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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine
automatische Spannungsschalt-Leistungsquelle und insbesondere eine
Leistungsversorgungsvorrichtung, die in der Lage ist, einen
konstanten Ausgang mit unterschiedlichen
Eingangs-Wechselspannungen zu liefern, indem sie automatisch zwischen einer
Spannungsverdoppeler-Gleichrichtung und einer Vollwellen-
Gleichrichtung umschaltet.
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Üblicherweise sind zwei Typen sogenannter kommerzieller
Wechselspannungs-Leistungsquellen verfügbar, nämlich das in USA
und Japan verwendete 100 Volt-System und das in Europa und
anderen Ländern verwendete 200 Volt-System. Um es zu
ermöglichen, daß dasselbe elektrische Gerät oder dergleichen an
beiden kommerziellen Leistungsversorgungssystemen betrieben
werden kann, wird eine schaltende Leistungsquelle oder
dergleichen benötigt, die immer eine konstante
Ausgangsgleichspannung erzeugen kann, selbst wenn unterschiedliche
Wechselspannungen geliefert werden.
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Üblicherweise ist die in das Gerät eingebaute
Schaltleistungsquelle für das 200 V-System entworfen und führt eine
Vollwellen-Gleichrichtung als Normalbetrieb durch, wenn die
Leistungsquelle an dem 200 V-System betrieben wird, führt
jedoch eine Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung zur
Verdoppelung des Ausgangs aus, wenn die Leistungsquelle an dem 100 V-
System betrieben wird. Das Schalten zwischen der üblichen und
der Verdoppelungs-Gleichrichtung wird typischerweise manuell
mit einem mechanischen Schalter durchgeführt.
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Jedoch ist das Umschalten nicht nur mühsam, sondern es tritt
auch das Problem der Zerstörung des angeschlossenen
elektrischen
Geräts und der Leistungsquellenschaltung selbst auf,
wenn der Schaltvorgang unkorrekt durchgeführt wird,
insbesondere wenn die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung bei 200 V
durchgeführt wird um ein System mit einer verdoppelten
Ausgangsspannung anstelle der Vollwellen-Gleichrichtung zu
liefern. Auch wenn das Schalten umgekehrt mit dem 100 V-System
durchgeführt wird, so wird nur die Hälfte der normalen
Ausgangsspannung erzeugt, was ein Problem der nicht
ausreichenden Leistung entstehen läßt, das das elektrische Gerät oder
dergleichen daran hindert, normal betrieben zu werden.
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Infolgedessen wurde eine automatische schaltende
Leistungsquelle, die in der Lage ist, automatisch die
Gleichrichtungsfunktionen durch Feststellung, ob die angelegte
Wechselspannung hoch oder niedrig ist, zu schalten, vorgeschlagen, die
die in Fig. 1 dargestellten Strukturen aufweist. In Fig. 1
sind ein erster und zweiter Kondensator C1 und C2 in Reihe
zwischen den Ausgangsanschlüssen einer
Brückengleichrichterschaltung 2 verbunden, die aus vier Dioden D besteht, und die
Ausgangsanschlüsse der Brückengleichrichterschaltung 2 sind
mit einer Schaltleistungsquelle 3 verbunden. Der
Verbindungspunkt des ersten und zweiten Kondensators C1 und C2 ist mit
dem Eingangserdanschluß der Brückengleichrichterschaltung 2
durch ein Schaltmittel 4 verbunden.
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Das Schaltmittel 4 ist einer Steuerschaltung 6 zugeordnet,
die zwischen den Eingangsanschlüssen der
Brückengleichrichterschaltung 2 verbunden ist, und ist so entworfen, daß es
öffnet, wenn die Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen
hoch ist, und zu schließen, wenn die Spannung niedrig ist.
Das bedeutet, wenn die Spannung hoch ist, öffnet das
Schaltmittel und wird die übliche Vollwellen-Gleichrichtung
durchgeführt. Wenn die Spannung niedrig ist, schließt das
Schaltmittel und der erste und zweite Kondensator C1 und C2 sind
einzeln mit dem Ausgang der Brückengleichrichterschaltung 2
verbunden, so daß die Spannung zwischen den Anschlüssen der
Kondensatoren C1 und C2 zweimal so groß gemacht wird wie die
von der Vollwellen-Gleichrichtung vorgesehene Spannung.
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Da jedoch der Schalter einfach geschlossen wird, wenn die
Eingangsspannung kleiner als 100 V (effektiver Wert) ist, und
geöffnet, wenn die Spannung höher als 100 V (Effektivwert)
bei der bekannten oben beschriebenen Vorrichtung ist,
entstehen verschiedene Probleme. Nimmt man nämlich an, daß die
Vorrichtung gerade an das 200 V-System angeschlossen ist, so
wird die an der Vorrichtung anliegende Spannung noch nicht
200 V zu dem Augenblick, wenn sie mit der kommerziellen
Leistungsquelle verbunden ist, sondern erreicht 200 V erst,
nachdem eine gegebene Übergangsperiode abgelaufen ist. In dem
früheren Bereich der Übergangsperiode wird die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung mit dem geschlossenen Schalter
durchgeführt, da die Spannung an der Vorrichtung niedriger
als 100 V ist. Selbst wenn die Spannung weiter ansteigt und
100 V überschreitet, kann der Schalter sich nicht sofort
ändern, und daher dauert die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung für eine bestimmte Zeit fort, nachdem die 100 V
überschritten wurden. Als Ergebnis kann das elektrische Gerät
oder dergleichen beschädigt werden.
