DE3736710C2 - Stromversorgungsteil für ein Videogerät - Google Patents
Stromversorgungsteil für ein VideogerätInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsteil für ein Video
gerät, wie es beispielsweise aus der US 4 616 301 bekannt ist.
Das dort beschriebene Stromversorgungsteil wird aus einer Quel
le ungeregelter Spannung gespeist und enthält einen Leistungs
transformator, dessen Primärwicklung über einen gesteuerten
Transistorschalter Gleichspannungsimpulse zugeführt werden,
über deren von einer Steuerschaltung bestimmten Breite die in
einer Sekundärwicklung des Transformators induzierte Spannung
geregelt wird. Dazu wird von der Sekundärwicklung ein Rück
führungssignal auf die Steuerschaltung gegeben, dessen Größe
die Breite der Steuerimpulse für den Transistorschalter be
stimmt. Außerdem wird der in der Primärwicklung fließende Strom
mit Hilfe eines weiteren Transformators abgefühlt und von des
sen Sekundärwicklung ein entsprechendes zweites Rückkopplungs
signal auf die Steuerschaltung gegeben. Wegen der galvanischen
Trennung der Sekundärwicklungen der beiden Transformatoren von
der Primärwicklung des Leistungstransistors sind die beiden
Rückführungssignale vom Potential der Netzspannung abgekoppelt.
Eine derartige galvanische Trennung eines Spannungsrückfüh
rungssignals findet sich auch in der DE 31 34 599 und der GB
2 079 014.
Die Stromversorgungsschaltungen von Videogeräten wie z. B. Fern
sehempfängern und Computermonitoren erzeugen meist mehrere
stabilisierte Spannungen für verschiedene Lastschaltungen, die
sich typischerweise innerhalb der Videogeräte befinden, aber
auch Peripheriegeräte oder äußere Einrichtungen wie z. B. ein
Computer sein können. Die Anforderungen an die Stabilität der
Versorgungsspannungen für die Lastschaltungen sind oft recht
streng, insbesondere im Falle von Computermonitoren. Monitore
und Fernsehempfänger denen Video- und Tonsignale direkt über
vom Benutzer zugängliche Anschlüsse zugeführt oder entnommen
werden können, erfordern Maßnahmen zur elektrischen Isolierung
dieser Anschlüsse gegenüber dem Stromnetz. Die elektrische Iso
lierung läßt sich auf wirkungsvolle und wirtschaftliche Weise
dadurch erreichen, daß man die mit dem Wechselstrom-Versorgungs
netz verbundene Primärwicklung eines Netztransformators von den
Sekundärwicklungen, die mit den vom Benutzer zugänglichen Last
schaltungen verbunden sind, elektrisch isoliert. Der in der
Primärwicklung fließende Strom wird impulsweise geschaltet, um
eine Konstantregelung (Stabilisierung) der sekundärseitig er
zeugten Versorgungsspannungen für die Lastschaltungen zu be
wirken. Wenn der Netztransformator die isolierende Struktur
bildet, dann ist es nicht möglich, von einer der sekundärseitig
angeschlossenen Lastschaltungen ein Rückkopplungssignal direkt
auf die mit der Primärwicklung des Transformators verbundene
Stabilisierungs- oder Regelungsschaltung zu koppeln. Um die zu
sätzlichen Kosten und Kompliziertheiten einer isolierenden Ein
richtung in der Rückkopplung zu vermeiden, kann man für die
Regelung der Lastschaltungs-Versorgungsspannungen eine Rück
kopplung von der Primärseite des Leistungstransformators her
vorsehen. Eine solche Regelung von der Primärseite her macht
jedoch die Erfassung von Fehlern oder Fehlfunktionen der Last
schaltungen schwieriger, als wenn die Rückkopplung der Regelung
von der Lastschaltung her erfolgt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, bei
einer Schaltung der eingangs beschriebenen Art die Schaltzeiten
des in Reihe mit der Primärwicklung des Leistungstransformators
liegenden Transistorschalters zu verkürzen, um die in dem
Leistungstransistor entstehende Verlustleistung zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch angegebenen Merkmale
gelöst.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Energieversorgung eines
Videoapparates enthält eine Quelle ungeregelter Spannung und
eine erste Wicklung, die mit dieser Quelle verbunden ist und
aus ihr gespeist wird. Mit dieser ersten Wicklung ist in elek
trisch nichtisolierter Weise ein Schalter gekoppelt, um die
Erregung der ersten Wicklung abhängig von einem Eingangssignal
zu steuern. Eine zweite Wicklung, die
elektrisch von der ersten Wicklung isoliert ist, wird ab
hängig von der Erregung der ersten Wicklung erregt, um
eine Last mit Leistung zu versorgen. Eine von der ersten
Wicklung elektrisch isolierte Steuereinrichtung erzeugt
das Eingangssignal für den Schalter abhängig von ein ein
ersten und einem zweiten Rückkopplungssignal. Über eine
elektrisch isolierende Trenneinrichtung wird das Eingangs
signal von der Steuereinrichtung zum Schalter gekoppelt.
