DE2620191A1

DE2620191A1 - Schaltnetzteil fuer die versorgung eines fernsehgeraetes

Info

Publication number: DE2620191A1
Application number: DE19762620191
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Rosenthal
Original assignee: Graetz GmbH and Co OHG
Current assignee: Nokia Deutschland GmbH
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1977-11-17
Also published as: AT352803B; DE2620191C2; AU509472B2; ATA264377A; AU2490477A; BE854246A; NL7704767A

Description

Schaltnetzteil für die Versorgung eines Fernsehgerätes
Die Erfindung betrifft ein Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor und einer Steuer- und Regelschaltung, die eine Soll/Istwert-Impulsbreitenmodulationsstufe und eine Uberlastschutzschaltung zur Begrenzung oder seriodischen Abschaltung des Schalttransistors bei der berschreituno eines vorbestimmten Speicherstromes enthält, für die Versorgung eines Fernsehgerätes mit einer oder mehreren stabilisierten Betriebsspannungen, die aus der Sperrphase der Schaltnetzteilinduktivität durch Gleichrichtung gewonnen werden und einer Betriebsspannungserzeugung für eine Fernbedienungsschaltung.
Schaltnetzteile in dieser Art werden bereits seit einigen Jahren in Fernsehgeräten eingesetzt (siehe Funkschau 1972, Heft 10, Seite 339 bis 341). Diese Schaltnetzteile zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine aute Stabilisierung der Ausgangsspannungen gegenüber Netzspannungsänderungen und Lastschwankungen aus. Außerdem hat die Uberlastschutzschaltung die Entzündung von Bauteilen durch Defekte in der Schaltung beträchtlich gesenkt.
Ein immer größerer Anteil der Fernsehgeräte wird mit Fernbedienungseinheiten ausgerüstet. Von diesen fernbedienbaren Geräten ist ein nicht geringer Prozentsatz auch mit der Ein- und Ausschaltmöglichkeit des Fernsehteiles ausgestattet.
Die im Fernsehempfänger vorgesehene Fernbedienungsschaltung wird in den bekannten Schaltungen aus einem eigenen Netzteil versorgt.
Die Ein- und Ausschaltung des Fernsehteiles erfolgt mit einem zweipoligen Relais, welches für den hohen Einschaltstrom (Stromstoß in den Ladekondensator) von > 50 A ausgelegt sein muß. Um dieses teure und letztlich in seiner Lebensdauer kritische Bauteil zu umgehen, ist es auch bekannt, den Schalttransistor während des Bereitschaftszustandes im Netzteil dauernd gesperrt zu lassen, so daß keine Ausgangs spannungen vom Schaltnetzteil abgegeben werden. Hierzu ist nur ein geringer Strom aus der Fernbedienungsschaltung in die Steuer- und Regelschaltung erforderlich.
Ein anderer Vorschlag (Prospekt der Firma Siemens AG Spannungsversorgung eines Fernsteuerempfängers und Analogspeichers während des Stand-by(SB)-Betriebes mit dem Sperrwandlernetzteil AZB 5000" vom 29. Januar 1975) nutzt die stabilisierte Ausgangsspannung des Schaltnetzteiles auch für die Versorgung der Fernbedienungsschaltung aus.
Zur Abschaltung des Fernsehgerätes wird die Betriebsspannungszuführung vom Schaltnetzteil zum größten Verbraucher des Fernsehteiles durch eine Transistorschaltung unterbrochen. Ein Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Ausgangsspannungen mit Lastwiderständen beschaltet werden müssen, da andernfalls die Ausgangsspannungen auf die Spitzenspannungen der Abschaltflanke hochlaufen.
