DE69022807T2 - Stromversorgung für Wiedergabegerät mit Abschalteinrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Stromversorgungen und genauer gesagt eine Stromversorgung für eine Anzeigeeinheit, die mit Abschaitmitteln ausgestattet ist.
• Bildschirmgeräte wie beispielsweise Femsehempfänger und Rechnermonitore enthalten Stromversorgungen, die einen oder mehrere geregelte Spannungspegel erzeugen, um verschiedene Lastkreise zu versorgen. Die Lastkreise können in die Bildschirmgeräte integriert sein oder periphere oder externe Geräte sein. In einer typischen Anordnung enthält die Stromversorgung einen Leistungstransformator, der eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung hat. Die Primärwicklung ist durch ein Schalttransistor-Subsystem mit einer Energiequelle verbunden, und die Sekundärwicklung ist durch Regelschaltkreise mit dem Bildschirm verbunden. Das Schalttransistor-Subsystem enthält eine oder mehrere Erkennungs/Steuerschaltungen, die zu einer Regelung der Ausgangsspannungen führen.
• Gelegentlich können Fehlerzustände in der Stromversorgung und/oder den Lastkreisen auftreten. Wenn sie nicht geschützt ist bzw. sind, könnten solche Fehlerzustände die Stromversorgung und/oder die Lastkreise beschädigen. Eine Möglichkeit, solche Beschädigungen zu vermeiden, ist die, eine Schutzschaltung vorzusehen, welche die Stromversorgung beim Auftreten eines Fehlerzustands abschaltet. Da sich die Schaltungen, die den Schalttransistor steuern, gewöhnlich auf der Primärseite des Leistungstransformators befinden, befindet sich die Schutzschaltung gewöhnlich dort. Um jedoch Schaltungen, Bauelemente etc. auf der Sekundärseite zu schützen, sind auch dort Schutzschaltungen notwendig. Folglich ist das Problem das, wie man Informationen von den Fehlererkennungsschaltungen auf der Sekundärseite zur Primärseite übertragen kann, ohne die Kostenvorteile der Primärerkennung zu verlieren und ohne neue Komponenten hinzuzufügen, die zwangsläufig die Anforderungen an die Primär-Sekundär-Trennung erfüllen müßten.
• Eine herkömmliche Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines Transformators oder optischen Isolators, um Fehlererkennungsschaltungen auf der Sekundärseite des Leistungstransformators mit der Schutzschaltung auf der Primärseite zu verbinden. Obwohl sich diese Lösung für den Zweck, für den sie vorgesehen ist, gut eignet, fügt sie eine relativ teure Komponente hinzu, die für kostensensitive Bildschirmprodukte nicht annehmbar ist. Eine andere Lösung ist die, einen Ausgang oder eine Spannung auf der Sekundärseite absichtlich kurzzuschließen, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird. Dies bewirkt einen Überstromzustand in der Schaltung auf der Primärseite. Dieser Überstromzustand wird erfaßt und dient dazu, die Abschalteschaltung zu triggern. Ein Beispiel für diese Methode ist in der US-Patentschrift 4 685 020 dargelegt. Dieser Ansatz ist ein Schritt in die richtige Richtung, da er keinen Impulstransformator oder optische Isolatoren erforderlich macht. Stattdessen werden die Fehlerinformationen in Form eines Überstroms durch den Leistungstransformator geleitet. Ein möglicher Nachteil ist der, daß eine Schaltung hinzugefügt werden muß, um den sekundären Kurzschluß zu erzeugen. Die Schaltung enthält gewöhnlich einen steuerbaren Silizium-Leistungsgleichrichter (SCR). SCRs sind gewöhnlich teuer und erhöhen die Kosten der Stromversorgung noch weiter.
• Es ist daher eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres Schema bereitzustellen, das eine Stromversorgung abschaltet, wenn ein Fehlerzustand in der Stromversorgung und/eder der von ihr angesteuerten Last festgestellt wird.
• Eine Stromversorgung und ein Verfahren zum Abschalten einer Stromversorgung, welche diese Aufgabe gemäß der Erfindung erreichen, sind in den Ansprüchen 1 und 6 dargelegt.