Eine von der ersten Wicklung elektrisch isolierte Einrich
tung ist mit der Steuereinrichtung gekoppelt, um das erste
Rückkopplungssignal zu liefern, das als Antwort auf die an
der zweiten Wicklung entwickelte Spannung erzeugt wird.
Eine Schaltung, die eine von der ersten Wicklung elektrisch
isolierte dritte Wicklung enthält, ist mit der Steuerschal
tung gekoppelt und liefert das zweite Rückkopplungssignal,
das als Antwort auf den Stromfluß in der ersten Wicklung
abgeleitet wird.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei
spiel anhand einer Zeichnung erläutert, deren einzige
Figur als kombiniertes Block- und Detailschaltbild einen
Teil eines Videoapparates zeigt, der eine erfindungsgemäße
Stromversorgungseinrichtung enthält.
Im dargestellten Videogerät, der z. B. ein Fernsehempfän
ger oder ein Computermonitor sein kann, wird eine zugeführ
te Wechselspannung aus einer Quelle 10, wie z. B. dem Wech
selstromnetz, mittels einer Gleichrichterschaltung 11 gleich
gerichtet und mittels eines Kondensators 12 geglättet, um
eine Quelle ungeregelter Gleichspannung zu bilden, die an
einen Anschluß einer Primärwicklung 14 eines Leistungstrans
formators (Netztransformator) 15 gelegt wird. Der aus der
Quelle ungeregelter Gleichspannung durch die Primärwicklung
14 fließende Strom führt durch Transformatorwirkung zur
Erzeugung von Strömen und Spannungen in bzw. an Sekundär
wicklungen 13, 16 und 17.
Die an der Sekundärwicklung 13 entwickelte Spannung wird
durch eine Diode 18 gleichgerichtet und durch einen Kon
densator 19 gefiltert, um an einem Anschluß 29 eine
Gleichspannung zu erzeugen, die einen mit +V bezeichne
ten Pegel hat und die dazu verwendet werden kann, ver
schiedene Lastschaltungen des Videoapparates zu versorgen.
Die an der Wicklung 16 entwickelte Spannung wird durch
eine Diode 20 gleichgerichtet und durch einen Kondensator
21 gefiltert, um eine Gleichspannung zu erzeugen, die
z. B. eine Signalverarbeitungsschaltung 22 versorgt. Die
Signalverarbeitungsschaltung 22 empfängt im dargestellten
Fall Rot-, Grün- und Blau-Videosignale R, G und B, sowie
ein Synchronisiersignal S über einen vom Benutzer zugäng
lichen Eingangsanschluß 23 aus einer externen Signalquelle
(nicht dargestellt), wie z. B. einem Computer. Die Signal
verarbeitungsschaltung 22 erzeugt die Rot-, Grün- und Blau-
Farbsteuersignale, die über Leitungen 25 an das Strahl
system (nicht gezeigt) einer Kathodenstrahlröhre 24 gelegt
werden.
Die an der Wicklung 17 entwickelte Spannung wird durch
eine Diode 26 gleichgerichtet und durch einen Kondensator
30 gefiltert, um eine Gleichspannung zu bilden, die z. B.
zur Versorgung einer Horizontalablenkschaltung 31 benutzt
wird. Die Horizontalablenkschaltung 31 erzeugt ein Ablenk
signal, das einer Horizontalablenkwicklung, die Teil eines
auf dem Hals der Kathodenstrahlröhre 24 sitzenden Ablenk
jochs 32 ist, zugeführt wird und darin einen Ablenkstrom
hervorruft. Die Horizontalablenkschaltung 31 wird durch
ein geeignetes horizontal- oder zeilenfrequentes Synchro
nisiersignal synchronisiert, welches von der Signalverar
beitungsschaltung 22 über eine Leitung HS geliefert wird.