Ein weiterer Nachteil der Schaltung ist in den ununterbrochen über Wochen und Monate anliegenden vollen Betriebsspannungen an Schaltungsteilen, wie Videoendstufen, Vertikalverstärker, Tonverstärker und Stabilisierungsschaltung für Tunerabstimmung begründet. Auch liegt am Schalttransistor im Schaltnetzteil die volle Sperrspannung wie im Normalbetrieb.
Es ist auch bekannt, die Zeilenendstufe nicht durch eine besondere Treiberstufe, sondern vom Wandler-Transformator anzusteuern. In diesem Fall muß dann aber ein hoher Strom unterbrochen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Schaltungen zu umgehen, um den Netztransformator einsparen zu können. Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Hiermit besteht nun die Möglichkeit, durch Impulsbreitenregelung stabilisierte Ausgangsspannungen des Schaltnetzteiles durch das Abschaltkommando vom Fernbedienungsteil so für die Zeit des Bereitschaftszustandes herabzuregeln, daß alle Funktionen des Fernsehgerätes abgeschaltet werden. Die Ausgangsspannung in der Flußphase des Schaltnetzteiles wird hiervon nicht berührt, weil das Tastverhältnis darauf keinen Einfluß hat. Die Fernbedienungsschaltung selber wird somit vom Schaltnetzteil weiterhin versorgt und bleibt betriebsbereit.
Wesentliche Vorteile dieser Schaltungsauslegung bestehen darin, daß in Bereitschaftsstellung des Fernsehgerätes der Schalttransistor im Netzteil mit etwa der halben Spitzenspannung betrieben wird, wie im Normalbetrieb des Gerätes und auBerdem die Versorgungsspannung des Fernsehteiles auf einen Bruchteil ihres Normalwertes absinkt.
Auch ist eine Ansteuerung der Zeilenendstufe aus dem Schaltnetzteil weiterhin möglich (nach dem Siemensvorschlag müßte ein Treiberwechselstrom von ns2 A unterbrochen werden, wenn die Zeilenendstufe als größter Verbraucher abgeschaltet werden müßte).
Im praktischen Betrieb ergeben sich bei einem Farbfernsehgerät bei abgeschaltetem Fernsehteil Verluste von etwa 10 W. Eine weitere Reduzierung der Verluste ist ddrch den sogenannten gepulsten Betrieb des Schaltnetzteiles zu erreichen. Hierzu wird also nach einer Ausbildung der Erfindung zur Umschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes wesentlich herabgesetzt, durch Umschaltung der Überlastschutzschaltung vom Normalbetrieb in einen periodischen Dauerauslösebetrieb. Eine andere Ausbildung sieht einen gesonderten Steuergenerator für den Schalttransistor im Wandlerteil in der Weise vor, daß zur Umschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand, die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes wesentlich herabgesetzt wird, durch eine elektronische Abschaltung der Steuer- und Regelschaltung (erste Steuer- und Regelschaltung)für den Normalbetrieb des Fernsehgerätes und einer gleichzeitig damit aktivierten weiteren Steuerschaltung, welche gegenüber der ersten Steuerschaltung durch die Schaltung fest vorgegebene schmale Steuerimpulse für den Schalttransistor erzeugt und die weiterhin periodisch diese Steuerimpulse abschaltet.
Die Umschaltung von Betrieb in Bereitschaftsbetrieb wird durch Änderung der Sicherungsempfindlichkeit erreicht.
Das rhytnische Ab- und Einschalten durch die Uberlastschutzschaltung läßt nur eine begrenzte Anzahl von Ansteuerimpulsen zum Schalttransistor gelangen, darauf folgt eine Pause, die durch die Wiedereinschaltzeitkonstante der Uberlastschutzschaltung bestimmt wird. Bei einem Impuls-Pausenverhältnis von z.B. 1 : 5 bei einem Farbfernsehgerät haben sich bei einer praktisch ausgeführten Schaltung Verluste im Schaltnetzteil zu 4 2 W ergeben. Damit ist die Verlustleistung eines konventionellen Netzteiles mit 50 Hz-Netztransformator noch unterschritten. Bei einem ununterbrochenen Betrieb in Bereitschaftsstellung ist dies von großem Vorteil.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 eine bekannte Stromversorgungsschaltung im Vergleich zu in Figur 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltungen.
