NL8900508A - Geschakelde voedingsspanningsschakeling met aanloopschakeling. - Google Patents

Description

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Geschakelde voedingsspanningsschakeling met aanloopschakeling"

De uitvinding heeft betrekking op een geschakelde voedingsspanningsschakeling, voorzien van een tussen de klemmen van een ingangsgelijkspanning gekoppelde serieschakeling van een induktief element en een stuurbare schakelaar, van een met het induktieve element gekoppelde gelijkrichter voor het beschikbaar stellen van een uitgangsgelijkspanning aan een hierop aangesloten belasting, van een met de schakelaar gekoppelde stuurschakeling voor het beurtelings brengen van de schakelaar in en uit geleiding, van een met de stuurschakeling gekoppelde impulsduurmodulator voor het bepalen van de duur van de geleidingstijd van de schakelaar, van een funktiegenerator voor het toevoeren van een signaal dat een bepaalde funktie is van de uitgangsspanning aan een stuuringang van de modulator voor het houden van de uitgangsspanning op een nagenoeg konstante, eerste waarde die onafhankelijk is van de waarden van de ingangsspanning en van de belasting, en van middelen voor het brengen van de uitgangsspanning op een tweede waarde die aanmerkelijk lager is dan de eerste waarde en niet nul is door het korter houden van de geleidingstijd van de schakelaar.

Een dergelijke voedingsspanningsschakeling is bekend uit een artikel in het Duitse tijdschrift "Funk-Technik" 37 (1982), nr. 1, blz. 21-25. Uit deze publikatie blijkt dat de uitgangskarakteristiek van de bekende schakeling, dat is het diagram van de variatie van de uitgangsspanning als funktie van de door de belasting vloeiende uitgangsstroom, een terugvallende vorm heeft (in het Engels: current foldback characteristic). Heeft de uitgangsstroom een tussen nul en een bepaald maximum gelegen waarde, dan heeft de uitgangsspanning de eerste waarde, zodat de karakteristiek een nagenoeg horizontale rechte lijn is. Hiervoor zorgt de bovenvermelde regeling van de duur van de geleidingstijd van de stuurbare schakelaar. Overschrijdt de uitgangsstroom de maximale waarde, dan wordt de geleidingstijd snel gereduceerd, waardoor de uitgangsspanning aanmerkelijk lager wordt dan de eerste waarde die voor het nominale geval geldt en waardoor het piekvermagen gereduceerd wordt op een waarde die ongevaarlijk is voor de belasting en voor de voeding. Is de uitgangsspanning nul, dat wil zeggen is de belasting een kortsluiting, dan heeft de uitgangsstroom een bepaalde, kleine waarde. De karakteristiek valt dus terug tussen het punt in het diagram dat het maximum van de stroom voorstelt en het punt dat overeenkomt met de kortsluiting. De voedingsschakeling blijft onder alle omstandigheden werkzaam.

Tijdens de overgang naar de normale werktoestand na het inschakelen van de voedingsschakeling stijgt de uitgansspanning tot de nominale waarde doordat de achtereenvolgende geleidingstijden van de schakelaar langer worden, waarbij in het diagram het werkpunt zich verplaatst vanaf de oorsprong van het assenstelsel naar het punt van de karakteristiek dat met de nominale waarde overeenkomt. Heeft de uitgangsspanning vanwege een overbelasting een lage waarde aangenomen, dan verplaatst het werkpunt zich naar de nominale positie op soortgelijke wijze als na het inschakelen het geval was, tenzij de storing nog aanwezig is, in welk geval de uitgangsspanning op de gereduceerde waarde blijft. Het stijgen van de uitgangsspanning vindt langzamer plaats dan het dalen, waarmee wordt verzekerd dat telkens geen grote piekstromen vloeien die een grote belasting zouden zijn voor de onderdelen van de schakeling. Dit komt de betrouwbaarheid ten goede. Tijdens een dergelijke zachte aanloop (soft start) nemen zowel de uitgangsspanning als de uitgangsstroom gelijktijdig toe totdat het werkpunt de positie op de karakteristiek bereikt die met de maximale waarde van de stroom overeenkomt, terwijl de spanning nagenoeg de nominale waarde heeft. Daarna zorgt de regeling ervoor dat de nominale toestand wordt bereikt, waarbij dus het werkpunt zich langs het horizontale gedeelte van de karakteristiek beweegt, terwijl de stroom kleiner wordt. Hieruit blijkt dat tijdens de aanloop onnodig veel energie wordt gedissipeerd.

Het de uitvinding wordt beoogd een voedingsspanningsschakeling te verschaffen, waarbij tijdens de aanloop de uitgangsstroom geen te grote waarde aanneemt. Daartoe wordt de schakeling volgens de uitvinding gekenmerkt door een keuzeschakeling voor het doorgeven van het signaal van een aanloopschakeling aan de stuuringang van de impulsduurmodulator bij een uitgangsspanning die de genoemde tweede waarde heeft voor het doen toenemen van de duur van de geleidingstijd van de stuurbare schakelaar voor het brengen van de uitgangsspanning op de eerste waarde, welk signaal met een kortere geleidingstijd van de schakelaar overeenkomt dan het signaal van de funktiegenerator, en voor het doorgeven van het signaal van de funktiegenerator aan de genoemde stuuringang wanneer de uitgangsspanning de eerste waarde heeft.

In de schakeling volgens de uitvinding stijgt tijdens de aanloop de uitgangsspanning onder invloed, niet van de regeling van de geleidingstijd van de stuurbare schakelaar, doch van de aanloopschakeling. Hierbij heeft de uitgangsspanning een lagere waarde dan door de regeling het geval zou zijn, terwijl de uitgangsstroom steeds kleiner is dan de maximale waarde hiervan. De energiedissipatie blijft dus beperkt en de uitgangsspanning stijgt langzamer dan met de bekende voedingsschakeling het geval is. Gedurende de aanloop is de funktiegenerator wel werkzaam, maar hij heeft geen invloed op het schakelgedrag van de schakelaar. Heeft de uitgangsspanning de nominale waarde bereikt, dan wordt de geleidingstijd van de schakelaar wel door de regeling bepaald doordat de keuzeschakeling het signaal van de funktiegenerator doorgeeft aan de impulsduurmodulator, terwijl de aanloopschakeling geen invloed meer heeft. Dit is de normale werktoestand. Omdat de uitgangsstroom zijn maximale waarde na elk inschakelen en na elke storing niet bereikt, is de belasting op de onderdelen van de voedingsschakeling niet te groot.