Der Transformator 15 sorgt für elektrische Isolierung zwi
schen der Netzwechselspannungsquelle 10 und den sekundär
seitig angeschlossenen, vom Benutzer zugänglichen Last
schaltungen wie etwa der Signalverarbeitungsschaltung 22.
Diese Isolierung ist in der Figur dadurch angedeutet, daß
für die voneinander isolierten Bereiche unterschiedliche
Massesymbole verwendet werden.
Es sei nun der allgemeine Betrieb der Stromversorgungs
einrichtung beschrieben. Das horizontal- oder zeilenfre
quente Synchronsignal auf der Leitung HS wird außerdem
über einen Anschluß 39 an den Synchronisierungseingang
einer Konstantregler-Steuerschaltung 37 gelegt, die als
Impulsbreitenmodulator arbeitet. Während des Anlaufens
des Videoapparates, bevor die Synchronimpulse verfügbar
sind, stellt sich eine Freilauffrequenz der Steuerschal
tung 37 ein, die durch einen Widerstand 33 und einen Kon
densator 34 bestimmt wird. Die Steuerschaltung 37 ist
hier als eine integrierte Schaltung mit der Typenbezeich
nung µC3842 des Herstellers Unitrode dargestellt. Die
Nummern der benutzten Anschlußstifte dieser integrierten
Schaltung sind innerhalb des die Steuerschaltung 37 dar
stellenden Kastens in der Zeichnung eingetragen. Ein Kon
densator 35 wirkt als Ableitkondensator. Ein Transistor
36 und ein Widerstand 28 bewirken eine Kompensation hin
sichtlich der Steilheit der Synchronimpulse. Die Betriebs
leistung für die Steuerschaltung 37 wird von der sekundär
seitig entwickelten Versorgungsspannung +V an der Klemme
29 geliefert und der Steuerschaltung 37 über eine Diode
49 an einem- Versorgungseingang 48 zugeführt. Während des
Anlaufens des Videoapparates, bevor sich die Versorgungs
spannung +V einstellt, liefert eine Anlauf-Versorgungs
quelle 59 Leistung zum Anschluß 48 der Steuerschaltung 37.
Diese Leistung kann von der ungeregelten Spannung mittels
verschiedener konventioneller Einrichtungen abgeleitet
werden.
Die Ausgangsgröße der Konstantregler-Steuerschaltung 37
am Anschluß 38 ist ein pulsbreitenmoduliertes Schaltsig
nal, das über einen Koppelkondensator 40 an eine Wicklung
41 eines Transformators 42 gelegt wird, der für eine elek
trische Isolierung zwischen der Steuerschaltung 37 und
derjenigen Schaltungsanordnung sorgt, die gegenüber der
Netzspannungsquelle 10 nicht-isoliert ist. Das an einer
Wicklung 43 des Transformators 42 entwickelte Schaltsig
nal wird dann über einen Widerstand 44 und eine Diode 45,
die einen Treiberstrompegel während des Anlaufens des
Videoapparates einstellen, auf die Basis eines Transistors
46 gekoppelt. Das Schaltsignal wird außerdem über eine
Gegentakt-Treiberschaltung 47 an die Gateelektrode eines
Feldeffekttransistors 50 gelegt. Der Transistor 46 und der
Feldeffekttransistor 50 sind in Kaskodeschaltung zueinan
der angeordnet. Das Schaltsignal von der Steuerschaltung
37 bewirkt, daß der Transistor 46 und der Feldeffekttran
sistor 50 zwischen ihren Schaltzuständen umschalten. Der
Feldeffekttransistor 50 wechselt seinen Schaltzustand als
Antwort auf die Schaltimpulse von der Steuerschaltung 37
schneller als der Transistor 46. Das Umschalten des Feld
effekttransistors 50 unterstützt daher die Ein- und Aus
schaltung des Transistors 46 durch Herunterziehen des Po
tentials des Emitters des Transistors 46 zum Einschalten
dieses Transistors bzw. durch Öffnen des Emitterkreises
des Transistors 46 zum Ausschalten dieses Transistors.
