NL193624C - Voedingsinrichting. - Google Patents

Description

1 193624

Voedingsinrichting

De onderhavige uitvinding betreft een voedingsinrichting voor het leveren van twee gelijkspanningen van tegengestelde polariteit, omvattende een gelijkspanningsbron met een eerste aansluiting aan welke een 5 eerste gelijkspanning wordt geleverd en een tweede aansluiting die is verbonden met een gemeenschappelijke leiding; een eerste spanningsstabilisatieschakeling die is verbonden met de eerste aansluiting van de gelijkspanningsbron en met een eerste uitgang van de inrichting; een van schakelmiddelen voorziene polariteitsomzetschakeling die is verbonden met de eerste aansluiting van de gelijkspanningsbron en met de gemeenschappelijke leiding en die dient om aan een uitgang van deze schakeling een tweede gelijk-10 spanning met in hoofdzaak dezelfde absolute waarde en van tegengestelde polariteit als de eerste gelijkspanning te leveren; en een tweede gelijkspanningsstabilisatieschakeling die is verbonden met de tweede uitgang van de polariteitsomzetschakeling en met een tweede uitgang van de inrichting.

Een dusdanige voedingsschakeling is bekend uit het artikel "CMOS-Spannungsregler bietet geringe Stromaufnahme” uit ’’Elektronik", volume 32, nr. 2 uit januari 1983 van E. Schmidt..

15 De bekende voedingsinrichting is uitgevoerd in CMOS-componenten waarbij om en om geschakeld, een paar condensatoren afwisselend wordt opgeladen en wordt ontladen om de geïnverteerde spanning ten opzichte van die aan de uitgang van de gelijkspanningsbron te genereren.

Met de onderhavige uitvinding is beoogd een alternatieve voedingsinrichting te verschaffen, die niet noodzakelijkerwijs is uitgevoerd in CMOS-componenten, die de bekende voedingsinrichting star maken. De 20 CMOS-componenten maken bovendien de bekende voedingsinrichting kostbaar en complex, te meer als gevolg van de grote verscheidenheid aan besturingsingangen, waar telkens gegenereerde stuursignalen ingevoerd dienen te worden. Dit laatste brengt als extra nadeel van de bekende techniek met zich mee, dat vele aanvullende componenten naast de CMOS-componenten gebruikt moeten worden om de besturings-signalen voor de CMOS-componenten te genereren.

25 Met de onderhavige uitvinding is beoogd de bovengenoemde nadelen van de bekende techniek te verhelpen of althans te verlichten, waartoe een voedingsinrichting van het soort van de bekende techniek is verschaft, die zich echter onderscheidt doordat de schakelmiddelen van de polariteitsomzetschakeling worden gevormd door een schakeltransistor met een collector-emitterovergang die is verbonden met de eerste aansluiting van de spanningsbron en met één einde van een wikkeling, waarvan het andere einde 30 verbonden is met de gemeenschappelijke leiding, dat de polariteitsomzetschakeling voorts omvat een detectorschakeling die is verbonden met de verbinding tussen de wikkeling en de collector-emitterovergang en met de uitgang van de polariteitsomzetschakeling; een niveauvergelijkingsschakeling met een niveau-vergelijkingsingang die is aangesloten op de eerste aansluiting van de spanningsbron en op de uitgang van de polariteitsomzetschakeling en met een referentie-ingang waarop een referentiespanning is aangesloten, 35 welke niveauvergelijkingsschakeling dient voor het leveren van een uitgangsspanning in reactie op een niveauvergelijking tussen de spanningen aan de beide ingangen; en een pulsbreedtemodulatie-signaalgenerator waaraan de uitgangsspanning van de niveauvergelijkingsschakeling wordt toegevoerd en die een uitgangssignaal levert, dat wordt toegevoerd aan de basis van de schakeltransistor voor het besturen van de schakelwerking daarvan.

40 Aldus is volgens de onderhavige uitvinding een voedingsschakeling verschaft, waarmee gestabiliseerde positieve en negatieve voedingsspanningen geleverd kunnen worden en die een relatief eenvoudige configuratie heeft ten opzichte van de bekende techniek. Bovendien wordt bij de voedingsinrichting volgens de onderhavige uitvinding gebruik gemaakt van een enkele voedingsbron, waarbij door de configuratie volgens de uitvinding de voedingsinrichting bij het genereren van gestabiliseerde positieve en negatieve 45 voedingsspanningen ongevoelig is voor plotselinge variaties in de gelijkspanning uit de enkelvoudige gelijkspanningsbron.