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Ein dem beschriebenen Problem ähnliches Problem wird
ebenfalls verursacht, während die Vorrichtung von dem 200 V-
System angetrieben wird, wenn ein augenblicklicher
Spannungsabfall oder eine Spannungsabnahme für eine bestimmte Zeit
stattfindet, um die Spannung aus der kommerziellen
Leistungsquelle einmal auf eine Höhe von weniger als 100 V zu
verringern und dann die Spannung zu dem normalen Wert zurückkehren
zu lassen.
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Der Artikel "Automatic Input - Selecting Power Supply", in
IBM Technical Disclosures Bulletin, Band 28, Nr. 3 (1985),
Seite 1246 bis 1247, beschreibt einen Schaltungszusatz für
eine Leistungsversorgung, um diese in ein 220/240- oder
110/120 V-Netz ohne Anpassungen durch den Benutzer
einzustecken. Ein Spannungskomparator vergleicht das Netz mit
einer vorbestimmten Spannung, und das Ergebnis des Vergleichs
bestimmt, ob von dem Netz angenommen wird, daß es die höhere
oder niedrigere der beiden Spannungen liefert.
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US-A-45 40 892 offenbart eine Leistungssteuerung, die
bestimmt, welche einer Vielzahl von möglichen
Eingangsspannungen vorliegt, und eine Last so konfiguriert, daß sie bei
dieser Eingangsspannung arbeitet. Die Versorgungsspannung
wird gleichgerichtet, skaliert und integriert, und
Fensterschaltungen, die jeweils ein Paar von Komparatoren verwenden,
werden dazu verwendet, um zu bestimmen, ob die
Eingangsspannung in vorbestimmten Bereichen liegt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten
Probleme erfunden und eine ihrer Aufgaben ist es, eine
automatische Spannungsschalt-Leistungsquelle zu schaffen, die mit
Sicherheit die elektrische Schaltung und das mit dieser
anschließend verbundene elektrische Gerät vor einer Schädigung
bewahrt und die eine konstante Spannung ausgeben und
automatisch zu den optimalen Gleichrichtermitteln schalten kann.
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Dementsprechend sieht die Erfindung eine automatische
Spannungs-Leistungsquelle mit einer Gleichrichterschaltung mit
sowohl Spannungsverdoppelungs-Gleichrichter als auch
Vollwellen-Gleichrichterfunktionen vor, mit einem Schaltmittel zum
Schalten der Spannungsverdoppelungs-Gleichrichter- und der
Vollwellen-Gleichrichterfunktionen der
Gleichrichterschaltung, sowie mit einem Steuermittel zum Steuern des
Schaltmittels in Übereinstimmung mit einem Wert einer
Wechselspannungs-Eingangsspannung an die Gleichrichterschaltung, dadurch
gekennzeichnet, daß das Steuermittel mindestens ein erstes
und zweites Spannungshöhen-Detektormittel aufweist, die zum
Feststellen unterschiedlicher Spannungen der
Eingangs-Wechselspannung ausgebildet sind, und daß die automatische
Spannungsschaltungs-Leistungsquelle weiterhin ein Schaltsignal-
Generatormittel zum Erzeugen eines verzögerten Signals zum
Schalten des Schaltmittels, basierend auf dem logischen
Produkt der Ausgänge der Spannungshöhen-Detektormittel,
aufweist und daß jedes der Spannungshöhen-Detektormittel ein
Mittel zum Vergleichen der durch das Gleichrichten der
Eingangs-Wechselspannung vorgesehenen Spannung mit einer
Bezugsspannung und zum Erzeugen eines Impulses aufweist, wenn der
gegenwärtige Wert der Spannung höher als die Bezugsspannung
ist, und daß das Vergleichs- und Impulserzeugungsmittel jedes
des ersten und zweiten Spannungshöhen-Detektormittels einen
ersten und zweiten Komparator mit einer Hysterese enthält, um
dadurch Impulse mit jeweils einer beachtlichen Breite zu
erhalten.
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Der Spannungswert der Eingangsspannung wird mit Hilfe der
Vielzahl von Spannungswert-Detektormitteln festgestellt, und
um die Gleichrichtung, basierend auf der Feststellung,
durchzuführen, wird das Signal von den
Schaltsignal-Generatormitteln erzeugt, die die Schaltmittel in die optimale Bedingung
schalten.
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Wenn eine Spannungswertveränderung oder Fluktuation in einem
statischen Zustand auftritt, wird das Schaltsignal von den
Schaltsignal-Generatormitteln mit einer Verzögerung in
derartiger Weise erzeugt, daß die Gleichrichtermittel nicht
geschaltet werden, wenn die Veränderung augenblicklich ist und
die Vorrichtung oder dergleichen nicht beeinträchtigt, und
daß die Gleichrichtermittel, basierend auf dem erzeugten
Signal, geschaltet werden, wenn die Dauer der Variation so
lang ist, daß die Vorrichtung oder dergleichen geschädigt
werden kann.
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Auf diese Weise kann das Schalten zu den optimalen
Gleichrichtermitteln, basierend auf der Differenz der
Eingangsspannungen, durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird von der ins einzelne gehende
Beschreibung voll verstanden werden, die im folgenden gegeben
wird, und aus den beigefügten Zeichnungen bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch nicht dazu genommen
werden sollen, die Erfindung auf die speziellen
Ausführungsformen zu begrenzen, sondern die nur zur Erklärung und zum
besseren Verständnis dienen.
