DE2642872A1 - Stabilisierte wechselspannungs-versorgungsschaltung fuer hochspannungen mit stabilisiertem gleichstrom als vorstrom - Google Patents
Stabilisierte wechselspannungs-versorgungsschaltung fuer hochspannungen mit stabilisiertem gleichstrom als vorstromInfo
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Description
DH--MQ.
K. SCHUMANN
P. H. JAKOB
OfWB
G. BEZOLD
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
P 10480
Xerox Corporation
Xerox Square
Rochester, New York 14644 / USA
Stabilisierte Wechselspannungs-VersorkungsschaltunK für Hochspannungen mit stabilisiertem Gleichstrom als Vorstrom
Die Erfindung betrifft Versorgungsschaltungen oder Netzteile und insbesondere Netzteile für Corotrons, die zur Verwendung in
Kopier- und Vervielfältigungsgeräten bestimmt sind.
Ein übliches Kopier- oder Vervielfältigungsgerät besitzt eine aus einem teilweise leitenden Material bestehende photoempfindliche
Oberfläche, die auf einer sich drehenden Trommel ausgebildet ist. Die Trommeloberflache wird üblicherweise auf eine
bestimmte Gleichspannung aufgeladen und dann lässt man Licht von einem Original, einer Vorlage, d. h. von einer Druckseite
oder einer Schreibmaschinenseite auf die Trommel auffallen,
wodurch die den weissen Flächen und Bereichen auf dem Papier entsprechenden Bereiche auf der Trommel entladen werden. Wenn
sich die Trommel kontinuierlich dreht, gelangt die Trommeloberfläche durch diese Drehung an eine Stelle, wo Toner auf die
Trommel aufgestaubt oder aufgebracht wird. Der Toner haftet nur
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TELEFON (O8S) SS 2β 62 TELEX ΟΒ-23 3βΟ TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER
an den Stellen^ auf der Grammel an\ die geladen sind, so dass
sich ein-. Sc%ia^2-¥eiss-Bild auf der trommel bildet. Sehliesslich
wird, dieses Bild elektrostatisch von der trommel auf ein
Blatt Papier'iib'ertragen und auf diesem Blatt Papier mit einem
Einsehmelzvqrgang einge schmolz en.
ünt diesen letztgenannten Torgang durchzuführen, sind verschiedene
Corotrons erforderlich. Ein Corotron ist ein Draht, der sich in axialer Sichtung über die Länge der Trommel hinweg erstreckt.
Der Draht befindet sich ausserhalb der Trommel und ist auf einer Seite von der teilweise leitenden Tr ommeloberflache
und an den anderen drei Seiten von einem Kanal umgeben. Eine
Wechselspannung, die üblicherweise grosser:als 500Q YbIt- ist,
wird an den Draht angelegt t, so dass- sich,' zwischen dem Draht und
dem Kanal eine Koronaentladung · entwickelt« · Durch dieses alternierende
Karonaentladungsf eld wird die teilweise leitende Trommeloberflache
auf nominal Full YoIt entladen. ,Diese Ausbildung des
Corotrons. wird zur Entlaefoang äßr teilweise leitenden iRcpmmelOb.erflache
verwendet, bevor der überschüssige Toner von der Trommel entfernt wird, nachdem das ,Bild auf das JRapier- übertragen worden:
Da jedes Corotron eine unterschiedliche Gleichspannungs- bzw»
Gleichstrom-Komponente erfordert,, muss- ^edes Corotron;-üblicher-'";
weise seine eigene Yersorgungsschaltung bzw. einen, eigenen-Hetz-·,
teil besitzen* Diese Eetzteile besitzen üblicherweise'eine -.■.■;
Wechselspannuhgsquelle, die normalerweise das IFetz- -ist;,i wobei :.·.·:
die Ketzspannung üblicherweise auf einige .1000 Yolt.· hoch^transformiert
wird, um diese Spannung dann dem Corotron in Eeihe mit
einer regulierten und einstellbaren Gleichstrom-Yersorgungs— "
Schaltung für die Bereitstellung des.Gleichstromes als. Yorstrom :
anzulegen. : . ν
f . -■■■.-■■■ ' : ■'.'■'·" ""■'"■"■
Schwierigkeiten bei diesen !Netzteilen und Yersorgungsschaltungen
treten auf Grund der hohen Kosten und der relativ geringen Zuverlässigkeit
auf, da zwei getrennte Ifetzteile oder Yersorgungsschaltungen
verwendet werden müssen, die beide Regulier-, Stabi-
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ORIGINAL INSSPBCTED '
-■9-
er-.w^l^ss^ellstufen ^p^^anBungsseitig^.enthalten. ...._ ._.