In der Figur 1 ist die Stromversorgung eines Fernsehgerätes mit einem Schaltnetzteil und die Stromversorgung einer Fernbedienungsschaltung dargestellt. Mit dem Schalter 1 wird die Bereitschaftsstellung des Fernsehgerätes eingeschaltet. Die Betriebsspannungserzeugung für die Fernbedienungseinheit erfolgt mit dem Netztransformator'2, dem Gleichrichter 3, dem Ladekondensator 4 und der Stabilisierungsschaltung 5. Ein vom Fernbedienungssender abgegebenes Einschaltkommando wird in der Fernbedienungsempfängerschaltung 6 aufbereitet und dem Relais 7 zugeleitet. Die Arbeitskontakte dieses Relais schließen bei Empfang des Einschaltkommandos und die Primärbetriebsspannung für das Schaltnetzteil wird mit den Bauteilen, Widerstand 8, Gleichrichter 9 und Ladekondensator 10 in üblicher Weise erzeugt. Die Steuerschaltung 13 beginnt den Schalttransistor 16 vorerst mit kurzen Impulsen anzusteuern. Die GleichsPannung ist in der Wicklung 17 (Induktivität) gespeichert und die Ansteuerung muß mit kurzen Impulsen beginnen, um einen zu großen Speicherstrom zu verhindern, der durch den Ladestrom in die Kapazitäten 21, 23 hervorgerufen wird. 25 ist ein Speichersensor oder Stromfühler für den Speichervorgang. In der Sperrphase des Schalttransistors fließt die gespeicherte Energie über die Wicklungen 18 und 19, die Dioden 20 und 22 in die Ladekondensatoren 21 und 23. Die nunmehr steigende Betriebsspannung UB2 bewirkt in der Steuer- und Regelschaltung über den Eingang 15 mittels der in der Steuerschaltung 13 vorgesehenen Zeitkonstantenglieder eine Verbreiterung der Einschaltimpulse für den Schalttransistor, was eine höhere Energiespeicherung in der Schaltnetzteilinduktivität 24 hervorruft. Die Betriebsspannungen UB1 und UB2 für den Fernsehempfänger steigen in der Sperrphase weiter, bis die Istwertspannung am Eingang 15 die Sollwertspannung am Eingang 14 erreicht hat (Soll/Ist-Wert-Vergleichsschaltung).
Die Sollwertspannung wird mit der Zenerdiode 11 erzeugt und dem Eingang 14 der Steuer- und Regelschaltung zugeleitet.
Eine weitere Verbreiterung der Ansteuerimpulse wird somit durch die Impulsbreitenmodulationsstufe unterbunden. Sinkt die Primär-Betriebsspannung, so werden von der Impulsbreitenmodulationsstufe breitere Ansteuerimpulse abgegeben, steigt die Primär-Betriebsspannung, dagegen schmalere Ansteuerimpulse. Die Steuer- und Regelschaltung sorgt also dafür, daß die aus den Sekundärwicklungen 18, 19 abfließende Energie in der Primärwicklung (Induktivität) 17 in gleicher Höhe -einschließlich der Verluste- gespeichert wird.