Wenn der Transistor 46 leitet, fließt Strom von der Quelle
ungeregelter Gleichspannung über die Primärwicklung 14,
eine Wicklung 51 eines Transformators 52, die Kollektor-
Emitter-Strecke des Transistors 46 und die Drain-Source-
Strecke des Transistors 50 nach Masse. Die Sekundärwicklung
53 des Transformators 52 liefert als Reaktion auf den Strom
fluß in der Wicklung 51 einen Mitkopplungs-Basisstrom über
eine Diode 54 für den Transistor 46, um den Transistor 46
schnell zu sättigen und ihn in der Sättigung zu halten und
dadurch die Verlustleistung zu reduzieren. Ein Kondensator
55, ein Widerstand 56 und eine Diode 57 bilden eine Dämpfungs
schaltung, um überschüssige Energie zu absorbieren, wenn der
Transistor 46 leitend gemacht wird, so daß die Amplitude
der auf den Transistor 46 gekoppelten Spannungsspitze re
duziert wird. Eine Zenerdiode 60 und ein Kondensator 61
haben die Wirkung, Basisladung vom Transistor 46 wegzuneh
men, wenn der Transistor 46 nichtleitend gemacht wird.
Die Pegel der an die Signalverarbeitungsschaltung 22 und
an die Horizontalablenkschaltung 31 gelegten Gleichspan
nungen werden konstant geregelt (stabilisiert), indem das
Tastverhältnis der ausgangsseitigen Schaltimpulse der Kon
stantregler-Steuerschaltung 37 gesteuert wird, wodurch das
Leitfähigkeitsintervall des Transistors 46 und damit das
Intervall des Stromflusses durch die Primärwicklung 14
bestimmt wird. Für einen Videoapparat beispielsweise, der
als Computermonitor verwendet wird, ist es notwendig, daß
die sekundäre oder Lastschaltungs-Versorgungsspannung in
nerhalb enger Toleranzen konstantgehalten wird. Eine ent
sprechend genaue Konstantregelung läßt sich auf wirkungs
volle Weise zum Teil dadurch erreichen, daß man ein auf
die Ausgangsspannung bezogenes Rückkopplungssignal von
einer der Lastschaltungs-Versorgungsspannungen ableitet.
Um die Kosten und die Kompliziertheit eines elektrisch
isolierenden Trennelementes wie z. B. eines Transformators
oder eines Optokopplers zwischen der Lastschaltungs-Ver
sorgungsspannung und der Konstantreglerschaltung zu ver
meiden, ist es zweckmäßig, als Bezugspotential für die
Lastschaltungen und die Reglersteuerschaltung dasselbe
Massepotential zu nehmen, wie es in der Figur gezeigt ist,
so daß die besagten Teile voneinander nicht isoliert sind.
Es muß dann aber die Konstantreglerschaltung von der Netz
wechselspannung isoliert sein. Bei einer entsprechenden
Anordnung, wie sie in der Figur gezeigt ist, wird das in
Relation zur Ausgangsspannung stehende Rückkopplungssignal
von der an der Sekundär- oder Lastwicklung 16 entwickelten
Spannung abgeleitet und direkt über ein Rückkopplungsnetz
werk, das Widerstände 63, 64 und 68, deinen variablen Wider
stand 65 und einen Kondensator 66 aufweist, an einen An
schluß 67 der Konstantregler-Steuerschaltung 37 gelegt.
Das in Relation zur Spannung stehende, von der Sekundär
wicklung 16 abgeleitete Rückkopplungssignal stabilisiert
die Ausgangsspannung gegen eventuelle Schwankungen, die
sich durch Änderung des Leistungsbedarfs in den Last
schaltungen ergeben könnten. Die Widerstände 64 und 68 und
der variable Widerstand 65 bilden einen Spannungsteiler,
der eine Spannung für den Fehlerverstärkereingang am An
schluß 67 der Konstantregler-Steuerschaltung etabliert.