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Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen
Leistungsquellen-Vorrichtung;
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Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm einer bevorzugten
Ausführungsform einer automatischen
Spannungsschalt-Leistungsquelle nach der vorliegenden Erfindung; und
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Fig. 3 und 4 sind Zeitablaufsdiagramme zur Verwendung
bei der Erklärung des Betriebs der Vorrichtung in Fig. 2.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine bevorzugte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Wie in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Ausgangsanschlüsse
einer üblichen Leistungsquelle mit einer Wechselspannung von
100 V oder 200 V mit den Eingangsanschlüssen einer ersten
Brückengleichrichterschaltung 10 verbunden, die aus vier
Dioden D1 zusammengesetzt ist. Zwei Kondensatoren C1 und C2 sind
in Reihe zwischen den Ausgangsanschlüssen der ersten
Brückengleichrichterschaltung 10 verbunden, und die
Ausgangsanschlüsse der Brückengleichrichterschaltung sind mit einer
Schaltleistungsquelle 12 verbunden. Ein Schalt-Kreis 14 ist
zwischen dem Verbindungspunkt des ersten und zweiten
Kondensators C1 und C2 und dem Minus-Eingangsanschluß der ersten
Brückengleichrichterschaltung 10 eingeschaltet. Eine
Steuerschaltung 18 ist zwischen den Eingangsanschlüssen der ersten
Brückengleichrichterschaltung 10 verbunden, und der oben
erwähnte Schalt-Kreis 14 wird geöffnet und geschlossen in
Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Steuerschaltung 18.
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Die soweit beschriebene Ausbildung ist ähnlich der der
herkömmlichen Vorrichtung.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist die
erwähnte Steuerschaltung 18 wie folgt aufgebaut. Die
Eingangsanschlüsse einer zweiten Brückengleichrichterschaltung
20, die vier Dioden D2 zum Vollwellen-Gleichrichten der
Eingangsspannung enthält, sind mit der Leistungsquelle parallel
zu der ersten Gleichrichterschaltung 10 verbunden, und eine
erste Spannungshöhen-Detektorschaltung 22 und eine zweite
Spannungshöhen-Detektorschaltung 24 sind parallel zwischen
den Ausgangsanschlüssen der zweiten
Brückengleichrichterschaltung 20 durch einen Widerstand R1 verbunden. Der Ausgang
der ersten Spannungshöhen-Detektorschaltung 22 ist mit dem
Eingangsanschluß einer Verzögerungsschaltung 30 durch eine
Spannungsbeurteilungsschaltung 26 verbunden, und das
Ausgangssignal der zweiten Spannungshöhen-Detektorschaltung 24
wird ebenfalls in die Verzögerungsschaltung 30 eingegeben.
Die Verzögerungsschaltung ist derart ausgebildet, daß sie ein
logisches Produkt der Ausgänge der zweiten Spannungshöhen-
Detektorschaltung 24 und der Spannungsbeurteilungsschaltung
26 erhält und einen niedrigen Wert mit einer Verzögerung
ausgibt, wenn beide Ausgangshöhen hoch sind. Der Schalt-Kreis 14
ist derart ausgebildet, daß er schließt, um die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung durchzuführen, wenn der Ausgang aus
der Verzögerungsschaltung einen niedrigen Wert einnimmt.
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Darüber hinaus sind die Ausgangsanschlüsse der zweiten
Brückengleichrichterschaltung 20 mit einer Konstantspannungs-
Erzeugungsschaltung 35 verbunden, die zwei Kondensatoren und
einen Dreifachanschlußregulator enthält.
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Die entsprechenden Schaltungen werden im einzelnen
beschrieben. Die erste Spannungshöhen-Detektorschaltung 22, die
feststellt, daß die Eingangsspannung niedriger (höher) als ein
vorbestimmter Wert wird, ist aus einem ersten Komparator 36
mit einer Hysterese zusammengesetzt. Einer der Anschlüsse
(+) der erwähnten zweiten Brückengleichriczhterschaltung 20
ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß 36a des ersten
Komparators verbunden, während der nicht invertierende
Eingangsanschluß 36b mit dem Verbindungspunkt von zweiten und
dritten Widerständen R2 und R3 verbunden ist, die zwischen
dem Ausgangsanschluß der
Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung 35 und dem anderen Anschluß (-) der
Brückengleichrichterschaltung 20 verbunden sind. Eine erste Bezugsspannung E1,
die durch Teilen der von der
Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung 35 gelieferten Spannung mit Hilfe des zweiten und
dritten Widerstandes R2 und R3 vorgesehen wird, wird an den
nicht invertierenden Eingangsanschluß 36b des ersten
Komparators 36 angelegt, und der augenblickliche Wert der
vollwellengleichgerichteten Spannung, der an dem invertierenden
Eingangsanschluß 36a anliegt, wird mit der ersten
Bezugsspannung E1 verglichen zur Erzeugung eines Impulses aus dem
Ausgang des ersten Komparators 36, wenn die augenblickliche
Spannung höher als die andere wird (ein Impuls wird hier dann
als erzeugt angenommen, wenn der Ausgang niedrig gegenüber
dem hohen Wert als Bezugswert wird). Der erste Komparator 36
dieser Ausführungsform weist eine Hysterese auf. Sobald eine
Spannung höher als die erste Bezugsspannung E1 eingegeben
wird und der Ausgang des ersten Komparators 36 von seinem
hohen in seinen niedrigen Wert umschaltet, kehrt daher der
Ausgang nicht unmittelbar in den hohen Wert zurück, nachdem
die Eingangsspannung niedriger als die erste Bezugsspannung
E1 wird; bis die Eingangsspannung auf eine zweite
Bezugsspannung E2 (E2 < E1) abnimmt, erhält der Ausgang den niedrigen
Wert bei und kehrt erst dann zu dem hohen Wert zurück. Mit
anderen Worten wird selbst dann, wenn die Eingangsspannung
die erste Bezugsspannung E1 augenblicklich erreicht und dann
unmittelbar abfällt, ein Impuls mit einer bestimmten Breite
ausgegeben.