Opgemerkt zal worden dat een dergelijke aanloopschakeling op zichzelf bekend is, bijvoorbeeld uit de publikatie Philips,

Electronic components and materials, "Technical information 020: Switched-mode power supplies in TV receivers, Control circuits" van 21 september 1976. Bij het in werking treden van een beveiligingsschakeling, wordt volgens deze publikatie de weg tussen de impulsduurmodulator en de stuurbare schakelaar gesperd, met het gevolg dat de voedingsschakeling niet meer werkt en de uitgangsspanning nul wordt, waarna de aanloopschakeling voor een zachte aanloop zorgt. Daarentegen blijft de voeding volgens de uitvinding ook na een storing werkzaam, zij het op laag niveau, zodat geringe en kortstondige storingen de voeding niet langdurig buiten werking kunnen stellen.

In een uitvoering vertoont de schakeling volgens de uitvinding het kenmerk dat de keuzeschakeling een minimumwaarde- doorlaatschakeling is voor het doorgeven van een stuursignaal aan de stuuringang van de modulator, waarbij een lagere waarde van het stuursignaal overeenkomt met een kortere geleidingstijd van de stuurbare schakelaar, en omgekeerd, In een eenvoudige uitvoering vertoont de schakeling het kenmerk dat de aanloopschakeling een bron bevat voor het laden van een opslagelement, waarbij het signaal van het opslagelement hoger is dan het signaal uit de funktiegenerator wanneer de uitgangsspanning de eerste waarde heeft en lager is dan dit signaal wanneer de uitgangsspanning de tweede waarde of een waarde heeft die hoger is dan een vooraf bepaalde waarde die hoger is dan de eerste waarde. Het signaal van het opslagelement is dus hoog als de uitgangsspanning de eerste waarde heeft en het heeft onder deze omstandigheden geen invloed op de werking van de voedingsschakeling. Bij een waarde van de uitgangsspanning die aanmerkelijk lager is dan de eerste waarde, bijvoorbeeld vanwege een overbelasting of doordat de uitgangsspanning met behulp van een wachttoestandsschakeling verlaagd is, is het signaal van het opslagelement laag. De schakeling is nu geschikt voor een zachte aanloop, waarbij de uitgangsspanning geleidelijk toeneemt.

Met voordeel wordt de schakeling gekenmerkt door een bistabiel element voor het in een eerste toestand ontladen van het opslagelement, het onwerkzaam maken van de klemschakeling en het sperren van de stuurbare schakelaar bij een waarde van de uitgangsspanning die hoger is dan een vooraf bepaalde waarde, waarbij het bistabiele element in zijn tweede toestand is wanneer het signaal van het opslagelement lager is dan een verdere, vooraf bepaalde waarde, in welke tweede toestand zowel het signaal van het opslagelement als de uitgangsspanning toenemen terwijl de klemschakeling werkzaam is. Dit is een overspanningsbeveiliging, waarbij de aanloopschakeling ervoor zorgt dat een zachte aanloop kan plaatsvinden zodra de overspanning voorbij is.

De uitvinding zal aan de hand van de bijgaande figuren bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht. Hierbij tonen: figuur 1 een blokschema van de voedingsspanningsschakeling volgens de uitvinding, figuur 2 enkele details van het schema van figuur 1, figuur 3 diagrammen die betrekking hebben op de schakeling en figuur 4 golfvormen die in de schakeling optreden.

De voedingsspanningsschakeling van figuur 1 bevat een stuurbare schakelaar in de vorm van een npn-schakeltransistor Tr waarvan de kollektor met de primaire wikkeling L1 van een transformator T is verbonden en waarvan de emitter aan massa ligt. Wikkeling L1 is anderzijds verbonden met de positieve pool van een ingangsgelijkspanningbron waarvan de negatieve pool eveneens aan massa ligt en die bijvoorbeeld een netgelijkrichter is. In de basisleiding van transistor Tr is een stuurschakeling 1 opgenomen voor het beurtelings brengen van de transistor in en uit geleiding.

Transformator T heeft een aantal sekundaire wikkelingen.

Één van deze wikkelingen, L2, heeft een uiteinde die aan massa ligt. Met het andere uiteinde is de anode van een gelijkrichter DQ verbonden waarvan de katode verbonden is met een afvlakkondensator CQ en een door een weerstand R voorgestelde belasting. De niet met gelijkrichter D0 verbonden aansluitingen van kondensator CQ en weerstand R liggen aan massa. De wikkelzin van wikkelingen L1 en L2, die op gebruikelijke wijze met punten is aangeduid, alsmede de geleidingsrichting van gelijkrichter D0 zijn zodanig gekozen dat in werking stroom vloeit door de ene wikkeling terwijl de andere stroomloos is. Over belasting R staat een uitgangsgelijkspanning VQ. De genoemde elementen maken deel uit van een geschakelde voedingsspanningsschakeling van bekend type, waarbij door een regeling van de duur van de tijdsintervallen waarin transistor Tr geleidend is spanning VQ een nagenoeg konstante waarde heeft die onafhankelijk is van de waarden van spanning en van belasting R. De schakeling van figuur 1 kan bijvoorbeeld een voedingsschakeling zijn ten behoeve van een televisie-ontvanger. Hierbij worden de belastingen op de sekundaire wikkelingen van transformator T gevormd door het verbruik van een aantal schakelingen in de ontvanger. Door één van deze wikkelingen, L3, vloeit stroom in dezelfde tijd dat stroom door wikkeling L1 vloeit.