Omdat de positieve en negatieve gelijkspanningen vrijwel dezelfde absolute waarde hebben onder gebruikmaking van slechts één enkele gelijkspanningsbron en omdat deze spanningen gestabiliseerd zijn tegen variaties in de gelijkspanning uit de enkelvoudige spanningsbron door de werking van de eerste en de 50 tweede geiijkspanningsstabilisatieschakeling, is de voedingsschakeling volgens de uitvinding met name geschikt voor gebruik in audio-apparatuur in voertuigen, waarin de voertuigbatterij de enkele spanningsbron is. De voedingsschakeling volgens de uitvinding is eveneens geschikt voor gebruik bij het vormen van een voedingsbron voor een operationele versterker, die positieve en negatieve voedingsspanningen vereist, die in hoge mate symmetrisch zijn.

De bovengenoemde kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de gedetailleerde beschrijving van een uitvoeringsvoorbeeld aan de hand van de tekening, waarin: 55 193624 2 figuur 1 een schakelschema is van een uitvoeringsvorm van een voedingsschakeling volgens de uitvinding met passende daarmede verbonden belastingen; en figuur 2 een schakelschema van een uitvoeringsvoorbeeld van een polariteitsomzetschakeling, die wordt gebruikt in de uitvoering van figuur 1 is.

5

Een uitvoeringsvorm van de voedingschakeling volgens de uitvinding met twee belastingen die daarmee verbonden zijn is getekend in figuur 1, waarin een enkelvoudige batterij, zoals de bekende twaalf-volt, lood-zuurcel die in een auto wordt gebruikt, wordt gebruikt als de gelijkspanningsbron. De batterij 1 is met zijn negatieve klem aan aarde gelegd of aan een gemeenschappelijke leiding 2 op relatieve aarde, dat wil 10 zeggen dat de batterij 1 opgenomen is in een negatieve-aarde schakeling. De smoorspoel 3 en de condensator 4 staan in serie tussen de positieve en de negatieve klem van de batterij 1 om niveauvariaties die plotseling kunnen optreden in de positieve spanning van de batterij 1 te absorberen of te onderdrukken. Tussen het verbindingspunt P van de smoorspoel 3 en de condensator 4 en de uitgang 7 van de voeding, is de collector-emitterovergang van de NPN transistor 6 verbonden, die deel uitmaakt van de spannings-15 stabilisatieschakeling 5. Aanvullend aan de NPN transistor 6 waarvan de collector gekoppeld is met het verbindingspunt P en de emitter verbonden is met de uitgangsklem 7, is de spanningsstabilisatieschakeling 5 voorzien van een zenerdiode 8 die geplaatst is tussen de basis van de NPN transistor 6 en de aardleiding 2, en een diodevoorspanningsschakeling bestaande uit weerstanden 9 en 10 en een condensator 11 voor het toevoeren van een vooraf vastgestelde stroom naar de zenerdiode 8 om deze de constante spanning te 20 laten vormen. De constante spanning die op deze wijze door de zenerdiode 8 wordt gevormd, wordt geleid naar de basis van de NPN transistor 6, zodat de spanning op de emitter van de NPN transistor 6 daardoor gestabiliseerd wordt.

Eveneens is met het verbindingspunt P tussen de smoorspoel 3 en de condensator 4 een ingang 12a van een polariteitsomzetschakeling 12 verbonden. Deze schakeling 12 levert een negatieve spanning ten 25 opzichte van de aardpotentiaal, die in principe dezelfde absolute waarde heeft als die van de positieve spanning op punt P. De gemeenschappelijke ingang 12b van de polariteitsomzetschakeling 12 ligt aan de aardleiding 2 en de uitgang 12c is via de collector-emitterovergang van de PNP transistor 14 verbonden met de uitgang 15. De polariteitsomzetschakeling 12 zet dus de positieve spanning ten opzichte van aarde aan de ingang 12a om in een negatieve spanning ten opzichte van de aarde van dezelfde grootte, die geleverd 30 wordt op de uitgang 12c. Een tweede spanningsstabilisatieschakeling 13 is gevormd door de PNP transistor 14 waarvan de collector ligt aan de uitgang 12c van de polariteitsomzetschakeling 12 en de emitter is verbonden met de voedingsspanningsklem 15 en omvat dezelfde componenten als de stabilisator 5. Meer in het bijzonder is de zenerdiode 16 geschakeld tussen de basis van de PNP transistor 14 en de aardleiding 2, waarbij de aandacht kan worden gevestigd op de omstandigheid dat de polariteit van de diode omgekeerd 35 is ten opzichte van die van de stabilisator 5, terwijl een diodevoorspanningsschakeling met de weerstanden 17 en 18 en de condensator 19 een vooraf vastgestelde stroom levert aan de zenerdiode 16 om deze een constante spanning op zijn anode te laten vormen. De constante spanning op de anode van de zenerdiode 16 wordt geleid naar de basis van de PNP transistor 14, waarbij de spanning aan de emitter gestabiliseerd is.