Darüberhi.nans sind, diese -ifetzteile oder.Versorgungsschaltungen
relativ,teuer, -.,datveine, getr.eort.te Qrleiqb^^p.^-,b?w, _QlrejLcli5pa&-,.
nung-Yersorgungsschaltuiig und eine Vechselstrom- bzvf. Wechsel-
BTetateile....bpcfespannuiiggseitig eine grosse. Zahl "von
teilen
•Eine weitere, Schwierigkeit bestebt dai?in,., cLa^s das Corotron ,.
selbst ein grleicbricbter ist-,..Oder genauer ausgeführt, ;;~. . r
entsteht eine Eoro entladung ..ypd damit, etnf-Leitung, wenn ..der
Corotrpndraht mit einer atigenb.licklichen Spannung" von 7-3QQQ Volt ,
beaufschlagt wird, während eine Kprcnaentiadung _nd. ej.ne Leitung.
so lange nicht auftritt, bis der mittlere Draht etwa 3200 Volt
AugenbljLc,ksspartnpng in. positiver Bichtung aufweist· Dies ist
damit zu. erklären,, dass die .Elektronen leichter aus einer ..
scharfen Oberfläche, als, aus einer flachen Oberfläche austreten.
Auf Grund dieser durch das Cprptron bewirkten Gleichrichtung
und des sich,.ergebenden Hets-Gleichstroms als YorstroDi oder
der sich ergebenden. Ifet^-&leichspannung als Vorspannung stuf dem
Corotrondraht, ..wenn hohe. Wechsel spannungen angelegt werden,
muss eine Gleiehstrpm- bzw. Gleichspannungs-Eeihen-Versorgung
in einem Corotron—Ή etzteil auch dann vorgesehen, werden,
wenn eine Ketz-Gleichspannung als Vorspannung bzw. ein TTetz--Gleichstrooi
als Vorstront mit dem Wert Null für eine gute Betriebsweise
des Corotrons erforderlich ist. Ein Corotron—Uetzteil muss
daher auch dann eine einstellbare Gleichstrom- bzw. Gleichspannungs-Eeihen-Energieversorgung
bzw. -Versorgungsschaltung haben, wenn eine Vorspannung mit dem Wert UuIl erforderlich ist.
Im Zusammenhang mit Kopiergeräten ist daher das Bedürfnis nach
einer Corotron-Versorgungsschaltung gross, die gleichzeitig hochspannungsseitig einen regulierten bzw. stabilisierten und
einstellbaren Wechselstrom und einen Gleichstrom bereitstellen. Es wäre wünschenswert, dass diese beiden Netzteile oder Versorgungsschaltungen
in einer einzigen Schaltung integriert werden
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ORSGIf-sAL INSPECTED
können und es könnten Kosten eingespart und die Zuverlässigkeit
erhöht werden, wenn die Einstellung, Stabilisierung und Regelung
dieser Spannungen niederspannungsseitxg durchgeführt werden können.
Erfindungsgemäss wird das Corotron selbst als Gleichrichterschaltung
verwendet, um entweder eine positive oder eine negative Gleichspannung zu erzeugen. Dies wird dadurch bewirkt, dass eine
Rechteckschwingung anstatt einer sinusförmigen Schwingung verwendet
wird, um den hochspannungsseitigen Wechselstrom zu erzeugen,
und dadurch, dass das Tastverhältnis - auch als duty cycle bezeichnet - derselben Rechteckschwingung verändert wird, um die
gewünschte Gleichspannung als Vorspannung bzw. den gewünschten Gleichstrom als Vorstrom zu erzeugen.