De uitgangsspanning VQ wordt toegevoerd aan een funktiegenerator 2, aan een aanloopschakeling 3 en aan een beveiligingsschakeling 4. Generator 2 en schakeling 3 zijn anderzijds verbonden met een keuzeschakeling 5. Wikkelingen L2 en L3 zijn verbonden met een zaagtandgenerator 6. Het hierdoor opgewekte zaagtandvormige signaal en een uitgangssignaal van schakeling 5 worden toegevoerd aan een impulsduurmodulator 7 waarvan een uitgangssignaal toegevoerd wordt aan een regeischakeling 8. Een sekundaire wikkeling L4 van transformator T is verbonden met een wachttoestandsschakeling 9. Schakeling 9 is anderzijds gekoppeld met trap 8 en trap 8 is gekoppeld met schakeling 1.

Figuur 2 toont details van de voedingsschakeling van figuur 1. Tussen spanning VQ en massa staat de serieschakeling van twee weerstanden 11 en 12. De funktiegenerator 2 bevat een verschilversterker 23 waarvan een omkerende ingang verbonden is met het verbindingspunt van de weerstanden. Op dit punt heerst een spanning die evenredig is met spanning VQ. Bij een andere uitvoering kan van de spanningsdeler 11,12 worden afgezien. Een ingang van een opteltrap 24 is met ditzelfde punt verbonden. Op een andere ingang van trap 24 is een stroombron 25 aangesloten en tussen deze ingang en massa staat een weerstand 26. Met een niet-omkerende ingang van versterker 23 is een referentiespanning verbonden. Door versterker 23 wordt het verschil tussen de tegenkoppelspanning Vfb en de referentiespanning versterkt en door trap 24 wordt spanning Vfb opgeteld bij de door bron 25 over weerstand 26 veroorzaakte spanning. De aan een uitgang van trap 24 verkregen somspanning wordt toegevoerd aan een begrenzer 27. De hierdoor verkregen spanning en de aan een uitgang van versterker 23 aanwezige spanning worden toegevoerd aan een minimumwaarde-doorlaatschakeling 28. Door deze wordt van de genoemde spanningen de laagste doorgegeven aan de keuzeschakeling 5. Schakeling 5 krijgt anderzijds een spanning toegevoerd die van de aanloopschakeling 3 afkomstig is. Schakeling 5 is ook een minimumwaarde-doorlaatschakeling en van de twee ingangsspanningen van schakeling 5 wordt de laagste doorgegeven aan een omkerende ingang van de als verschilversterker uitgevoerde modulator 7 voor het besturen van de modulator als funktie van de uitgangsspanning VQ. In de normale werktoestand van de voedingsschakeling is de spanning aan de uitgang van schakeling 28 steeds lager dan de spanning die van schakeling 3 afkomstig is, zodat de eerst genoemde spanning doorgegeven wordt aan schakeling 5. In de praktijk kan een dergelijke minimumwaarde-doorlaatschakeling worden uitgevoerd met behulp van twee emittergekoppelde pnp-transistoren de bases op de te vergelijken spanningen aangesloten zijn, waarbij de laagste van deze spanningen het geleiden van de bijbehorende transistor veroorzaakt.

In figuur 3a is met een getrokken lijn de overdrachtskarakteristiek van elementen 2 en 5 uitgezet, dat is het diagram van de variatie van de door schakeling 5 doorgegeven spanning Vr als funktie van spanning VQ in het geval dat de aanloopschakeling 3 niet werkzaam is. Is spanning VQ nul, dan heeft spanning Vr een bepaalde waarde Vro die door middel van elementen 25 en 26 ingesteld kan worden (punt A in figuur 3a). Tot een bepaalde waarde Vr^ die voor VQ = V0i wordt bereikt (punt B) is de karakteristiek lineair. Is spanning VQ hoger dan VQ^, dan treedt begrenzer 27 in werking, met het gevolg dat spanning VQ niet meer toeneemt. Bij waarden van spanning VQ die lager zijn dan een waarde Vq2 (punt C), die hoger is dan Vo1, is de spanning aan de uitgang van versterker 23 hoger dan de spanning van begrenzer 27, zodat schakeling 5 de laatstgenoemde spanning verder doorgeeft. Bij waarden van spanning VQ die hoger zijn dan Vo2 is de spanning aan de uitgang van versterker 23 lager dan die van begrenzer 27, zodat de spanning aan de genoemde uitgang verder wordt doorgegeven. Deze spanning neemt zeer steil af bij stijgende waarden van spanning VQ en wordt nul in een punt D.

De zaagtandgenerator 6 bevat een kondensator 61 die door een stroombron 62 wordt geladen. De waarde van de stroom van bron 62 wordt bepaald door een weerstand 63 die met wikkeling L3 is verbonden. Omdat wikkeling L3 gelijktijdig met wikkeling L1 stroom voert, is bron 62 tijdens het geleidingsinterval van transistor Tr werkzaam. De spanning van wikkeling L2 wordt door middel van een verschilversterker 64 vergeleken met een referentiespanning van bijvoorbeeld 100 mV. Stijgt de spanning over wikkeling L2 boven deze waarde, hetgeen tijdens de spertijd van transistor Tr plaatsvindt, dan wordt een parallel met kondensator 61 staande schakelaar 65 geleidend, waardoor de kondensator zich ontlaadt. Door middel van een vertragingselement 66 wordt het begintijdstip van het laden vertraagd. De reden hiervoor wordt in het vervolg verklaard. Onder deze omstandigheden ontstaat over kondensator 61 een zaagtandvormige spanning waarvan de topwaarde een maat is voor de topwaarde van de kollektorstroom van transistor Tr en voor de waarde van spanning V^. Bij de zaagtand wordt door middel van een opteltrap 67 een spanning van ongeveer 100 mV opgeteld en de verkregen spanning Vg wordt toegevoerd aan een niet-omkerende ingang van versterker 7. In een andere uitvoering kan de zaagtandgenerator als oscillator worden uitgevoerd.