40 De condensator 20 met een grote capaciteitswaarde ten opzichte van de condensatoren 11 en 19 is aangebracht tussen de collector van de PNP transistor 14 en de gemeenschappelijke aardleiding 2 om plotselinge variaties die zich voordoen in de negatieve spanning op de uitgang 12c van de polariteitsom-zettingsschakeling 12 te absorberen.

De beide uitgangsspanningen uit de voedingsschakeling uit figuur 1 komen ter beschikking aan drie 45 uitgangen. De gemeenschappelijke klem 21 ligt aan de aardleiding 2 en de positieve spanning uit de positieve klem van de batterij 1 komt ter beschikking via de spanningsstabilisatieschakeling 5 over de voedingsuitgangsspanningskiem 7 en de gemeenschappelijke klem 21. Op soortgelijke wijze wordt de negatieve spanning van de uitgang 12c van de polariteitsomzetschakeling 12 met dezelfde absolute waarde als de positieve spanning van de batterij 1 verkregen door een spanningsstabilisatieschakeling 13, en wel 50 aan de gemeenschappelijke klem 21 en de voedingsuitgangsspanningskiem 15.

In de schakeling uit figuur 1, wanneer de positieve spanning vanuit de batterij 1 plotseling in waarde varieert of wanneer er een schijnbare spanningsvariatie is die het gevolg is van externe ruisimpulsen welke combineren met de positieve spanning uit de batterij, worden dergelijke niveauvariaties geabsorbeerd door een combinatie van de smoorspoel 3 en een condensator 4, zodat de niveauvariaties van de positieve 55 spanning op het verbindingspunt P geëlimineerd worden.

Indien de positieve spanning op het punt P in niveau varieert, wordt deze spanning onderworpen aan een verdere stabilisatie door de spanningsstabilisatieschakeling 5, ten einde de gestabiliseerde voedings- 3 193624 spanning te vormen tussen de positieve uitgang 7 en de gemeenschappelijke klem 21. Indien de negatieve spanning op de uitgang 12c van de polariteitsomzetschakeling 12 in niveau varieert, wordt op soortgelijke wijze gestabiliseerd met de condensator 20 en wordt de negatieve spanning verder gestabiliseerd door de spanningsstabilisatieschakeling 13, zodat de vereiste gestabiliseerde negatieve spanning aanwezig is over 5 de gemeenschappelijke klem 21 en de negatieve voedingsspanningsuitgang 15.

De polariteitsomzetschakeling 12 uit figuur 1 is in detail aangegeven in figuur 2, waarin de ingang 12a verbonden is met de emitter van de schakeltransistor 22 en waarbij de condensator 23 behulpzaam is in het absorberen van niveauvariaties in de positieve spanning op de emitter en welke is verbonden tussen de emitter van de schakeltransistor 22 en de gemeenschappelijke of middenaansluiting 12b. De wikkeling 24 10 fungeert als een energielaadorgaan en is geplaatst tussen de collector van de schakeltransistor 22 en een gemeenschappelijke ingang 12b, die verbonden is met aarde of de gemeenschappelijke aardleiding 2. Een detectorschakeling is gevormd uit de diode 25 en de condensator 26 en is geschakeld tussen de collector van de schakeltransistor 22 en een gemeenschappelijke leiding op de klem 12b, waarbij het verbindingspunt tussen de anode van de diode 25 en één einde van de condensator 26, dat wil zeggen de uitgang van de 15 detectieschakeling, verbonden is met de uitgang 12c van de polariteitsomzetschakeling 12. De uitgang van een pulsbreedte-modulatie-signaalgenerator 27 stuurt de basis van de schakeltransistor 22 en de besturingsaansluiting (ingang) van de pulsbreedte-modulatiesignaalgenerator 27 is verbonden met de uitgang van de niveauvergelijkingsschakeling 28. Een referentie-ingangsaansluiting van de niveau-vergelijkingsschakeling 28 is verbonden met de gemeenschappelijke lijn op de klem 12b en de vergelijkings-20 ingangsklem van de niveauvergelijkingsschakeling 28 is via de weerstand 29 met de ingang 12a en via de weerstand 30 met de uitgang 12c verbonden. De weerstanden 29 en 30 vormen een spanningsdeler en zijn zo gekozen dat ze dezelfde weerstandswaarden hebben.