Die erfindungsgemäße Schaltung nach Figur 2 gleicht der Schaltung nach Figur 1, bis auf die Betriebsspannungserzeugung für die Fernbedienungsschaltung und die Relaisschaltung 7. Während die Betriebsspannungen UB1 und UB2 ebenfalls aus der Sperrphase des Schaltnetzteiles gewonnen werden, gilt dies für die Betriebsspannungserzeugung UB3 für die Fernbedienungsschaltung 6 nicht. Wie in Figur 2 dargestellt, ist der Wickelsinn der Wicklung 26 gegenüber den Wicklungen 17, 18, 19 um 180° gedreht. Das bedeutet, daß die Spannung an der Anode der Diode 27 positiv wird, wenn der Schalttransistor 16 leitet. Unabhängig von der Einschaltdauer des Schalttransistors 16 und der Last an der Wicklung 26 ist die Spannungsübersetzung von der Primärseite-Wicklung 17 zur Sekundärseite-Wicklung 26 in der Flußphase ausschließlich den Transformationsgesetzen unterworfen. Im Gegensatz hierzu wird über die Dioden 20, 22 nur in der Sperrzeit des Schalttransistors 16 Energie entnommen (Prin- zip des Sperrwandlers), wobei die unterschiedliche Speicherzeit die Energieaufnahme und -abgabe regelt. Damit ist es nun möglich, die stabilisierte Ausgangsspannung UB1 und UB2 durch die Regelschaltung 13 für die Zeit des Bereitschaftszustandes herabzusetzen, ohne die Spannung UB3 am Ladekondensator 28 zu beeinflussen. Die UB3 ist nicht stabilisiert und ändert sich croportional zur Primärspannung am Kondensator 10. Falls die Fernbedienungsschaltung 6 jedoch zusätzlich eine stabilisierte Spannung benötigt, kann hierfür eine Länos- oder Parallelregelung für 5 in üblicher Weise eingesetzt werden. Die Umschaltung zwischen der Gerätefunktisn "Ein" und "Bereitschaft" wird durch einen positiven oder negativen Steuerstrom aus der Fernbedienungsschaltung 6 zur Steuer- und Regelschaltung 13 erreicht.
Eine Alternative besteht darin, daß zur Abschaltung bzw.
Umschaltung des Gerätes aus dem Betriebszustand in den Bereitschaftszustand, durch die Fernbedienung verursacht, ein negativer Steuerstrom über eine Leitung 30, z.B. die Sollwertspannung in der Regelschaltung herabsetzt, was zur Folge hat, daß die Impulsbreitenregelschaltung die durch den Schalttransistor 16 vorgegebene Speicherzeit verkürzt, bis die Ausgangs UB2 der verkleinerten Sollwertspannung entspricht und damit unter die normale Betriebsspannung fällt.
Eine gleiche Wirkung hat ein positiver Steuerstrom aus der Fernbedienungsschaltung, wenn dieser Strom in einem Widerstandsnetzwerk dem Istwertstrom hinzuaddiert wird. Eine weitere Möglichkeit, die Ausgangsspannung UB2 und UB1 herabzusetzen besteht darin, die Uberlastschutzschaltung so zu sensibilisieren, bis ein periodischer Dauerauslösezustand erreicht wird.
Wie bereits oben beschrieben, gibt die Steuerschaltung im Anlaufmoment schmale Steuerimpulse für den Leitendbetrieb des Schalttransistors 16 ab, die UB1 und UB2 niedrig halten. Durch entsprechende Bemessung der Zeitkonstanten der RC-Glieder in der Überlastschutzschaltung werden die Steuerimpulse abgeschaltet bzw. gegen Masse geschaltet, bevor eine Verbreiterung erfolgen kann.
Als Impulsabgabezeiten können z.B. ein bis zwei ms bei Pausenzeiten von fünf bis zwanzig ms verwendet werden.
Die Abgabe der Steuerimpulse erfolgt also in Impulsgruppen, wobei gleichzeitig die Steuerimpulse schmal gemacht sind.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles, bei dem statt einer Veränderung der Uberlastschutzschaltung vorzunehmen, mit zwei Steuerschaltungen gearbeitet wird. Durch das Fernbedienungskommando "Bereitschaft" wird die erste Steuer- und Regelschaltung 1 3 über die von der Fernbedienungsempfänger-Schaltung 6 kommende Leitung 30 vollständig abgeschaltet und eine zweite Steuerschaltung 29 eingeschaltet. Diese zweite Steuerschaltung liefert feste unveränderbare vorgegebene schmale Impulse mit anderer Frequenz. Die Betriebsspannungsversorgung dieser zweiten Steuerschaltung kann aus der UB3 erfolgen, die unabhängig von UB1 und UB2 ist.