• Das Schema eignet sich für Stromversorgungen, die synchronisiert werden, um mit der Frequenz der von der Stromversorgung angesteuerten Last zu arbeiten. Für Lasten wie beispielsweise Bildschirme werden Synchronisierimpulse am Bildschirm erzeugt, die dazu verwendet werden, die Schaltfrequenz der Stromversorgung mit der Betriebsfrequenz des Bildschirms zu synchronisieren. Die Synchronisierimpulse werden an die Stromversorgung übertragen. Wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, wird die Übertragung der Synohronisierimpulse verhindert. Ein Fehlen der Synchronisierimpulse triggert eine Abschalteschaltung, welche die Stromversorgung abschaltet. Sobald sie getriggert ist, läßt die Abschalteschaltung die Stromversorgung im abgeschalteten Zustand, bis die Eingangswechselspannung unterbrochen wird. Diese Methode führt zu einem Schutz mit einer minimalen Anzahl von Komponenten, was mit dem Ziel einer kostengünstigen Bildschirm-Stromversorgung vereinbar ist.
• Genauer gesagt enthält die neuartige Stromversorgung und Abschalteschaltung einen Leistungsregler, der Strom zur Ansteuerung einer Bildschirmeinheit erzeugt, die mit der Sekundärsalte des Reglers verbunden ist. Die Bildschirmeinheit enthält einen Hochspannungs-(HS-)Rücklaufregler, der hohe Spannungen zur Ansteuerung der Bildröhre erzeugt. Der HS-Rücklaufregler enthält eine Antriebssteuerschaltung, welche die Frequenz und das Tastverhältnis für einen HS-Schalttransistor festlegt. Die Ansteuerimpulse (Synohronisierimpulse genannt) werden auf die Primärseite des Leistungsreglers übertragen und dazu verwendet, die Schaltfrequenz des Leistungsreglers mit der Betriebsfrequenz des Bildschirms zu synchronisieren.
• Ein Erkennungsschaltungsmittel ist in der Sekundärseite des Leistungsreglers angeschlossen, um Fehlerzustände festzustellen. Ein Schaltkreis verbindet das Erkennungsschaltungsmittel mit der Schaltungsanordnung, welche die Synchronisierimpulse erzeugt. Wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, verhindert der Schaltkreis die Übertragung der Synchronisierimpulse. Eine Synchronisations-Detektorschaltung, die sich auf der Primärseine des Leistungsreglers befindet, stellt das Nichtvorhandensein von Syn- chronisierimpulsen fest und triggert die Abschalteschaltung, die den Leistungsregler abschaltet.
• Die vorstehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der Begleitzeichnung vollständiger beschrieben.
• Die einzige Figur ist ein Elockdiagramm und eine Prinzipskizze eines Bildschirmsystems mit einem Subsystem für den Netzanschluß gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung.
• Die einzige Figur zeigt ein Bildsichtgerät wie beispielsweise einen Fernsehempfänger oder einen Rechnermonitor. Das Bildsichtgerät enthält ein Bildschirm-Subsystem 10 zur Anzeige von Informationen und einen Regler 12, der Strom zur Ansteuerung des Bildschirm-Subsystems erzeugt. Das Bildschirm-Subsystem enthält eine Katodenstrahlröhre 14 und ein Ablenkjoch 16, das sich auf dem Hals der Katodenstrahlröhre 14 befindet. Informationen, die auf der Katodenstrahlröhre 14 angezeigt werden sollen, werden auf dem Bus 18 geliefert. Die Informationsquelle kann ein Rechner oder ein beliebiges anderes geeignetes Mittel sein. Eine horizontale Ablenkspule (nicht gezeigt) ist im Ablenkjoch 16 positioniert. Die Hochspannung für die Anode der Katodenstrahlröhre wird von dem horizontalen Ablenksystem 22 bereitgestellt und ist durch den Leiter 20 mit der Röhre verbunden. Wie später ausführlicher beschrieben wird, wird die Betriebsfrequenz der Stromversorgung mit der Ablenkfrequenz der Katodenstrahlröhre synchronisiert. Die Synchronisierung der Stromversorgung und der Ablenkfrequenz der Katodenstrahlröhre ist wünschenswert, da die Interferenz auf der Vorderseite des Bildschirms minimiert wird, wenn beide Frequenzen sychronisiert sind.
