niet lineaire gebied van de versterkingscurve tot even harmonischen van het versterkte signaal leidt. Van deze even harmonischen kan gebruik worden gemaakt, bijvoorbeeld wanneer de versterker volgens de technologie van onderhavige vinding als driver voor een ultrasone transducer wordt gebruikt met als doel het geproduceerde ultrasone signaal te gebruiken om reflectie-en absorptie-eigenschappen van een object in kaart te brengen. Door het optreden van de even harmonischen in het ultrasoon signaal is het in dat geval mogelijk een spectrumanalyse te doen.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (5)

1. Inrichting voor een versterker gekenmerkt door een schakelende voeding werkend volgens het push pull principe omvattende: ten minste een scheidingstransformator met een primaire spoel met middenaftakking en een ferrietkern; een microcontroller die als functiegenerator dient voor het leveren van het push pull signaal waarmee de schakelende voeding wordt aangestuurd; een werkzaam in de microcontroller aanwezige regelaar waarmee het push pull signaal op ten minste één uitgang van de microcontroller wordt opgewekt; en ten minste een eindtrap van een single ended versterker omvattende ten minste een single ended scheidingstransformator, waarvan een eerste spoel werkzaam verbonden is met de eindtrap van de single ended versterker vermeerderd met een tweede spoel die werkzaam verbonden is met een gelijkstroombron, waarbij de polariteit van de gelijkstroombron zodanig is verbonden met de tweede spoel dat met de tweede spoel een magnetisch veld opwekbaar is dat het door de eerste spoel van de single ended scheidingstransformator opgewekte statisch magnetisch veld ten minste gedeeltelijk wordt opgeheven.

2. Inrichting volgens conclusie 1, verder omvattende een stroommeter die de stroom door de eerste spoel meet, een stroommeter die de stroom door de tweede spoel meet, en een regelaar die de stroom door de tweede spoel zodanig instelt dat het magnetisch veld dat door de eerste spoel wordt opgewekt in hoofdzaak wordt opgeheven.

3.Inrichting volgens conclusies 1 of 2, waarbij de push pull scheidingstransformator en/of de single ended scheidingstransformator uit spiraalgewonden spoelen bestaan die op printplaten (PCBs) zijn geëtst.

4. Buizen audioversterker omvattende een inrichting volgens één van de voorgaande conclusies 1 t/m 3.

5. Werkwijze voor een versterker omvattende het voorzien van een inrichting of buizen audioversterker volgens één van de voorgaande conclusies 1 t/m 4.