In werking wordt door versterker 7 de door de keuzeschakeling 5 aan de stuuringang van de versterker doorgegeven uitgangsspanning Vr vergeleken met spanning Vg. De regelschakeling 8 bevat een OF-poort 81 waarvan een ingang met een uitgang van versterker 7 is verbonden. Via een tweede OF-poort 82 bereikt het uitgangssignaal van versterker 7 een stuurtrap 83 die een lichtemitterende diode 84 aanstuurt. Diode 84 is optisch gekoppeld met een lichtgevoelig element dat deel uitmaakt van de stuurschakeling 1 van transistor Tr. Op een tijdstip waarop spanning lager is dan Vg, is het uitgangssignaal van versterker 7 hoog, waardoor diode 84 stroom voert. Schakeling 1 is op zodanige, bekende wijze ingericht dat transistor Tr dan gesperd is.

Op een tijdstip waarop spanning V'r hoger is dan Vs, daarentegen, is transistor Tr geleidend. Hoe lager spanning Vr is ten opzichte van spanning Vs, hoe korter de geleidingstijd van transistor Tr is, en omgekeerd. Daardoor wordt een regeling van spanning VQ verkregen.

Neemt bijvoorbeeld de belasting af, dan neemt spanning VQ toe.

Spanning Vr neemt af (lijnstuk CD in figuur 3a). Als gevolg hiervan gaat diode 84 eerder geleiden dan anders het geval was, waardoor transistor Tr eerder afgeschakeld wordt. De topwaarde van de kollektorstroom neemt af. De tijdens de geleidingstijd van de transistor in transformator T opgeslagen energie neemt af, hetgeen de toeneming van spanning VQ tegenwerkt. Bij een grotere belasting geldt het tegenovergestelde, dat wil zeggen de geleidingstijd van transistor Tr wordt langer. Neemt spanning Vi toe, waardoor spanning VQ zou toenemen, dan neemt spanning Vs ook toe, met het gevolg dat de genoemde geleidingstijd korter wordt voor het stabiliseren van VQ.

Figuur 3b toont met een getrokken lijn de uitgangskarakteristiek van de voedingsschakeling, dat is het diagram van de variatie van de uitgangsspanning VQ als funktie van de door de belasting R vloeiende uitgangsstroom IQ. De karakteristiek heeft een bepaalde vorm als gevolg van het feit dat spanning Vr het in figuur 3a aangegeven verloop heeft als funktie van spanning VQ. Tussen de waarde 0 en een bepaalde waarde van stroom I0 (tussen punten K en L in figuur 3b) is de karakteristiek van figuur 3b een nagenoeg horizontale rechte lijn. Bij hogere waarden van de stroom neemt de spanning enigszins af terwijl de stroom enigszins toeneemt en een maximale waarde Iomax bereikt (punt M), waarna zowel de spanning als de stroom steil afnemen.

De karakteristiek is dan een nagenoeg rechte lijn die de I0-as in een punt P bereikt dat met een lage waarde van IQ overeenkomt, dat is de waarde bij kortgesloten belasting (VQ = 0). Een dergelijke terugvallende karakteristiek staat in het Engels bekend onder de naam "current foldback characteristic". De diagrammen van figuur 3a en b komen met elkaar overeen en wel zo dat punt A met punt P, B met M, C met L en D met K overeenkomt. In figuur 3b is ook de rechte lijn aangegeven die weerstand R voorstelt bij de nominale waarde van deze weerstand.

Deze lijn snijdt het lijnstuk KL in een punt W dat het nominale werkpunt voorstelt en dat in figuur 3a overeenkomt met een op het lijnstuk CD gelegen punt E. De regeling van de geleidingstijd van transistor Tr houdt in dat in werking het werkpunt zich verplaatst langs het lijnstuk KL om punt W heen. Hierbij geeft een rechte lijn die tussen de oorsprong 0 van het assenstelsel en punt L getrokken zou zijn de minimale waarde van weerstand R aan. Punt A bepaalt de minimale geleidingstijd van transistor Tr bij kortgesloten uitgang, de instelling daarvan beïnvloedt beide karakteristieken: dit is in figuur 3 met streepjes aangegeven volgens een lijn die evenwijdig loopt aan de getrokken lijn AB respektievelijk MP. Door middel van begrenzer 27 wordt de maximale waarde van de kollektorstroom van de transistor en derhalve die van spanning Vr en van stroom IQ bepaald. Door middel van trap 67 wordt bereikt dat het niveau van spanning Vr lager kan zijn dan spanning Vg, bijvoorbeeld in onbelast bedrijf waarbij het werkpunt zich naar punt D moet kunnen verplaatsen, dat is het punt waarvoor de geleidingstijd van transistor Tr nul is.

De aanloopschakeling 3 bevat een stroombron 31 voor het laden van een opslagelement in de vorm van een kondensator 32. Het verbindingspunt van elementen 31 en 32 is verbonden met een niet-omkerende ingang van een verschilversterker 33 waarvan een omkerende ingang verbonden is met het verbindingspunt van weerstanden 11 en 12.

Een uitgang van versterker 33 is verbonden met een ingang van een EN-poort 34. Van een opteltrap 35 is een ingang verbonden met het verbindingspunt van elementen 25 en 26, een andere ingang met dat van elementen 31 en 32 en een uitgang met de tweede ingang van schakeling 5. Een uitgang van poort 34 bedient een parallel aan kondensator 32 staande schakelaar 36.

Schakeling 4 is een overspanningsbeveiligingsschakeling.