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Der Aufbau der zweiten Spannungshöhen-Detektorschaltung 24
ist der gleiche wie der der ersten
Spannungshöhen-Detektorschaltung 22, jedoch mit einem unterschiedlich eingestellten
Wert zum Feststellen. Die vollwellengleichgerichtete Spannung
wird an den invertierenden Eingangsanschluß 38a eines zweiten
Komparators 38 angelegt und eine dritte Bezugsspannung E3,
die durch Spannungsteilung mit einem vierten und fünften
Widerstand R4 und R5 erzeugt wird, wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß 38b zum Vergleich angelegt. In dieser
zweiten Spannungshöhen-Detektorschaltung 24 ist die
Bezugsspannung E3 unterschiedlich von der ersten E1, indem das
Verhältnis des vierten und fünften Widerstands R4 und R5
verschieden von dem des zweiten und dritten Widerstandes R2 und
R3 gesetzt wird. Insbesondere sind die erste Bezugsspannung
E1 auf 60 V und die dritte Bezugsspannung E3 auf 140 V
eingestellt.
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Die Spannungsbeurteilungsschaltung 26 arbeitet basierend auf
dem Ausgang der ersten Spannungshöhen-Detektorschaltung 22
und ist derart ausgebildet, daß sie einen Impuls (mit einem
hohen Wert als Bezug) ausgibt, wenn ein Scheitelwert der
Eingangsspannung in die erste Spannungshöhen-Detektorschaltung
22 niedriger als die erste Bezugsspannung E1 ist. Die
Schaltung 26 ist derart ausgebildet, daß der Ausgang des ersten
Komparators 36 mit dem invertierenden Eingangsanschluß 40a
eines dritten Komparators 40 durch einen sechsten Widerstand
R6 verbunden ist, und der invertierende Eingangsanschluß 40a
ist ebenfalls mit Erde durch einen dritten Kondensator C3
verbunden. Eine Diode D3 ist parallel zwischen den
Anschlüssen des sechsten Widerstandes R6 verbunden, so daß ein Strom
von dem dritten Komparator 40 zu dem ersten Komparator 36
fließt. Einer der Anschlüsse eines siebten Widerstandes R7
mit einem ausreichend kleineren Widerstand als dem des
sechsten Widerstandes R6 ist mit dem Anschluß des Widerstandes R6
für den ersten Komparator 36 verbunden, und der andere
Anschluß des siebten Widerstandes R7 ist mit dem
Ausgangsanschluß
der Konstantspannungs-Generatorschaltung 35 verbunden.
Daher wird die von der Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung
35 erzeugte Spannung an den dritten Kondensator eingegeben
und an den invertierenden Eingangsanschluß 40a des dritten
Komparators 40 durch den siebten und sechsten Widerstand R7
und R6, die in Reihe mit der
Konstandspannungs-Erzeugungsschaltung 35 verbunden sind. Andererseits ist der
Verbindungspunkt eines achten und neunten Widerstands R8 und R9,
die in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluß der
Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung 35 und Masse verbunden sind,
mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß 40b des dritten
Komparators 40 verbunden, wodurch an den Anschluß 40b eine
vierte Bezugsspannung E4 angelegt wird, die durch eine mit
Hilfe der Widerstände erzeugte Spannungsteilung bestimmt ist.
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In der Spannungsbeurteilungschaltung 26 sind der
Ausgangsanschluß des ersten Komparators 36 und Masse voneinander
isoliert, wenn der Ausgang des ersten Komparators 36 bei hohem
Wert ist, so daß der dritte Kondensator C3 mit Hilfe der
Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung 35 geladen wird, und die
Klemmenspannung dieses dritten Kondensators C3 wird an den
invertierenden Eingangsanschluß 40a des dritten Komparators
40 angelegt. Sofern die Eingangsspannung normal ist (höher
als 60 V), ändert sich der Ausgang des ersten Komparators 36
von hohem Wert in niedrigen Wert nach Ablauf einer gegebenen
Zeit, legt den Ausgangsanschluß des ersten Komparators 36 an
Masse und entlädt dadurch die in dem dritten Kondensator
gespeicherte Ladung fast augenblicklich durch die Diode D3. Da
der Abwechslungszyklus (Intervall) zwischen dem hohen Wert
und dem niedrigen Wert konstant ist, ist die maximale
Lademenge für den dritten Kondensator C3 ebenfalls konstant.