• Das horizontale Ablenksystem 22 kann verschiedene Ausführungsformen annehmen. Seine Hauptfunktion ist jedoch, eine Quelle von Hochspannungssignalen zur Ansteuerung der Katodenstrahlröhre 14 bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung enthält das horizontale Ablenksystem 22 einen Zeilentransformator T2, einen Schalttransistor Q5 und eine Antriebs- steuerschaltung 24. Die Antriebssteuerschaltung 24 empfängt Taktsignale von der Datenstation 26 und stellt den steuernden Basisstrom für den Schalttransistor Q5 bereit. Die Kollektor- Elektrode des Schalttransistors Q5 ist mit einem Ende der Primärspule 28 verbunden. Das andere Ende der Primärspule 28 ist mit einer Quelle geregelter Sekundär-Gleichspannung verbunden, die mit der Zahl 30 gekennzeichnet ist. Diese Spannung wird von einem Ausgang (nicht gezeigt) des Reglers 12 erzeugt. Die Spulen 32 und 34 sind auf dem Zeilentransformator T2 bereitgestellt. Der Stromfluß von der geregelten Gleichspannungsquelle, beim Anschluß 30, durch die Primärwicklung 28 bewirkt, daß in den Spulen 32 und 34 ein Strom fließt. Der Stromfluß bewirkt, daß Spannungen auf den Spulen entstehen. Die Spannung, die an der Spule 32 entsteht, wird von der Diode CR2 gleichgerichtet und über den Leiter 20 der Anode der Katodenstrahlröhre 14 bereitgestellt. Wie später beschrieben wird, wird die Spannung, die an der Spule 34 entsteht, vom Leiter 36 an die von den Bauelementen Q1 und R2 gebildete Synchronisations-Detektorschaltung geliefert. Die Synchronisations-Detektorschaltung befindet sich auf der Primärseite des Leistungstransformators T1.
• Noch Bezug nehmend auf die einzige Figur sei erwähnt, daß der Regler 12 einen Leistungskreis enthält, der von dem Transformator T1, dem Transistor Q3 und der Synchronisations-Ansteuerschaltung 42 gebildet wird. Die Synchronisations-Ansteuerschaltung überwacht die von der Spule 34 erzeugten Synchronisierimpulse und steuert Q3 mit derselben Frequenz an, wodurch eine Synchronisation mit der horizontalen Frequenz erreicht wird. Die Regler-Abschalteschaltung 44 ist auch mit Q3 verbunden und schaltet Q3 ab, wenn der Synchronisierimpuls nicht vorhanden ist. Bei abgeschaltetem Q3 wird die Stromversorgung abgeschaltet. Der Leistungstransformator T1 enthält eine Sekundärwicklung 40, die durch das Fehlererkennungsmittel 43 mit der Abschalteschaltung 46 des horizontalen Ablenksystems verbunden ist. Wie später erklärt wird, aktiviert das Fehlererkennungsmittel 43 beim Erkennen eines Fehlerzustands die Abschalteschaltung 46 des horizontalen Ablenksystems, die Q5 abschaltet. Die Prinzipskizze zeigt eine direkte Verbindung zur Basis des Transistors Q5. Dies ist eine Ausführung. Dasselbe Ergebnis könnte durch Verbinden von Q4 mit der Steuerschaltung 24 erreicht werden.
• Noch Bezug nehmend auf die einzige Figur sei erwähnt, daß die Primärwicklung 38 des Leistungstransformators T1 mit einer ungeregelten Gleichspannungsversorgung verbunden ist, die mit +VGRUNDMATERIAL gekennzeichnet ist. Die Impulse, die von der Synchronisations-Ansteuerschaltung 42 dazu verwendet werden, die Schaltfrequenz des Reglers 12 mit der Ablenkfrequenz des Bildschirm-Subsystems zu synchronisieren, werden von dem horizontalen Ablenksystem 22 erzeugt. Wie zuvor erwähnt wurde, stellt dieses Ablenksystem Hochspannungssignale zur Ansteuerung der Katodenstrahlröhre 14 bereit. Der Hochspannungstransformator T2 befindet sich auf der Sekundärseite des Transformators T1. Es ist notwendig, die Synchronisierimpulse auf die Primärseite des Transformators T1 zu übertragen, wo sich die Regler-Abschalteschaltung 44 befindet. Eine bevorzugte Möglichkeit, gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung, ist die, eine einzige Windung des Drahtes, der in der Figur als Element 34 gezeigt ist, um den Kern (nicht gezeigt) des Hochspannungstransformators T2 zu wikkein. Natürlich können andere Mittel wie beispielsweise ein Transformator oder ein optischer Isolator verwendet werden, um Synchronisierimpulse von dem horizontalen Ablenksystem des Bildschirmsystems auf die Primärseite des Reglers 12 zu übertragen.