Het behulp van een verschilversterker 41 wordt de spanning aan het verbindingspunt van twee weerstanden 13 en 14, die in serie staan tussen spanning VQ en massa, vergeleken met een referentiespanning van bijvoorbeeld 2,5 V. Een uitgang van versterker 41 is verbonden met een stelingang van een flipflop 42. Een niet-omkerende uitgang Q van flipflop 42 bestuurt een ontlaadstroombron 43 voor kondensator 32 en is verbonden met een tweede ingang van poort 82. Een omkerende uitgang 0 van flipflop 42 is verbonden met een tweede ingang van poort 34.

Met behulp van een verschilversterker 44 wordt de spanning over kondensator 32 vergeleken met een referentiespanning van bijvoorbeeld 100 mV en een uitgang van versterker 44 is verbonden met een terugstelingang van flipflop 42.

In de normale werktoestand van de voeding is de spanning aan het verbindingspunt van weerstanden 13 en 14 lager dan ongeveer 2,5 V. Het door flipflop 42 aan poort 34 toegevoerde signaal is een 1, terwijl bron 43 onwerkzaam is. Wordt de door bron 31 over kondensator 32 opgewekte spanning Vss hoger dan spanning V^, dan gaat schakelaar 36 geleiden, waardoor de kondensator zich snel ontlaadt. Spanning Vsg daalt. In het tegenovergestelde geval is de schakelaar gesperd, waardoor de genoemde spanning stijgt. Hieruit blijkt dat spanning Vss steeds op nagenoeg de waarde van spanning geklemd wordt. Deze waarde is in de normale werktoestand nagenoeg konstant en is hoger dan de door generator 2 aan schakeling 5 toegevoerde spanning, en heeft derhalve geen invloed op de regeling van de uitgangsspanning. Parallel aan kondensator 32 kan een gestippeld getekende weerstand 39 worden aangebracht. Hierdoor wordt de spanning over de kondensator verlaagd tot de waarde van de door bron 31 over de weerstand veroorzaakte spanningsval. De weerstand kan zo worden gekozen dat de door trap 35 aan schakeling 5 toegevoerde spanning de laagste is van de ingangsspanningen van deze schakeling, zodat transistor Tr eerder gesperd wordt dan anders het geval was. Hieruit blijkt dat door het aanbrengen van de genoemde weerstand de topwaarde van de kollektorstroom van de transistor met behulp van de aanloopschakeling 3 op een bepaalde waarde kan worden ingesteld.

Bij het inschakelen van de televisie-ontvanger waarvan de beschreven voedingsschakeling deel uitmaakt, zijn aanvankelijk alle spanningen nul. De spanning aan de uitgang van versterker 23 is hoog.

Door bron 25 wordt over weerstand 26 een spanningsval veroorzaakt die door middel van trap 35 wordt opgeteld bij de langzaam opkomende spanning over kondensator 32. Via schakeling 5 bepaalt de genoemde spanningsval de minimale geleidingstijd van transistor Tr, in welke tijd energie wordt toegevoerd aan transformator T. De uitgangsspanningen van de voeding groeien dus aan. Een minimumwaardedetektor 37 vergelijkt een gelijkspanning Vb, die afgeleid is van wikkeling L3 met behulp van een gelijkrichter Db en over een afvlakkondensator Cb (figuur 1) aanwezig is, met een referentiewaarde van bijvoorbeeld 6 V. Zolang spanning Vb lager is dan deze waarde, wordt trap 83 door detektor 37 gesperd, hetgeen een zachte aanloop mogelijk maakt. Bron 31 laadt kondensator 32, waardoor spanning Vss langzaam stijgt en wel langzamer dan de spanning aan de uitgang van generator 2, zodat de door schakeling 3 aan schakeling 5 toegevoerde spanning lager is dan de spanning van generator 2. Door schakeling 5 wordt de spanning van schakeling 3 als spanning Vr aan modulator 7 doorgegeven waardoor de geleidingstijd van transistor Tr langzaam stijgt. Hierbij is de genoemde geleidingstijd korter dan onder invloed van de uitgangsspanning van generator 2 het geval zou zijn. De snelheid waarmee spanning Vgs stijgt wordt ingesteld door de keuze van de kapaciteit van kondensator 32. De normale werktoestand treedt in zodra de door trap 35 aan schakeling 5 toegevoerde spanning hoger wordt dan de door schakeling 28 aan schakeling 5 toegevoerde spanning, hetgeen plaatsvindt wanneer VQ de waarde Vo2 bereikt heeft, in welke toestand de spanning van de funktiegenerator 2 door de keuzeschakeling 5 wordt doorgegeven aan modulator 7 voor het regelen van de duur van de geleidingstijd van transistor Tr, terwijl spanning Vsg, die geen invloed meer heeft op de genoemde duur, nagenoeg konstant blijft. In figuur 3 is de karakteristiek van de aanloopschakeling als streepjeslijn AE respektievelijk PW uitgezet.

Spanning Vb is de voedingsspanning van een geïntegreerde schakeling die de meeste delen van de schakeling van figuur 2 bevat. Opgemerkt zal worden dat de waarde van spanning Vb, die van wikkeling L3 wordt afgeleid, niet van de waarde van VQ afhangt, doch van die van V^, en wel omdat de geïntegreerde schakeling ook werkzaam moet zijn bij kortgesloten spanning V0. Wordt in werking spanning Vb lager dan 5 V, bij welke waarde de geïntegreerde schakeling niet naar behoren kan werken, dan blijven diode 84 stroomloos en transistor Tr voortdurend geleidend, met het gevolg dat de transistor beschadigd wordt. Dit wordt voorkomen doordat de stuurschakeling 1 een voorziening bevat voor het vrijgeven van de sturing van de transistor wanneer spanning Vb hoger is dan 6 V. Tevens wordt kondensator 32 teruggesteld doordat een schakelaar 38, die parallel staat aan schakelaar 36, geleidend wordt onder invloed van detektor 37.