Dies ist auf Grund der nachfolgenden Eigenschaften und Charakteristiken
der Transformatoren und allgemein der Corotrons möglich. Was einen Transformator .betrifft, ist es ganz allgemein richtig,
dass dann, wenn ein Anschluss einer Transformator-Sekundärwicklung an Masse liegt, die mittlere Spannung am anderen Anschluss
der Sekundärwicklung Null ist; d.. h., die Summe alfer augenblicklichen
positiven und negativen Gegenspannungen wird nahezu Full. Im üblichen Falle wird der Primärwicklung eines Transformators
eine Sinusschwingung oder eine Rechteckschwingung .zugeführt
und an der Sekundärwicklung sind dann die positive und negative Spannung identisch. '
Wenn jedoch eine Rechteckschwingung mit einem
unsymmetrischen Tastverhältnis angelegt wird und wenn der Mittelwert
" auch gleich Null Volt sein muss, dann ist es klar, dass die Spannung mit der Polarität, die während eines kürzeren
Zeitraumes an der Sekundärwicklung erzeugt wird, ■ - - ·
größer sein - muss. Wenn die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung
beispielsweise während eines kürzeren Zeitraumes positiv und während eines längeren Zeitraumes negativ ist, dann ist die
maximale augenblickliche positive Spannung grosser als die maximale
augenblickliche negative Spannung.
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Wenn am Mitteldraht eines Corotrons diese unsymmetrische Rechteckschwingung
anliegt, so leitet das Corotron in beiden Richtungen, es leitet jedoch stärker, wenn die positive Spannung an den
Draht angelegt wird, da die positive Spannung grosser ist, und der Strom in einem Corotron steigt über den Betriebsspannungsbereich
schneller als die angelegte'Spannung an. Daher bleibt ein .·. Netz-Gleichstrom als Vorstrom in positiver Richtung bestehen.
Wie jedoch bereits früher erwähnt wurde, tritt auch eine negative Vorspannung bzw. ein negativer Vorstrom am Corotron auf, da
das Corotron stärker leitet, wenn der Mitteldraht negativ ist, und wenn die Schaltung in der richtigen Weise eingestellt ist,
heben sich diese beiden positiven und negativen Vorspannungen bzw. diese beiden positiven und negativen Vorströme auf.
Wenn der Grad der Unsymmetrie einstellbar und regulierbar ist,
kann der Gleichstrom als Vorstrom oder die Gleichspannung als Vorspannung von einem positiven in einen negativen Wert verändert
werden, so dass der anfängliche Vorstrom ©der die anfängliche
Vorspannung des Corotrons entweder genau ausgeglichen wird, oder eine positive oder negative Vorspannung bzw. ein positiver oder
negativer Vorstrom geschaffen wird, die bzw. der bei einer bestimmten
Verwendung des Corotrons im Kopiergerät erforderlich ist.
Ein VoTteil dieser Schaltung besteht darin, das ein einziger Netzteil
bzw. eine einzige Versorgungsschaltung sowohl die für das
Corotron erforderlichaiWechselströme als auch Gleichströme bereitstellt,
so dass die Herstellungskosten des Netzteiles geringer sind. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Schaltung ist, wie nachfolgend
hoch beschrieben werden wird, darin zu sehen, dass alle Regulierungen, Einstellungen und Stabilisierungen niederspannungsseitig
durchgeführt werden, so dass auf diese Weise sowohl die Zuverlässigkeit der Schaltung erhöht als auch die Herstellungskosten
gesenkt werden können.
Die erfindungsgemässe Versorgungsschaltung bzw. der erfindungsgemässe
Netzteil wird im Zusammenhang mit einem Corotron in einem Kopier- oder Vervielfältigungsgerät beschrieben. Diese Anwendung
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ist eine von vielen möglichen Anwendungsformen der erfindüngsgemässen
Versorgungsschaltung. Die erfindungsgetnässe Versorgungsschaltung kann vorteilhaft auch in allen Einrichtungen, Geräten
und Ausrüstungen verwendet werden, wo eine gleichrichtende Last hochspannungsseitig einen Wechselstrom und einen Gleichstrom
als Vorstrom erfordert, und zwar auf Grund der zuvor beschriebenen
grösseren Zuverlässigkeit und der geringeren Kosten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung der Versorgungsschaltung,
Fig. 2 die zeitlichen Beziehungen der verschiedenen Schwingungsformen zueinander und
Fig. 3 eine ins einzelne gehende Darstellung der Versorgungsschaltung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein nicht symmetrischer Rechteckschwingungs-Generator vorgesehen,
der der Primärwicklung eines Hochspannungsfοrmer-Transformators
Strom bereitstellt. Die Sekundärwicklung des Stromspannungstransformators ist mit einem Corotron oder einer anderen
nicht -linearen Wechselstromlast verbunden. Die erfindungsgemässe
Ausführungsform wird anhand der in Fig. 1 schematisch dargestellten Schaltungsanordnung und den in Fig. 2 idealisiert dargestellten
Schwingungsformen erläutert.