• Noch Bezug nehmend auf die einzige Figur sei erwähnt, daß Q1 und R2 eine Schaltungsanordnung bilden, die als Synchronisationsdetektor dient. Q1 ist immer eingeschaltet, wenn ein positiver Synchronisierimpuls auf dem Leiter 36 vorhanden ist. R2 setzt den Ansteuerungsstrom für Q1, und R1 dient als Ableitungswiderstand. Der Kondensator C1 lädt sich von der Grundmaterialspannung durch R4 auf. C1 wird während eines jeden Synchronisierimpulses von Q1 entladen. Wenn kein Synchronisierimpuls auftritt, lädt sich C1 solange auf, bis er den Schwellenwert von Q2 erreicht. Q2 schaltet sich dann ein und schaltet Q3 ab. Bei abgeschaltetem Q3 stellt die Stromversorgung ihren Betrieb ein, und Synchronisierimpulse können nicht mehr erzeugt werden. Deshalb bleibt die Stromversorgung abgeschaltet, bis die Grundmaterialspannung entfernt und C1 über R3 entladen wird.
• Die Synchronisierimpulse werden unterbrochen, wenn ein Fehlerzustand an einem Ausgang der Stromversorgung auftritt. Das Fehlererkennungsmittel 43 enthält eine Überspannungs-Erkennungsschaltung 48 und eine Überstrom-Erkennungsschaltung 50. Wie der jeweilige Name sagt, stellt die Überspannungs-Erkennungsschaltung 48 einen Überspannungsfehlerzustand im Ausgang des Reglers 12 fest, und die Überstrom-Erkennungsschaltung 50 stellt einen Überstromfehlerzustand am Ausgang des Reglers 12 fest. Wie durch die gestrichelten Linien angezeigt ist, können andere Arten von Fehlererkennungsschaltungen zum Ausgang des Reglers 12 hinzugefügt werden, ohne vom Umfang oder Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Da dem Fachmann die Einzelheiten von Überspannungs-Erkennungsschaltungen und Überstrom-Erkennungsschaltungen gut bekannt sind, werden hier keine Einzelheiten dieser Schaltungen gegeben. Es genügt zu sagen, daß Beispiele solcher Schaltungen in der US-Patentschrift 4 685 020 gefunden werden können.
• Die Ausgänge der Überspannungs-Erkennungsschaltung, der Überstrom-Erkennungsschaltung und anderer Fehlererkennungsschaltungen (nicht gezeigt) sind so miteinander verbunden, daß Q4 leitend gemacht wird, wenn irgendein Fehler auftritt. R5 ist ein Ableitungswiderstand für Q4, und C2 bietet Rauschfestigkeit. Der Kollektor von Q4 ist mit der Basis von Q5 verbunden. Wie zuvor angegeben wurde, stellt Q5 das horizontale Ausgangsbauelement oder den Schalttransistor für die horizontale Ablenkschaltung und das Bildschirm-Subsystem dar. Wie zuvor angegeben wurde, steuert Q5 den Hochspannungstransformator T2 an, der die Hochspannungsimpulse erzeugt. Bei eingeschaltetem Q4 schaltet sich Q5 ab, und die Synchronisierimpulse werden gestoppt. Dies wird wiederum vom Synchronisationsdetektor Q1 festgestellt, und R2 schaltet die Stromversorgung ab, wie zuvor beschrieben wurde. Somit werden die Fehlerinformationen über den Hochspannungstransformator T2 von der Sekundärseite der Stromversorgung auf die Primärseite weitergeleitet. Es sollte erwähnt werden, daß zum Zeitpunkt des Einschaltens keine Synchronisierimpulse verfügbar sind, da noch keine Ausgangsspannungen vorhanden sind. R4 und C1 sind so gewählt, daß die Aufladezeit von C1 länger als die Anstiegszeit der Stromversorgung ist. Dies erlaubt der Stromversorgung, ohne Abschalten zu starten.
• Die vorliegende Erfindung bietet mehrere Vorteile einschließlich geringer Kosten, da die bestehende Primär-Sekundär-Isolation verwendet wird und auch Niederspannungskomponenten mit geringem Leistungsverbrauch verwendet werden. Die Erfindung ist vielseitig, da das Konzept der Abschaltung als Reaktion auf einen Verlust von Synchronisierungssignalen nicht auf eine bestimmte Schaltungsausführung beschränkt ist. Sie kann an den Einsatz mit jeder beliebigen Stromversorgungstopologie angepaßt werden.