Daher wird durch Einstellen der vierten Bezugsspannung E4 höher
als die Klemmenspannung des Kondensators C3 bei maximaler
Ladung der Ausgang des dritten Komparators 40 hochgehalten, da
die Spannung an dem nicht invertierenden Eingangsanschluß 40b
immer höher als die Spannung an dem invertierenden
Eingangsanschluß
40a ist, wenn die Eingangsspannung höher als 60 V
ist. Wenn andererseits die Eingangsspannung niedriger als
60 V ist, hält der Ausgang des ersten Komparators 36 den
hohen Wert aufrecht, so daß der dritte Kondensator C3
kontinuierlich geladen wird und seine Klemmenspannung weiter
zunimmt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Klemmenspannung des
dritten Kondensators C3 höher als die vierte Bezugsspannung E4
wird, schaltet der Ausgang des dritten Komparators 40 von
hohem in niedrigen Wert um. Bei diesem Betrieb ändert sich
der Ausgang des dritten Komparators 40 zu dem Zeitpunkt
nicht, wenn der Spitzenwert der Eingangsspannung niedriger
als 60 V wird, aufgrund der Zeitkonstanten des sechsten
Widerstandes R6 und des dritten Kondensators C3; der Ausgang
schaltet auf niedrigen Wert um, nachdem eine vorbestimmte
Zeit abgelaufen ist. Wenn die Eingangsspannung wieder höher
als 60 V wird, ist eine Periode vorgesehen, in der der
Ausgang des ersten Komparators 36 niedrig ist, so daß die in dem
dritten Kondensator C3 gespeicherte Ladung in dieser Periode
entladen wird und der Ausgang des dritten Komparators 40 auf
seinen hohen Wert zurückkehrt.
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Die Verzögerungsschaltung 30 enthält einen vierten Komparator
42, einen zehnten zwischen dem invertierenden
Eingangsanschluß 42a des vierten Komparators 42 und dem
Ausgangsanschluß des oben erwähnten dritten Komparators 40 verbundenen
Widerstand R10. Ein elfter Widerstand R11 und ein vierter
Kondensator C4 sind in Reihe zwischen dem Ausgangsanschluß
der Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung 35 und Masse
verbunden, wobei der Verbindungspunkt des elften Widerstandes
R11 und des vierten Kondensators C4 mit dem invertierenden
Eingangsanschluß 42a des vierten Komparators 42 verbunden
sind. Der Widerstandswert des zehnten Widerstands R10 ist
ausreichend kleiner als der des elften Widerstandes R11.
Strom fließt durch den zehnten Widerstand R10, wenn die in
dem vierten Kondensator C4 gespeicherte Ladung entladen wird,
und durch den elften Widerstand R11, wenn der vierte
Kondensator
C4 geladen wird. Wenn der vierte Kondensator C4 geladen
wird, benötigt das Laden daher eine relativ lange Zeit
aufgrund der von dem elften Widerstand R11 und dem vierten
Kondensator C4 bestimmten Zeitkonstanten, und wenn die in dem
vierten Kondensator C4 gespeicherte Ladung entladen wird,
wird dies in einer relativ kurzen Zeit durchgeführt aufgrund
der durch den zehnten Widerstand R10 und den vierten
Kondensator C4 bestimmten Zeitkonstanten.
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Die erwähnte vierte Bezugsspannung E4 wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß 42b des vierten Komparators 42
angelegt, und der Ausgang des Komparators 42 ändert sich in
seinen niedrigen Wert, wenn die Klemmenspannung des vierten
Kondensators C4 die vierte Bezugsspannung E4 überschreitet.
Wenn dies auftritt, werden der Ausgangsanschluß des vierten
Komparators 42 und Masse kurzgeschlossen, was eine von einem
zwölften Widerstand R12 und einem dreizehnten Widerstand R13
geteilte Basisspannung an einen Transistor 44 anlegt, der mit
dem Ausgangsanschluß des vierten Komparators 42 verbunden
ist. Als Ergebnis wird der Transistor 44 eingeschaltet, um
einen Strom von der Konstantspannungs-Generatorschaltung 35
an eine Fotodiode 46 zu liefern, die mit dem Kollektor des
Transistors 44 über einen vierzehnten Widerstand R14
verbunden ist, was durch die Fotoerregung der Fotodiode 46 einen
Fototriac 48 einschaltet. Daher wird ein Schalt-Kreis 50, der
den Fototriac 48 und einen Triac 50 enthält, geschlossen, was
es ermöglicht, daß die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung
stattfindet. Insbesondere wird, wenn der Fototriac 48
eingeschaltet wird, eine Einschaltspannung an das Gatter des
Triacs 50 angelegt. Dies macht den Triac 50 leitend und
schließt den Schalter.
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Die oben erwähnte Verzögerungsschaltung 30, der Transistor 44
und die Fotodiode 46 bilden daher ein
Schaltsignalerzeugungsmittel.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Schaltungen wird nun
beschrieben.