Ein Operationsverstärker 2 erzeugt die nicht symmetrische Rechteckschwingung
in der nachfolgend beschriebenen Weise.
Der Schaltungspunkt 6 ist der invertierende Eingang des Opera-·. tionsverstärkers 2 und der Schaltungspunkt 8 ist der nicht invertierende
Eingang dieses Operationsverstärkers 2. Der Ausgang des Operationsverstärkers liegt am Schaltungspunkt 4·. Wenn die Spannung
am invertierenden Eingang 6 zu einem Zeitpunkt TO gegenüber
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der Spannung am nicht invertierenden Eingang 8 negativ ist, so tritt am Ausgang 4 eine Spannung mit grösstem positivem Wert auf.
Diese Spannung gelangt über die Spannungsteiler-Widerstände 14
und 16 sofort zum Schaltungspunkt 8, während diese Spannung mit einer Zeitverzögerung an den Schaltungspunkt 6 übertragen wird,
weil der Widerstand 12 und der Kondensator 10 eine Zeitkonstante besitzen. Die Spannung am Schaltungspunkt 6 baut sich auf Grund
der Zeitkonstante langsam auf, bis sie positiver wird als die Spannung am Schaltungspunkt 8, so dass dann der Operationsverstärker
2 umgeschaltet wird und am Schaltungspunkt 4 eine negative Spannung auftritt. Auch hier gelangt die negative Spannung auf
Grund der Zeitkonstante, die durch einen Widerstand und einen Kondensator gebildet wird, nicht sofort zum Schaltungspunkt 6.
Mit dem Einstellwiderstand 18 können die Umkehrpunkte bei den in lig. 2 dargestellten Schwingungsformen an den Schaltungspunkten
4, 6 und 8 eingestellt werden. Wenn der Schaltpunkt beispielsweise
auf eine positive Spannung eingestellt ist und angenommen, dass sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 2 zwischen
einem identischen positiven und negativen Gleichspannungswert ändert, so lässt sich feststellen, dass sich der KondensatoriO
auf Grund einer kleineren Differenzspannung in positiver Richtung
in kürzerer Zeit auflädt . als in negativer Richtung. Dies führt zu den- in Fig. 2 dargestellten Schwingungsformen, wobei die
Spannung am Ausgang 4 des Operationsverstärkers 2 einen längeren Zeitraum negativ als positiv wäre.
Die sich ergebende Rechteckschwingung wird im Operationsverstärker
20 verstärkt, zum Operationsverstärker 22 invertiert und gelangt zu einem aus den Transistoren 24 und 26 bestehenden .
Niederfrequenz- bzw. Ton-Gegentaktverstärker. Diese Gegentaktverstärker
dienen als Treiberstufe für die mit einem Mittelabgriff versehene Transformator-Primärwicklung 28 und die Ausgangsspannung
der Sekundärwicklung 30 gelangt zum Corotron-Draht 32. Eine
Schwingungsform, die der in Fig. 2 dargestellten Schwingungsform am. Schaltungspunkt 4 entspricht, gelangt mit einer Wechselspannung
von etwa 4000 YoIt an das Corotron.Auf Grund der Unsymmetrie
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— Jo —
ΛΑ
dieser Schwingungsform und auf Grund der Tatsache, dass am Ausgang
der Transformator-Sekundärwicklung ein Mittelwert UuIl auftritt, übersteigt die positive, am Corotrondraht anliegende,
momentane Spannung die an den Corotrondraht angelegte negative Spannung jedoch um einen signifikanten Betrag. Das momentane
Auftreten von mehr als 3000 Volt negativer Spannung oder 3200 Volt positiver Spannung am Corotrondraht im Vergleich zum
Corotronkanal 34-, der auf Massepotential gehalten wird, führt
zu einer Koronaentladung zwischen dem Draht 32 und dem Kanal 34
und zwischen dem Draht 32 und der Halbleiter-Trommelober fläche Vie zuvor bereits beschrieben wurde, besitzt das Corotron eine
Gleichrichterwirkung, wodurch eine Gleichspannung als Vorspannung
.im Corotron erzeugt wird. Die in Fig. 2 dargestellten Schwingungsformen
ergeben eine erhöhte Leitfähigkeit, wenn der Corotrondraht bei Kompensierung der normalen, normalerweise im Corotron anzutreffenden
negativen Stromgrösse positiv wird. Daraus ergibt sich, dass durch Einstellen des Widerstandes 18 der gesamte
Vorstrom auf Hull oder irgendeinem positiven oder negativen Wert gehalten werden kann.