De polariteitsomzetschakeling 12 uit figuur 2 wordt gebruikt in de situatie waarin de positieve spanning op punt P wordt geleid naar de ingang 12a en de gemeenschappelijke klem 12b verbonden is met aarde of 25 de gemeenschappelijke lijn 2, die aan aarde moet worden gelegd. In een dergelijke toestand wordt een pulsbreedtegemoduleerd uitgangssignaal uit de generator 27 gebruikt om de basis van de schakeltransistor 22 te sturen om deze als reactie daarop om te schakelen. Wanneer de schakeltransistor 22 geleidend is, loopt een stroom van punt P via de emitter-collector van transistor 22 en door de wikkeling 24 naar de klem 12b en wanneer de schakeltransistor 22 niet geleidend is wordt een dergelijke stroom geblokkeerd.

30 Dientengevolge ontstaan over de wikkeling 24 positieve en negatieve pulsen, die gedetecteerd worden door de diode 25 om een negatieve spanning op de anode ervan te vormen. De negatieve spanning op de anode van de diode 25 wordt afgevlakt door de condensator 26 en op de uitgang 12c wordt dus een afgevlakte negatieve spanning verkregen. De negatieve spanning van de uitgang 12c en de positieve spanning op de uitgang 12a uit het verbindingspunt P worden geleid naar de vergelijkingsingang van de niveauvergelijkings-35 schakeling 29 via respectievelijk de weerstanden 30 en 29. Dat wil zeggen dat de negatieve spanning van de uitgang 12c en de positieve spanning op het verbindingspunt P gecombineerd worden op de vergelijkende ingangsklem van de niveauvergelijkingsschakeling 28, waarin de gecombineerde spanning die daar wordt toegevoerd vergeleken wordt met de spanning op de referentie-ingangsklem 12b, dat wil zeggen een nulniveauspanning ten einde een resulterende uitgangsspanning te produceren die correspondeert met het 40 verschil daartussen. Het resulterende uitgangssignaal wordt geleid naar de regelklem van de pulsbreedte-modulatiesignaalgenerator 27 en de werkcyclus van het pulsbreedtegemoduleerdesignaal aan de basis van de transistor 22 wordt geleverd door de uitgang van de niveauvergelijkingsschakeling 28, zodat de verhouding van de tijdsperiode waarin de schakelende transistor 22 geleidend is ten opzichte van de tijdsperiode waarin de transistor 22 niet geleidend is wordt geregeld. Het resultaat van een dergelijke 45 regeling is dat het niveau van de negatieve spanning op de uitgang 12c op overeenkomstige wijze wordt geregeld. Bij een dergelijke regeling is het normale punt voor de besturing gebaseerd op de toestand, waarin de gecombineerde spanning aan de ingang van de niveauvergelijkingsschakeling 28 samenvalt met de spanning op de referentieingang van de vergelijkingsschakeling 28 en derhalve wordt een zodanige regeling verkregen dat de gecombineerde spanning naar de vergelijkingsaansluiting van de niveau-50 vergelijkingsschakeling 28 nul is. Dat wil zeggen dat de absolute waarde van de negatieve spanning op de uitgang 12c nauwkeurig samenvalt met de absolute waarde van de positieve spanning op de ingang 12a uit het verbindingspunt P, waardoor dus een negatieve spanning van dezelfde absolute waarde als de positieve spanning nauwkeurig geproduceerd wordt op de uitgang 12c.

Op de bovenbeschreven wijze levert de voedingsschakeling volgens de uitvinding op nauwkeurige wijze 55 positieve en negatieve voedingsspanningen op de voedingsuitgangen 7 en 21 en 15 en 21 met dezelfde absolute waarde uit één enkele voedingsbron. In het geval waarin twee gelijke belastingen 31 en 31' aangebracht zijn tussen de positieve spanningsuitgang 7 en de gemeenschappelijke klem 21 en tussen hun

Claims (3)