6 Patentansprüche Verwendete Bezugszeichen

Deutsch

1 Schalter

2 Netztransformator

3, 9 Gleichrichter

4, 10 Ladekondensator

5 Stabilisierungsschaltung

6 Fernbedienungsempfänger-

Schaltung

7

8, 12 Widerstand

11

13 Steuerschaltung, Regelscha -

tung

14 Sollvert-Spannunoseingang

15 Istwert-Spannungseingang

16 Schalttransistor

17 Wicklung (Drossel)

18, 19, 26 Wicklungen

20, 22, 27 Dioden

21, 23, 28 Ladekondensator

24 Schaltnetzteil-Induktivität

25 Speichersensor

29 Weitere (2.) Steuerschaltu g

30

UB1, UB2, UB3 BetriebssDannunqen

B3 Betriebsspannung für die

Fernbedienung

Leerseite

Claims

Patentansprüche Schaltnetzteil mit einem Schalttransistor und einer Steuer- und Regelschaltung, die eine Soll/Istwert-Impulsbreitenmodulationsstufe und eine Uberlastschutzschaltung zur Begrenzung oder periodischen Abschaltung des Schalttransistors bei der Uberschreitung eines vorbestimmten Speicherstromes enthält, für die Versorgung eines Fernsehgerätes mit einer oder mehreren stabilisierten Betriebsspannunaen, die aus der Sperrphase der Schaltnetzteilinduktivität durch Gleichrichtung gewonnen werden und einer Betriebsspannungserzeuqunq fjir eine Fernbedienungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betriebsspannungserzeugung für die Fernbedienungsschaltung (6) die Flußphase des Schalttransistors (16) der Schaltnetzteilinduktivität gleichgerichtet (27) und im Bereitschaftsbetrieb gleichzeitig (in an sich bekannter Weise) eine Abwärts regelung der Ausgangsspannung (UBa UB2 für den Fernsehteil vorgenommen wird.
2. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Widerstandsmatrix in der Soll/Istwert-Impulsbreitenmodulationsstufe vorgesehen ist und zur Urtschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes durch Herabsetzen der Sollwertspannung mittels der Widerstandsmatrix in der Soll/Istwert-Impulsbreitenmodulationsstufe mittels eines negativen Stromes von der Widerstandsmatrix (über Leitung 30) zur Fernbedienungsschaltung wesentlich herabgesetzt wird.
3. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand, die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes wesentlich herabgesetzt wird, durch Heraufsetzen der Istwertspannung mittels einer Widerstandsmatrix in der Soll/Istwert-Impulsbreitenmodulationsstufe und eines positiven Stromes von der Fernbedienungsschaltung zur Widerstandsmatrix.
4. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand, die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes wesentlich herabgesetzt wird, durch Umschaltung der Uberlastschutzschaltung vom Normalbetrieb in einen periodischen Dauerauslösebetrieb.
5. Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch qekennzeichnet, daß zur Umschaltung des Fernsehgerätes vom Betriebszustand in den Bereitschaftszustand, die Betriebsspannung zur Versorgung des Fernsehgerätes wesentlich herabgesetzt wird, durch eine elektronische Abschaltung der Steuer- und Regelschaltung (13, erste Steuer- und Regelschaltung) für den Normalbetrieb des Fernsehgerätes und einer gleichzeitig damit aktivierten weiteren Steuerschaltung (29), welche gegenüber der ersten Steuerschaltung durch die Schaltung fest vorgegebene schmale Steuerimpulse für den Schalttransistor (16) erzeugt und die weiterhin periodisch diese Steuerimpulse abschaltet.
6. Schaltnetzteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe der Steuerimpulse mit einer niedrigeren als der normalen Arbeitsfrequenz erfolgt und gleichzeitig die Steuerimpulse schmal gemacht werden.