Claims (6)

1. Stromversorgung zur Verwendung mit einer Anzeigeeinheit (14), die mit einem Mittel zur Abschaltung der Stromversorgung ausgestattet ist, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird, wobei die Stromversorgung folgendes umfaßt:

ein Leistungs-Schaltkreismittel, das Strom zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit erzeugt, wobei das Leistungs-Schaltkreismittel einen Leistungstransformator (T1) mit einer Primärwicklung (38) und einer Sekundärwicklung (40), ein mit der Primärwicklung (38) verbundenes Schaltmittel (Q3) und ein mit dem Schaltmittel (Q3) verbundenes Synchronisations-Ansteuerschaltungsmittel (42) enthält,

ein mit der Sekundärwicklung verbundenes Fehlererkennungsmittel (43) zur Feststellung von Fehlerzuständen;

ein erstes mit der Anzeigeeinheit verbundenes Schaltungsmittel (22) zur Erzeugung von Hochspannungssignalen und zur Lieferung von Synchronisierimpulsen an das Synchronisations-Ansteuersschaltungsmittel, um die Schaltfrequenz des Schaltmittels mit der Betriebsfrequenz des Bildschirms zu synchronisieren,

ein erstes Abschaltmittel (46), welches das erste Schaltungsmittel (22) und das Fehlererkennungsmittel (43) verbindet und auf Signale anspricht, die von dem Fehlererkennungsmittel ausgegeben werden, um die Erzeugung der Synchronisierimpulse durch das erste Schaltungsmittel zu verhindern, und

ein zweites Abschaltmittel (44), um die Synchronisierimpulse zu überwachen und um das Leistungs-Schaltkreismittel abzuschalten, wenn die Synchronisierimpulse nicht festgestellt werden.

2. Stromversorgung gemäß Anspruch 1, wobei das Fehlererkennungsmittel ein Überspannungs-Erkennungsmittel (48) enthält, das mit einem Überstrom-Erkennungsmittel (50) parallelgeschaltet ist.

3. Stromversorgung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Abschaltmittel (46) einen Schalttransistor (Q4) und eine Filterschaltung (C2, R5) enthält, die mit der Basiselektrode des Schalttransistors verbunden ist.

4. Stromversorgung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das zweite Abschaitmittel (44) folgendes enthält:

eine Spannungsversorgungsquelle (V GRUNDMATERIAL);

ein mit der Spannungsversorgungsquelle verbundenes Speichermittel (C1);

ein zweites Schaltmittel (Q2), das mit dem Speichermittel verbunden ist und das Leistungs-Schaltkreismittel abschaltet, wenn die Ladung auf dem Speichermittel einen vorher festgelegten Pegel erreicht, und

ein drittes Schaltmittel (Q1), das mit dem Speichermittel verbunden ist und das Speichermittel entlädt, wenn die Synchronisierimpulse von dem ersten Schaltungsmittel (22) festgestellt werden.

5. Stromversorgung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Schaltungsmittel (22) eine horizontale Ablenkschaltungsanordnung enthält, die Hochspannungssignale zur Ansteuerung einer Katodenstrahlröhre der Anzeigeeinheit erzeugt.

6. Verfahren zur Abschaltung der Stromversorgung eines Bildschirmsystems mit einem Stromversorgungs-Subsystem, das einen Transformator (T1) mit einer Primärwicklung (38) und

einer Sekundärwicklung (40), der mit einem Bildschirm-Subsystem (10) verbunden ist, und einen Schalttransistor (Q3), der mit der Primärwicklung (38) verbunden ist, enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Erzeugen von Synchronisierimpulsen, um die Schaltfrequenz des Schalttransistors mit der Betriebsfrequenz des Bildschirm-Subsystems zu synchronisieren,

(b) Feststellen des Auftretens eines Fehlerzustands in den Schaltungen, die mit der Sekundärwicklung (40) verbunden sind und Verhindern der Erzeugung der Synchronisierimpulse, wenn ein Fehlerzustand festgestellt wird; und

(c) Überwachen der Synchronisierimpulse und Abschalten der Stromversorgung, wenn die Synchronisierimpulse nicht festgestellt werden.