Zunächst ist das Wirkprinzip das folgende:
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Wenn die Leistungsquelle eingeschaltet wird, steigt die
Spannung nicht sofort auf 100 V oder 200 V, sondern steigt
allmählich während der frühen Übergangsperiode nach dem
Einschalten der Leistung an und wird dann stabil bei einem
vorbestimmten Spannungswert. Wenn die Spannung während der
Übergangsperiode kleiner als 100 V ist, kann nicht
festgestellt werden, ob die Spannungsquelle das 100 V-System oder
das 200 V-System ist. Um das elektrische Gerät oder
dergleichen zu schützen, wird die Vollwellen-Gleichrichtung
durchgeführt mit der Eingangsspannung in einem Bereich unterhalb
60 V, unabhängig davon, ob die Leistungsquelle das 100 V-
System oder das 200 V-System ist. Wenn die Eingangsspannung
stabil in einem Bereich von 60 V bis 140 V ist, kann man
annehmen, daß die Netzspannung das 100 V-System ist, so daß
die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung durchgeführt wird.
Wenn die Eingangsspannung 140 V überschreitet, muß die
Netzspannung das 200 V-System sein, und daher wird dann die
Vollwellen-Gleichrichtung durchgeführt. Weiterhin wird in der
Übergangsperiode nach dem Einschalten der 200 V-Quelle die
Eingangsspannung 200 V, nachdem sie durch einen Bereich von
60 V bis 140 V hindurchgegangen ist. Dementsprechend sollte
die folgende Gleichrichtung in dem Übergangsbereich von 60 V
bis 140 V des 200 V-Systems durchgeführt werden. Sonst kann
die elektrische Schaltung oder dergleichen aufgrund hoher
Spannungen, wenn die Eingangsspannung 140 V überschreitet,
zerstört werden.
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Der Betrieb wird nun vollständig für jede Bedingung
beschrieben. Unter der Annahme, daß nicht bekannt ist, ob die
Eingangsspannung von dem 100 V-System oder dem 200 V-System
stammt, wenn die Leistungsquelle eingeschaltet ist und die
Eingangsspannung allmählich ansteigt, sind die Ausgänge des
ersten und des zweiten Komparators 36 und 38 während des
augenblicklichen Wertes der Eingangsspannung unter 60 V hoch.
Da der Ausgang des dritten Komparators 40 auf niedrigen Wert
nur nach Verlauf einer vorbestimmten Verzögerungszeit
entsprechend einer ersten Zeitkonstante t1 schaltet, die von dem
sechsten Widerstand R6 und dem dritten Kondensator C3
bestimmt wird, ist der Eingang für den vierten Komparator 42
der hohe Wert während einer Periode unmittelbar nach dem
Einschalten der Leistungsquelle. Während dieser Periode ist
jedoch der vierte Kondensator C4 nicht ausreichend geladen
aufgrund einer relativ langen zweiten Zeitkonstante t2, die
von dem elften Widerstand R11 und dem vierten Kondensator C4
bestimmt wird. Die vierte Bezugsspannung E4 ist daher höher
als die Klemmenspannung des Kondensators C4, was zu einem
hochwertigen Ausgang des Komparators 42 und dem Abschalten
des Transistors 44 führt. Nachdem eine der ersten
Zeitkonstante t1 entsprechende Zeit verstrichen ist und nachdem der
Ausgang des dritten Komparators 40 auf niedrigen Wert
umgeschaltet hat, wird die in dem vierten Kondensator C4
gespeicherte Ladung durch den zehnten Widerstand R10 entladen, um
die Klemmenspannung des Kondensators C4 auf Null zu bringen.
Daher behält der Ausgang des vierten Komparators 42 den hohen
Wert bei und ist der Schalt-Kreis 14 geöffnet, was die
Durchführung der Vollwellen-Gleichrichtung ermöglicht.
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Wenn als nächstes die Eingangsspannung auf einem Bereich von
60 V bis 140 V ansteigt, ändert sich nur der Ausgang des
ersten Komparators 36 von hohem auf niedrigen Wert, und
anschließend wird kontinuierlich eine Folge von Impulsen
erzeugt. Als Ergebnis behält der Ausgang des dritten
Komparators 40 wie oben beschrieben den hohen Wert bei. Auch der
Ausgang aus dem zweiten Komparator 38 ist hoch, da die
Eingangsspannung nicht die dritte Bezugsspannung E3 erreicht.
Daher sind beide Ausgänge hoch, und der zehnte Widerstand 10
wird geöffnet, was das Laden des vierten Kondensators C4
erlaubt. Da diese Bedingung aufrechterhalten wird, wenn die
Eingangsspannung von dem 100 V-System geliefert wird,
überschreitet die Klemmenspannung des vierten Kondensators C4 die
vierte Bezugsspannung E4 nach Ablauf einer der zweiten
Zeitkonstante t2 entsprechenden Zeit, so daß der Ausgang des
vierten Komparators 42 auf niedrigen Wert umgeschaltet und
der Transistor 44 eingeschaltet wird. Dementsprechend wird
der Schaltkreis 14 wie oben beschrieben geschlossen, um die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung durchzuführen.
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Im Fall des 200 V-Systems nimmt jedoch die Eingangsspannung
weiter zu und ihr augenblicklicher Wert überschreitet die
dritte Bezugsspannung E3, was zu einem niedrigwertigen
Ausgang des zweiten Komparators 38 führt, gefolgt von einer
Folge von Impulsen mit einem vorbestimmten Zyklus. Diese
Änderung des Ausgangs des zweiten Komparators 38 auf
niedrigen Wert läßt es zu, daß die in dem vierten Kondensator C4
gespeicherte Ladung entladen wird, so daß der Ausgang des
vierten Komparators 42 hoch wird. Daher wird der Schalt-Kreis
14 geöffnet, was die Durchführung der
Vollwellen-Gleichrichtung ermöglicht. Die oben erwähnte zweite Zeitkonstante t2
ist ausreichend groß eingestellt, damit der augenblickliche
Wert der Eingangsspannung 140 V überschreitet und der Ausgang
des zweiten Komparators 38 auf niedrigen Wert umschaltet,
bevor der vierte Kondensator C4 ausreichend geladen ist, um den
Ausgang aus dem vierten Komparator 42 zu ändern. Dies
ermöglicht die Durchführung der Vollwellen-Gleichrichtung selbst
in der Übergangsperiode mit einem Spannungsbereich von 60 V
bis 140 V, folgend dem Einschalten der 200 V-Leistungsquelle.