Wordt spanning VQ aanmerkelijk lager dan de waarde in de normale werktoestand, dan neemt spanning Vfb evenredig af. Spanning V__ neemt overeenkomstig af tot de waarde van Vfb, waardoor de spanning aan de uitgang van trap 35 lager wordt dan die van generator 2 en dus doorgegeven wordt aan modulator 7. Deze toestand treedt op bij een overbelasting, waarbij weerstand R een kleinere waarde R aanneemt, zodanig dat de belastingslijn in figuur 3b de karakteristiek snijdt in een werkpunt J dat op het lijnstuk MP gelegen is. Stijgt, daarentegen, spanning VQ zo dat het beveiligingsniveau aan het verbindingspunt van weerstanden 13 en 14 hoger wordt dan 2,5 V, dan wordt flipflop 42 gesteld. Aan de uitgang Q van flipflop 42 is een 1 aanwezig, waardoor bron 43 werkzaam wordt en kondensator 32 langzaam ontlaadt. Spanning V neemt af. Gelijktijdig wordt poort 34 gesperd door een 0 aan de

SS

uitgang Q, zodat schakelaar 36 niet bediend wordt. Spanning V0 heeft geen invloed op de aanloopschakeling. Anders zou spanning Vss gelijk zijn aan Vfb en zou het ontladen van kondensator 32 beïnvloed worden door de belastingsstroom. Trap 83 wordt via poort 82 door flipflop 42 bestuurd voor het voortdurend doen geleiden van diode 84 en dus het sperren van transistor Tr. Zowel in het geval van de overbelasting als in het geval van de overspanning is de aanloopspanning Ve_ laag. Op het tijdstip dat spanning V_ lager wordt dan 100 mV, wordt flipflop 42 door versterker 44 teruggesteld, waardoor het ontladen van kondensator 32 ophoudt, terwijl poort 34 opnieuw een 1 toegevoerd krijgt en terwijl transistor Tr vrijgegeven wordt. Een nieuwe aanloop kan dan beginnen.

De wachttoestandsschakeling 9 bevat een trap 91 die verbonden is met wikkeling L4 en die onder invloed van een schakelsignaal ervoor zorgt dat de uitgangsspanningen van de voeding aanzienlijk worden verlaagd. Trap 91 is verbonden met een vergelijkingstrap 92 waarvan een uitgang verbonden is met een derde ingang van poort 82. In de wachttoestand wordt een periodiek onderbroken oscillatie opgewekt met een lage frekwentie (Engels: burst mode). Een dergelijke schakeling is beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 8502338 (PHN 11471) die hierin bij referentie wordt opgenomen. Overschrijdt de spanning over wikkeling L4 een bepaald niveau, dan geleidt diode 84 voor het sperren van transistor Tr, zodat de genoemde spanning weer daalt. Wordt onder deze omstandigheden een ander niveau bereikt dat lager is dan de eerst genoemde, dan wordt trap 83 opnieuw gesperd voor het in geleiding brengen van transistor Tr.

Treedt een overbelasting op een tijdstip op dat tijdens de geleidingstijd van transistor Tr gelegen is, dan is op dat tijdstip in transformator T energie aanwezig die niet onmiddellijk kan verdwijnen. Het werkpunt volgt de karakteristiek langs de punten L en M en het lijnstuk MP naar de nieuwe positie J. Treedt de overbelasting op een tijdstip op dat tijdens de spertijd van de transistor gelegen is, dan heeft op dat tijdstip de transformator geen of weinig energie, zodat voor het bereiken van punt J het werkpunt een kortere weg volgt dan de karakteristiek. Ook bij een overspanning en bij het instellen van de wachttoestand verplaatst het werkpunt zich naar een punt dat gelegen is op het lijnstuk PM van de karakteristiek in de nabijheid van punt P. In al deze gevallen blijft de voeding op de normale wijze werkzaam, zij het dat de uitgangsspanning en de uitgangsstroom lage waarden hebben. Omdat spanning Vss steeds geklemd is op de waarde van spanning ontstaat dan een zachte aanloop, waarbij de uitgangsspanningen van de voeding geleidelijk toenemen totdat de nominale positie W op de karakteristiek opnieuw wordt bereikt, tenzij de storing of de wachttoestand wederom optreden. Hieruit blijkt dat geringe en kortstondige storingen de voeding niet langdurig buiten werking kunnen stellen. Is bijvoorbeeld de overbelasting een kortsluiting van spanning V0, dan ligt het werkpunt in punt P. Wordt de kortsluiting opgeheven, waarbij de belasting opnieuw door weerstand R wordt gevormd, dan veroorzaakt de hierdoorheen aanvankelijk vloeiende stroom I0 een spanningsval die aangegeven wordt in figuur 3b door een gestippeld getekende vertikale lijn tussen punt P en de belastingslijn die R voorstelt. Op de karakteristiek PW van de aanloopschakeling komt het gevormde snijpunt overeen met een punt dat door een horizontale lijn wordt gegeven. Dit nieuwe punt levert een nieuwe waarde van stroom I0. Hieruit blijkt dat het werkpunt zich langs een trapvormige kromme verplaatst en punt W bereikt zonder dat grote waarden van stroom IQ voorkomen. Hetzelfde geldt voor de aanloop na het inschakelen van de ontvanger, waarbij het werkpunt de positie W vanaf punt 0 bereikt. Zowel in figuur 3a als in figuur 3b volgt het werkpunt een kortere weg dan de oorspronkelijke karakteristiek. Ter vergelijking is in figuur 3b de trapvorm getekend waarlangs het werkpunt zich zou verplaatsen zonder de aanloopschakeling, welke trapvorm het lijnstuk PM raakt. De laatste vertikale lijn van deze trapvorm, in de figuur de derde, snijdt het lijnstuk KL· op de karakteristiek in een punt dat zich rechts van punt w bevindt en een situatie met een grotere uitgangsstroom voorstelt. Onder omstandigheden kan de maximale waarde I0Biax worden bereikt. Na het bereiken van het lijnstuk KL· treedt de regeling in werking zodat het werkpunt zich niet langer op de vertikale lijn verplaatst, maar naaf links gaat langs het lijnstuk KL· totdat het de positie W aanneemt. Het zal duidelijk zijn dat de dissipatie groter is dan dank zij de aanloopschakeling het geval is.