Der untere Anschluss der Transformator-Sekundärwicklung 30 ist
über einen Abfühlwiderstand 38 mit Masse verbunden. Die Spannung
des Abfühlwiderstandes 38 wird vom Kondensator 40 gefiltert und zeigt daher den im System fliessenden Gleichstrom an. Dieser
Gleichspannungswert gelangt zu einem von zwei Eingängen des Operationsverstärkers 4-2. .Am anderen Eingang dieses Operationsverstärkers
42 liegt der Widerstand 18 für die Symmetrieeinstellung.
Wenn daher der gleichstroramässige Vorstrom, der am Widerstand 38 gemessen wird, über den durch die Einstellung des
Widerstandes 18 vorgegebenen Wert ansteigt oder unter diesem abfällt, wird daher ein Korrektursignal vom Operationsverstärker
42 erzeugt und dem nicht invertierenden Eingang 8 des Operationsverstärkers
2 zugeleitet, wodurch die Symmetrie der sich ergebenden Rechteckschwingung korrigiert wird, um den durch den Corotron-.draht
fliessenden Vorstrom auf den eingestellten Wert zu stabilisieren bzw. einzuregulieren. ; . ;. '
70 9813/03 50 :
In Fig. 3 ist eine im einzelnen dargestellte Schaltung des Netzteiles
dargestellt. Der Operationsverstärker 102 erzeugt die Rechteck-Grundschwingungsform. Diesen Operationsverstärker 102
werden an den Versorgungseingängen 104- und 106 eine nominale
+12 Volt- und eine nominale -12 Volt-Spannung angelegt. Der Operationsverstärker 102 besitzt einen invertierenden Eingang
108, einen nicht invertierenden Eingang 110 und einen Ausgang 112. Der aus dem Kondensator 114- und dem Widerstand 116 bestehende
RC-Kreis liegt das Tastverhältnis - auch duty cycle genannt der
Rechteckschwingung zusammen mit den Widerständen 118 und fest. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen den Widerständen
118 und 120 ist mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 102 verbunden und erhält auch eine Gleichspannung
als Regulierungsspannung zugeleitet, wie dies nachfolgend
noch beschrieben werden wird.' Diese Regulierungsspannung kann
über oder unter einen Spannungswert KuIl ansteigen oder abfallen
und bestimmt den Schaltpunkt des Operationsverstärkers.
Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers zwischen
+12 Volt und -12 Volt wechselt, ist es klar, dass dann, wenn das Ausgangssignal einen Spannungswert mit -12 Volt aufweist und
der invertierende Eingang 108 mit einer positiven Spannung beaufschlägt
wird, eine grössere Spannung über den Widerstand 116 auftritt, als wenn der Schaltpunkt negativ ist. Bei einem negativen
Schaltpunkt ist der durch den Widerstand 116 fliessende Strom für eine negative Ausgangsspannung kleiner und für eine
positive Ausgangsspannung grosser. Auf Grund dieses kleineren
Stromes bei negativer Ausgangs spannung und auf Grund des grösseren
Stromes bei positiver Ausgangsspannung würde die positive Ausgangsspannung
am Schaltungspunkt 112 während einer kürzeren Zeitdauer als die negative Ausgangsspannung auftreten. Die am
nicht invertierenden Eingang 110 angelegte Einstellspannung bestimmt im Zusammenhang mit den Spannungsteiler-Widerständen 118
und *120 das Tastverhältnis der Rechteckschwingung dadurch, dass
der Prozentsatz der Gesamtzeit festgelegt wird, während der der Operationsverstärker sich im Gegensatz zu dem Zeitpunkt, während
der Operationsverstärker im negativen Schaltungszustand ist,
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- .ys - sich
im positiven Schaltungszustand befindet.