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Auf diese Weise wird das Umschalten in die vorbestimmte
Gleichrichtungsart automatisch mit Sicherheit und Genauigkeit
durchgeführt, selbst wenn es nicht bekannt ist, ob die
Eingangsspannung von dem 100 V-System oder dem 200 V-System
geliefert wird.
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Es wird jetzt angenommen, daß die Eingangsspannung von dem
100 V-System einen vorbestimmten Wert erreicht hat und dort
stabil wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung in dem normalen Bereich (1)
ausgeführt. In Bereichen (2) und (3), wo die Eingangsspannung
vorübergehend über 140 V aufgrund von Störungen oder
dergleichen ansteigt, gibt es keine Änderung in dem Ausgang des
ersten Komparators 36, da der Eingang des ersten Komparators
36 größer als die erste Bezugsspannung E1 (60 V) ist, jedoch
erzeugt der zweite Komparator 38 einen Impuls, d.h., sein
Ausgang schaltet auf niedrigen Wert um. Dann wird die im
vierten Kondensator C4 gespeicherte Ladung durch den zehnten
Widerstand R10 in Übereinstimmung mit einer Zeitkonstante t3
entladen, die von dem zehnten Widerstand R10 und dem vierten
Kondensator C4 bestimmt ist. Die Entladung fährt fort und die
Klemmenspannung des vierten Kondensators C4 wird niedriger
als die vierte Bezugsspannung E4, wo der Ausgang des vierten
Komparators 42 auf den hohen Wert geändert wird und daher die
Vollwellen-Gleichrichtung durchgeführt wird. Wenn die
Eingangsspannung in den normalen Zustand zurückkehrt, bevor der
vierte Kondensator C4 sich in dem genannten Maß entlädt, wird
der vierte Kondensator C4 wieder geladen, um die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung anstelle der
Vollwellen-Gleichrichtung beizubehalten. Es ist in diesem Zusammenhang zu
bemerken, daß die dritte Zeitkonstante t3 auf folgende Weise
eingestellt wird: der Betrieb wird nicht in die Vollwellen-
Gleichrichtung umgeschaltet, wenn die Zeitperiode des
Hochspannungsbereichs so kurz (beispielsweise Bereich (2)) ist,
daß der erste und zweite Kondensator C1 und C2 und andere mit
der Schaltspannungsquelle 12 verbundene nicht in dem Ausmaß
geladen werden, daß sie geschädigt werden; der Betrieb wird
jedoch in die Vollwellen-Gleichrichtung geschaltet, wenn der
Hochspannungsbereich länger dauert (z.B. Bereich (3)).
Dadurch werden die elektrische Vorrichtung, die Schaltung und
so weiter daran gehindert, geschädigt zu werden, während der
optimale Gleichrichterbetrieb durchgeführt wird. Wenn der
Betrieb in die Vollwellen-Gleichrichtung umgeschaltet würde,
unmittelbar nachdem die Spannung hoch wird, würde die
verbundene elektrische Vorrichtung oder dergleichen nicht normal in
dem Fall eines vorübergehenden Spannungsabfalls arbeiten, wo
die Eingangsspannung schnell auf 100 V zurückkehrt. Würde
andererseits die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung in dem
Fall der kontinuierlichen hohen Spannung für eine lange Zeit
durchgeführt werden, würde die elektrische Schaltung oder
dergleichen aufgrund der an ihr anliegenden hohen Spannung
geschädigt werden (das Doppelte der normalen Spannung). Um
diese Probleme zu lösen, ist die Schaltung so wie beschrieben
aufgebaut und wirkt so wie beschrieben.
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Wenn der vorübergehende Abfall (d.h. das vorübergehende
Abnehmen des Scheitelwerts) oder die
Leistungsversorgungsunterbrechung so wie im Bereich (4) verursacht wird, sind
sowohl der Ausgang des ersten als auch der Ausgang des zweiten
Komparators 36 bzw. 38 hoch, ähnlich wie bei dem Zustand, wo
die Leistung gerade eingeschaltet wurde. Jedoch ändert der
Ausgang des dritten Komparators 40 nicht auf den niedrigen
Wert, bis eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, die der
ersten Zeitkonstante t1 entspricht, so daß die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung über diese Zeit aufrechterhalten
wird. Die Eingangsspannung kehrt auf den normalen Wert in
einer relativ kurzen Zeit zurück, und das elektrische Gerät
oder dergleichen kann seinen normalen Betrieb kontinuierlich
durchführen.