De werking van de voedingsschakeling wordt verbeterd door het reeds genoemde vertragingselement 66 en door delen van de regelschakeling 8 die thans beschreven zullen worden. Het betreft eerst een EN-poort 85 waarvan een uitgang verbonden is met een tweede ingang van de OF-poort 81. Een ingang van poort 85 is verbonden met een niet-omkerende uitgang Q van een flipflop 86. De uitgang van element 66, die schakelaar 65 bestuurt, is verbonden met een terugstelingang van flipflop 86 en met een andere ingang van poort 85. Met een stelingang van flipflop 86 is de uitgang verbonden van een OF-poort 87 waarvan een eerste ingang met de uitgang van modulator 7, een tweede ingang met een uitgang van een verschilversterker 88 en een derde ingang met detektor 37 verbonden is. De uitgang van trap 67 is verbonden met een niet-omkerende ingang van versterker 88 en een omkerende ingang van deze versterker ligt aan een referentiespanning van bijvoorbeeld 1,5 V.

Gedurende het tijdsinterval waarin de schakeltransistor Tr gesperd is, vloeien afnemende stromen door een aantal sekundaire wikkelingen van transformator T, in dit uitvoeringsvoorbeeld L2 en L4. Hierdoor wordt de transformator ontmagnetiseerd. Zou in dit interval de transistor opnieuw in geleiding worden gebracht, dan zou de transformator zich niet kunnen ontladen en zou bijgevolg in verzadiging kunnen raken. Dit is ongewenst. De sturing van de transistor moet daarom zodanig zijn dat de transistor Tr niet weer ingeschakeld wordt voordat de sekundaire stroom nul geworden is. Hierbij is een bruikbare maatstaf het feit dat na het sperren van transistor Tr de spanning over een sekundaire wikkeling snel een bepaalde polariteit aanneemt, bijvoorbeeld positief wordt over wikkeling L2, en deze polariteit blijft houden zolang de hierop aangesloten gelijkrichter in geleiding is en de ontmagnetiseerstroom doorlaat, waarna de genoemde spanning afneemt, nul en dan negatief wordt. De moeilijkheid doet zich echter voor dat, indien de transistor nog steeds gesperd is, uitslingeringen kunnen optreden die door de zelfinduktie van de transformator en parasitaire kapaciteiten worden veroorzaakt, zodat de genoemde spanning positief kan zijn zonder dat deze situatie een ontmagnetisering betekent. Indien geen verschil wordt gemaakt in de sturing van de transistor tussen de intervallen-waarin ontmagnetisering en die waarin oscillatie plaatsvindt, kan een instabiliteit ontstaan.

De maatregelen die hiervoor zijn genomen worden verduidelijkt aan de hand van de diagrammen van figuur 4, die ook nuttig zijn voor het verduidelijken van de vorafgaande beschrijvingen. Deze diagrammen gelden voor het geval van een, door een parallel aan transistor Tr aangebrachte kondensator, afgestemde voedingsschakeling. Figuur 4a toont de sekundaire spanning als funktie van de tijd. In figuur 4b zijn de kollektorstroom van transistor Tr met een getrokken lijn en de naar de primaire zijde getransformeerde sekundaire stroom met een streepjeslijn uitgezet. De transistor is geleidend tussen tijdstippen t^ en t£. Uit deze diagrammen blijkt dat slechts de tussen tijdstip t2 en de eerste nuldoorgang van de sekundaire spanning op tijdstip tj vloeiende sekundaire stroom ontmagnetiserend is en dat na t3 een oscillatie optreedt.

Door versterker 41 worden de tijdstippen vastgesteld waarop de spanning over wikkeling L2 niet nul wordt, doch de waarde 100 mV overschrijdt, dit om een onderscheid te maken tussen de rusttoestand, waarin deze spanning nul is, en de toestand met kortgesloten uitgangsspanning, waarin diode DQ geleidt met hierover een spanningsval van enkele tienden volt. Is de spanning over wikkeling L2 hoger dan 100 mV dan wordt het signaal aan de uitgang van versterker 64 hoog (figuur 4c). De dalende flanken van dit signaal, die optreden wanneer deze spanning lager wordt dan 100 mV, worden vertraagd door iddel van element 66 iet een met behulp van een kondensator 68 ingestelde vertraging d. De dalende, vertraagde flanken van het aan de uitgang van element 66 verkregen signaal (figuur 4d) worden toegevoerd aan flipflop 86 voor het terugstellen hiervan en aan schakelaar 65 voor het uit geleiding brengen van deze schakelaar. In figuur 4e wordt door een getrokken lijn de over kondensator 61 opgewekte zaagtandvormige spanning en door eenstreepjeslijn wordt spanning Vs voorgesteld. Het uitgangssignaal van modulator 7 is in figuur 4f gegeven. Zonder versterker 88 zouden de stijgende flanken van dit signaal flipflop 86 stellen. Het diagram van figuur 4g stelt het signaal aan de uitgang Q van flipflop 86 voor en de diagrammen van figuur 4h en 4i stellen het signaal aan de uitgang van poort 85 en het signaal aan de uitgang van poort 81 voor.

Uit de diagrammen van figuur 4 blijkt dat op het tijdstip t1 dat door de vertraging d wordt bepaald, diode 84 gesperd wordt, waardoor transistor Tr in geleiding wordt gebracht. Op het tijdstip waarop Vr en Vs in figuur 4e elkaar kruisen, wordt diode 84 weer geleidend. Na dit tijdstip wordt de transistor gesperd op tijdstip t2 na een interval dat wordt bepaald door de opslagtijd van de transistor en door vertragingen die door het regelproces ontstaan. Na het sperren van transistor Tr kunnen uitslingeringen ontstaan die door spreidingszelfindukties en parasitaire kapaciteiten worden veroorzaakt. Naar aanleiding hiervan neemt de sekundaire spanning (figuur 4a) niet onmiddellijk de waarde VQ aan, maar oscilleert om deze waarde heen.