Der variable Widerstand 65 stellt den Spannungspegel ein,
auf den die Ausgangsspannung stabilisiert wird. Das Aus
gangssignal des in der Steuerschaltung 37 befindlichen
Spannungs-Fehlerverstärkers stellt z. B. die positive Re
ferenzspannung für einen Eingang des Stromreglerkreises
der Konstantregler-Steuerschaltung 37 ein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der
negative Eingang des Stromregelkreises der Steuerschaltung
37 z. B. von einem Signal beaufschlagt, das repräsentativ
für den Stromfluß in der Primärwicklung 14 ist. Dieses
Signal wird von einer Wicklung 70 des Transformators 52
abgeleitet und in der nachstehend beschriebenen Weise an
einen Anschluß 71 der Steuerschaltung 37 gelegt. Die Wick
lung 70 ist elektrisch von der Primärwicklung 14 isoliert,
spricht aber auf den Primärwicklungsstrom an, der durch
die Wicklung 51 des Transformators 52 fließt. Der Strom
in der Wicklung 70, der repräsentativ für den Primärwick
lungsstrom ist, wird über eine Diode 73 gekoppelt und stellt
eine Spannung an einem Widerstand 72 ein. Ein Widerstand 74
und ein Kondensator 75 bilden ein Tiefpaßfilter, um Rausch
signal spitzen von dem stromabhängigen Rückkopplungssignal
zu entfernen. Wenn der Primärwicklungsstrom ansteigt, er
reicht die Spannung am Widerstand 72 den positiven Referenz
wert für den Stromregelungs-Fehlerverstärker, und der Aus
gangsimpulstreiber wird ausgeschaltet. Durch diesen Betrieb
wird die Impulsbreite des Ausgangsimpulses am Anschluß 38
gesteuert. Der Stromregelungs-Fehlerverstärker ist so kon
struiert, daß die Spannung am Eingangsanschluß 71 den Wert
1,0 Volt nicht übersteigen kann, ohne daß der Schaltimpuls
beendet ist. In dieser Weise wird der Primärwicklungsstrom
auf einen Wert begrenzt, der gleich der Spannung 1,0 Volt
geteilt durch den Widerstandswert des Widerstandes 72 ist.
Hiermit wird ein Überstromschutz erreicht.
Die vorstehend beschriebene Stromversorgungs-Stabilisie
rungsschaltung bewirkt eine Konstantregelung sowohl der
Ausgangsspannung als auch des Primärwicklungsstroms. Gemäß
einem neuen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kon
stantregler-Steuerschaltung von den sekundärseitig ange
schlossenen Ausgangsschaltungen elektrisch nicht isoliert,
so daß eine direkte oder gleichstrommäßige Rückkopplung
der Information der Ausgangsspannung zu den Konstantregler
schaltungen und eine sehr genaue Stabilisierung der aus
gangsseitigen Versorgungsspannungen erfolgt.
Claims (1)
- Stromversorgungsteil für ein Videogerät mit
einer Quelle (11) ungeregelter Spannung,
einer ersten Wicklung (14) eines Leistungstransformators (15), der mit der Quelle ungeregelter Spannung gekoppelt ist und aus dieser gespeist wird,
einem Schalter (46, 50), der einen bipolaren Ausgangstransistor (46) enthält und mit der ersten Wicklung des Leistungstransfor mators gekoppelt ist zur Steuerung der Speisung dieser ersten Wicklung in Abhängigkeit von einem Eingangssignal (von 42), wobei in dieser ersten Wicklung und in dem Transistor während dessen Leitungszustands ein rampenförmig ansteigender Strom fließt,
einer zweiten Wicklung (16) des Leistungstransformators, die elektrisch von der ersten Wicklung des Leistungstransformators isoliert ist und in die in Abhängigkeit von der Speisung der ersten Wicklung eine Spannung induziert wird zur Lieferung von Leistung an eine Last (22),
einer von der ersten Wicklung des Leistungstransformators elektrisch isolierten Einrichtung (62 bis 68) zur Lieferung eines Spannungsrückführungssignals als Maß für eine über der zweiten Wicklung des Leistungstransformators entstehende Aus gangsspannung,
einem Stromtransformator (52) mit- a) einer elektrisch von der ersten Wicklung des Leistungs transformators nicht isolierten ersten Wicklung (51), die in einen Strompfad des rampenförmig ansteigenden Stroms geschal tet ist,
- b) einer elektrisch von der ersten Wicklung des Leistungs transformators isolierten zweiten Wicklung (70) zur Lieferung eines Stromrückführungssignals als Maß für den rampenförmig ansteigenden Strom für eine eine elektrisch von der ersten Wicklung des Leistungstransformators isolierte Stromregler- Steuerschaltung (37), die in Abhängigkeit von dem Spannungs rückführungssignal und dem Stromrückführungssignal das Ein gangssignal für den Schalter erzeugt, um die Ausgangsspannung entsprechend der Stromreglersteuerung des Leitungszustandes des Schalters zu regeln, wobei der Stromtransformator (52) eine elektrisch von der ersten Wicklung des Leistungstransformators nicht isolierte dritte Wicklung (53) aufweist, die mit der Basis des bipolaren Ausgangstransistors gekoppelt ist, um diesem einen regenerativen Basisstrom zuzuführen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RCA LICENSING CORP., PRINCETON, N.J., US |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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