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Als nächstes wird angenommen, daß die von dem 200 V-System
gelieferte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht hat.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, sendet in dem normalen Bereich
(1) der Ausgang des zweiten Komparators (38) eine Folge von
Impulsen aus (er wiederholt das Umschalten zwischen niedrigem
und hohem Wert), während der Ausgang des dritten Komparators
40 den hohen Wert beibehält. Daher wird der zehnte Widerstand
R10 abwechselnd geöffnet und kurzgeschlossen, und der vierte
Kondensator C4 wird aufgrund der zweiten Zeitkonstante t2
nicht ausreichend geladen. Als Ergebnis behält der Ausgang
des vierten Komparators 42 den hohen Wert bei, was die
Durchführung der Vollwellen-Gleichrichtung erniöglicht. Wenn dann
der augenblickliche Spannungsabfall (unter 60 V) aufgrund
einer Störung oder dergleichen oder die vorübergehende
Leistungsversorgungsunterbrechung stattfindet (Bereich (2)),
dann gibt es kein ernstes Problem, da die
Vollwellen-Gleichrichtung durchgeführt wird. Wenn der vorübergehende Abfall im
Bereich von 60 V bis 140 V ist, beginnt der vierte
Kondensator C4 geladen zu werden, jedoch wird die Änderung des
Ausgangs des vierten Komparators 42 für eine vorbestimmte Zeit
entsprechend der zweiten Zeitkonstante t2 verzögert, wobei
die Vollwellen-Gleichrichtung während dieser Periode
beibehalten wird. Wenn die Spannung ihre Normalität innerhalb
dieser Periode wiedergewinnt, fährt die
Vollwellen-Gleichrichtung fort.
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In dem Bereich (3), wo der vorübergehende Abfall in einem
Bereich von 60 V bis 140 V für eine relativ lange Zeit
fortfährt, wird die in dem Kondensator C4 gespeicherte Ladung in
der der dritten Zeitkonstante t3 entsprechenden Zeit durch
den zehnten Widerstand R10 entladen, und die Klemmenspannung
des Kondensators C4 wird niedriger als die vierte
Bezugsspannung E4. Daher schaltet der Ausgang des vierten Komparators
42 auf niedrigen Wert und schaltet den Betrieb auf
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung um.
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Wenn der Betrieb auf die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung unmittelbar nach dem vorübergehenden Abfall der Spannung
aufgrund einer Störung oder dergleichen geschaltet würde,
könnte die elektrische Schaltung geschädigt werden, da die
Spannung zu hoch wird, wenn die Normalität wieder eintritt.
Daher sollte in einem solchen Fall die
Vollwellen-Gleichrichtung beibehalten werden. Wenn der vorübergehende Abfall aus
irgendeinem Grund weiterdauert, sollte auf der anderen Seite
die elektrische Vorrichtung oder dergleichen in dem folgenden
Zustand von einem abnormen Arbeiten aufgrund der von der
Vollwellen-Gleichrichtung gelieferten niedrigen
Ausgangsspannung bewahrt werden. Bei Probleme können wie oben beschrieben
gelöst werden.
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Im Fall, wo die Leistungsquelle abgeschaltet wurde, nimmt der
Ausgang allmählich ab und geht durch den Bereich von 60 bis
140 V für die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung. Jedoch
wird das Schalten in die
Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung ebenfalls für eine vorbestimmte Zeit aufgrund der
zweiten Zeitkonstante t2 verzögert. Bei einem normalen Abschalten
fällt die Eingangsspanunng weiter in den Bereich unterhalb
von 60 V für die Vollwellen-Gleichrichtung ab, bevor die
Gleichrichtermittel in den Verdoppelungszustand umgeschaltet
werden. Als Ergebnis dauert die Vollwellen-Gleichrichtung
durch das Abschalten der Leistungsquelle hindurch an. Die
Durchführung der Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung
unterhalb von 140 V ist kein Problem an sich. Wenn jedoch der
Schalter unmittelbar nach dem Spannungsabfall wieder
eingeschaltet wird, um wieder Leistung zu liefern, könnten die
elektrische Vorrichtung, die Schaltung und so weiter durch
die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung der Spannung von
200 V geschädigt werden. Dieses Problem wird durch die oben
beschriebene Wirkung verhindert.
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Wie oben dargestellt, wird in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung die elektrische Schaltung und die mit ihr
verbundene elektrische Vorrichtung mit Sicherheit vor einer
Schädigung bewahrt, und eine konstante Spannung kann
geliefert werden. Weiterhin ermöglicht die Vorrichtung ein
automatisches Schalten auf die optimalen Gleichrichtermittel für
verschiedene Spannungen.
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Es ist zu verstehen, daß eine andere Leistungsquelle
unabhängig von der Eingangsspannung offensichtlich anstelle der
obigen
Konstantspannungs-Erzeugungsschaltung unter Verwendung
der Eingangsspannung verwendet werden kann. Auch ist der
Schalt-Kreis nicht auf den von dem Triac gebildeten begrenzt,
und verschiedene Typen von Schalt-Kreisen können verwendet
werden.
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Auch andere Schaltungen, die unterschiedlich aufgebaut sind,
aber in der gleichen Weise wie oben beschrieben arbeiten,
können verwendet werden, und daher sollte die Schaltung nicht
auf die spezielle oben beschriebene Struktur begrenzt werden.
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Weiterhin sind die Eingangsspannungen nicht auf 100 V und
200 V begrenzt, und das automatische Schalten für
unterschiedliche Eingangsschaltungen kann durch Ändern des
Multiplikationsfaktors der Spannungsverdoppelungs-Gleichrichtung
durchgeführt werden.