Bij een lage waarde van spanning VQ zou de eerste van deze oscillaties onder nul kunnen komen, waardoor het signaal van figuur 4c een dalende flank zou vertonen en waardoor transistor Tr in geleiding zou worden gebracht. Dit wordt voorkomen doordat deze flank door middel van element 66 wordt vertraagd. Op soortgelijke wijze zou de transistor in geleiding worden gebracht op tijdstip t^. Het signaal van figuur 4i zorgt ervoor dat dit pas na de vertraging d plaatsvindt. Een verbetering van de beschreven voorzieningen voor ontmagnetiseringsbeveiliging is dat de aan versterker 64 toegevoerde informatie omtrent de sekundaire spanning afkomstig is van de sekundaire wikkeling, in dit voorbeeld L2, die het grootste aantal windingen heeft.

De eigenschappen van de voeding tijdens de aanloop worden verbeterd doordat het ontmagnetiseersignaal uit element 66 trap 83 in werking stelt slechts als flipflop 86 gesteld is, hetgeen via poort 87 gebeurt indien het uitgangssignaal van modulator 7 positief is, of indien spanning Vg hoger is dan 1,5 V, wat vastgesteld wordt met behulp van versterker 88, of indien detektor 37 de informatie levert dat spanning Vb niet lager is dan 5 V. Deze laatste twee kriteria zijn toegevoegd voor het garanderen dat ontmagnetisering plaatsvindt in het geval dat transistor Tr tijdens de aanloop te weinig basisstroom heeft, waardoor de zaagtand in figuur 4e het niveau Vr niet bereikt en waardoor modulator 7 nog geen signaal levert voor het stellen van flipflop 86. Figuur 4g toont dat de flipflop gesteld wordt op het tijdstip dat spanning V1 de waarde 1,5 V overschrijdt.

In het voorafgaande zijn een aantal delen van de voeding van figuur 1 uitvoerig beschreven. Het zal duidelijk zijn dat vele varianten mogelijk zijn die binnen het raam van de uitvinding vallen. Zo is het type voeding, bijvoorbeeld zelfoscillerend of niet, met konstante schakelfrekwentie of niet, afgestemd of niet, irrelevant voor de uitvinding. Hetzelfde geldt voor het toegepaste schakelelement en voor een aantal details in figuur 2, bijvoorbeeld de zaagtandopwekking die ook aan de primaire zijde kan plaatsvinden indien een galvanische scheiding niet vereist is, bijvoorbeeld met behulp van een emitterweerstand van transistor Tr.

Claims (10)

1. 2. Schakeling volgens konklusie 1, met het kenmerk dat de keuzeschakeling een minimumwaarde-doorlaatschakeling is voor het doorgeven van een stuursignaal aan de stuuringang van de modulator, waarbij een lagere waarde van het stuursignaal overeenkomt met een kortere geleidingstijd van de stuurbare schakelaar, en omgekeerd.
2. 3. Schakeling volgens konklusie 2, met het kenmerk dat de aanloopschakeling een bron bevat voor het laden van een opslagelement, waarbij het signaal van het opslagelement hoger is dan het signaal uit de funktiegenerator wanneer de uitgangsspanning de eerste waarde heeft en lager is dan dit signaal wanneer de uitgangsspanning de tweede waarde of een waarde heeft die hoger is dan een vooraf bepaalde waarde die hoger is dan de eerste waarde.
3. 4. Schakeling volgens konklusie 3, met het kenmerk dat met het opslagelement een klemschakeling verbonden is voor het klemmen van het signaal van het opslagelement op een van de uitgangsspanning afhankelijke waarde die hoger is dan het signaal uit de funktiegenerator wanneer de uitgangsspanning de eerste waarde heeft.
4. 5. Schakeling volgens konklusie 4, met het kenmerk dat de klemschakeling een aan het als kondensator uitgevoerde opslagelement parallel staande schakelaar bevat, alsmede een vergelijkingstrap voor het vergelijken van de spanning over de kondensator met een spanning die gelijk aan of evenredig is met de uitgangsspanning en voor het besturen van de schakelaar, waarbij de schakelaar geleidend is bij een kondensatorspanning die hoger is dan de vergeleken spanning en gesperd is in het tegenovergestelde geval.
5. 6. Schakeling volgens konklusie 5, met het kenmerk dat parallel aan de kondensator een weerstand staat voor het bepalen van de topwaarde van de stroom door de stuurbare schakelaar.
6. 7. Schakeling volgens konklusie 4, gekenmerkt door een opteltrap voor het optellen van een signaal bij het signaal van het opslagelement voor het bepalen van de minimale geleidingstijd van de stuurbare schakelaar.
7. 8. Schakeling volgens konklusie 4, gekenmerkt door een bistabiel element voor het in een eerste toestand ontladen van het opslagelement, het onwerkzaam maken van de klemschakeling en het sperren van de stuurbare schakelaar bij een waarde van de uitgangsspanning die hoger is dan een vooraf bepaalde waarde.
8. 9. Schakeling volgens konklusie 8, met het kenmerk dat het bistabiele element in zijn tweede toestand is wanneer het signaal van het opslagelement lager is dan een verdere, vooraf bepaalde waarde, in welke tweede toestand zowel het signaal van het opslagelement als de uitgangsspanning toenemen terwijl de klemschakeling werkzaam is.
9. 10. Schakeling volgens konklusie 3, gekenmerkt door een minimumwaardedetektor voor het ontladen van het opslagelement en voor het sperren van de stuurbare schakelaar wanneer een van de ingangsspanning afgeleide voedingsspanning lager is dan een vooraf bepaalde waarde.
10. 11. Schakeling volgens konklusie 10, met het kenmerk dat de ainiauawaardedetektor tijdens de overgang van de uitgangsspanning van de tweede naar de eerste waarde het opslageleaent en de stuurbare schakelaar vrijgeeft.