193624 4 negatieve voedingsuitgang 15 en de gemeenschappelijke klem 21 (zie figuur 1) hetgeen het geval zou zijn wanneer de voedingsschakeling volgens de uitvinding wordt gebruikt voor het vormen van een voedingsbroneenheid in een stereo-audiosysteem met hoge weergavekwaliteit, zullen dienovereenkomstig twee stromen van dezelfde waarde in tegengestelde richtingen door de gemeenschappelijke leiding 2 5 vloeien. Dit betekent dat vrijwel geen totale stroom door de gemeenschappelijke leiding 2 een zekere inherente weerstand heeft, zal dienovereenkomstig geen spanningsval door deze weerstand worden veroorzaakt en zal dienovereenkomstig geen ruis uit de aardleiding 2 ontstaan. Alhoewel de uitvoering volgens figuur 1 voorzien is van één enkele batterij 1 die een positieve spanning levert, zal het duidelijk zijn dat ook een batterij die een negatieve spanning levert gebruikt zal kunnen 10 worden. In een dergelijke uitvoeringsvorm met een negatieve batterij, zouden de spanningsstabilisatiescha-kelingen 5 en 13 onderling moeten worden verwisseld en zou de polariteitsomzetschakeling 12 zodanig moeten worden ingericht dat een positieve spanning wordt geproduceerd met dezelfde absolute waarde als de negatieve spanning die verkregen zou worden op punt P. De gemodificeerde voedingsschakeling zou dan negatieve en positieve voedingsspanningen leveren uit de spanningsuitgangen respectievelijk 7 en 15. 15 Het zal voorts duidelijk zijn dat de smoorspoel 3 uit de uitvoering uit figuur 1 weggelaten kan worden. Omdat spanningsstabilisatieschakelingen met de verwijzingscijfers 5 en 13 in figuur 1 worden gebruikt, zal het voordeel worden verkregen dat de uitgangsimpendantie op de spanningsuitgang gereduceerd wordt. 20 Conclusies

1. Voedingsinrichting voor het leveren van twee gelijkspanningen van tegengestelde polariteit, omvattende een gelijkspanningsbron met een eerste aansluiting aan welke een eerste gelijkspanning wordt geleverd en een tweede aansluiting die is verbonden met een gemeenschappelijke leiding; een eerste spannings- 25 stabilisatieschakeling die is verbonden met de eerste aansluiting van de gelijkspanningsbron en met een eerste uitgang van de inrichting; een van schakelmiddelen voorziene polariteitsomzetschakeling die is verbonden met de eerste aansluiting van de gelijkspanningsbron en met de gemeenschappelijke leiding en die dient om aan een uitgang van deze schakeling een tweede gelijkspanning met in hoofdzaak dezelfde absolute waarde en van tegengestelde polariteit ais de eerste gelijkspanning te leveren; en een tweede 30 gelijkspanningsstabilisatieschakeling die is verbonden met een tweede uitgang van de polariteitsomzetschakeling en met een tweede uitgang van de inrichting, met het kenmerk, dat de schakelmiddelen van de polariteitsomzetschakelling worden gevormd door een schakeltransistor met een collector-emitterovergang die is verbonden met de eerste aansluiting van de spanningsbron en met één einde van een wikkeling, waarvan het andere einde verbonden is met de gemeenschappelijke leiding, dat de polariteitsomzet-35 schakeling voorts omvat een detectorschakeling die is verbonden met de verbinding tussen de wikkeling en de collector-emitterovergang en met de uitgang van de polariteitsomzetschakeling; een niveauvergelijkings-schakeling met een niveauvergelijkingsingang die is aangesloten op de eerste aansluiting van de spanningsbron en op de uitgang van de polariteitsomzetschakeling en met een referentie-ingang waarop een referentiespanning is aangesloten, welke niveauvergelijkingsschakeling dient voor het leveren van een 40 uitgangsspanning in reactie op een niveauvergelijking tussen de spanningen aan de beide ingangen; en een pulsbreedtemodulatie-signaaigenerator waaraan de uitgangsspanning van de niveauvergelijkingsschakeling wordt toegevoerd en die een uitgangssignaal levert, dat wordt toegevoerd aan de basis van de schakeltransistor voor het besturen van de schakelwerking daarvan.

2. Voeding volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de referentiespanning verkregen wordt uit de 45 gemeenschappelijke leiding.

3. Voeding volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de detectorschakeling een diode omvat die aan één einde verbonden is met één einde van een condensator, waarbij het andere einde van de diode verbonden is met de verbinding van de wikkeling en de collector-emitterovergang, waarbij het andere einde van de condensator met de gemeenschappelijke leiding verbonden is en waarbij de uitgang van de polariteitsom- 50 zetschakeling is verbonden met de verbinding van de diode en de condensator. Hierbij 1 blad tekening