Die am Schaltungspunkt 112 auftretende Ausgangsspannung gelangt
zum Operationsverstärker 122, der zusammen mit den Widerständen 124 und 126 einen einfachen Inverter bildet. Das Rechteckschwingungs-Ausgangssignal
wird dann über den. Widerstand 128 '
' einem typischen Gegentakt-Niederfrequenzverstärker zugeleitet, der Dioden 130 und 132, Transistoren 134, 136, 138 und 140, Widerstände
142, 144, 146 und 148 sowie einen Kondensator 150 umfasst. Dieser Niederfrequenzverstärker dient als Treiberstufe für die
mit einem Mittelabgriff versehene Transformator-Primärwicklung 152, an deren Mittelangriff eine positive Gleichspannung anliegt.
Die nicht symmetrische Rechteckschwingung tritt an der Sekundärwicklung 154 auf und gelangt über den Widerstand 156 zum Corotrondraht
158. ■
Die am unteren Anschluss der Transformator-Sekundärwicklung 154
liegende Rückführleitung ist über den Abfühlwiderstand 160 mit Masse verbunden. Am Abfühlwiderstand 160 tritt eine Spannung auf,
die, nach Filterung durch den Widerstand 162 und den Kondensator 164, eine Anzeige oder eine Entsprechung des wechselstrommässigen
Vorstromes bietet. Diese Spannung gelangt zum Operationsverstärker 166. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 166
ist über einen Widerstand 172 mit einem veränderlichen Widerstand
174 verbunden, der seinerseits über Widerstände 176 und 178
mit den positiven bzw. negativen Anschluss einer Spannungsquelle verbunden ist. Die am Widerstand 174 auftretende Spannung, und
dadurch auch die Eingangsspannung des Operationsverstärkers 166,
kann sowohl in positiver als auch in negativer Richtung verändert und daher auf irgendeine Spannung eingestellt werden. Die am
Abfühlwiderstand 160 abgegriffene Spannung gelangt zum anderen Eingang des Operationsverstärkers 166 und wird mit dieser Bezugsspannung verglichen. Eine KorrektUrspannung gelangt über den
Widerstand 180 zum Eingang 110 des Operationsverstärkers 102. Wie bereits zuvor erläutert wurde, ändert diese Korrekturspannung
die Symmetrie ond letztlich den Betrag und die Richtung des gleichstrommässigen Vorstromes im Corotron 158. Es liegt also
709813/0350 ,"""
ein geschlossener Rückkoppelkreis bzw. ein Regelsystem vor, mit dem die Symmetrie der Rechteckschwingung verändert wird, um die
Grosse des gleichstrommäsigen Vorstromes entsprechend einer gewählten
Einstellung zu regulieren bzw. einzuregeln.
Weil Schwankungen und Änderungen der Symmetrie die Amplitude der am Corotron anliegenden Wechselspannung beeinflussen können,
ist eine getrennte Wechselspannungs-Regulierschaltung vorgesehen. In diesem Fall gelangt die nicht gefilterte Spannung vom Abfühlwiderstand
160 über den Kondensator 182 und den Widerstand 184-zu den in Reihe geschalteten Zenerdioden 186 und 188, deren
Kathoden miteinander verbunden sind. Diese Zenerdioden stellen eine Sicherung dar, um zu verhindern, dass Stör- oder Rauschsignale
mit grosser Amplitude die übrige Regulier- bzw. Stabilisierschaltung zerstören können.
Das aus den Dioden 190 und 192, den Transistoren 194· und 196,
den Widerständen 198 und 200 und dem Kondensator 202 bestehende Netzwerk bildet eine Schaltungsstufe, um das Ausgangssignal vom
Abfühlwiderstand während Zeiträumen auf Masse zu klemmen, in" den en
dieses Ausgangssignal sich ändert, und während der Zeiträume
nicht an Masse zu klemmen, wenn das Ausgangssignal des Abfühlwiderstandes
stabil ist.Dadurch ergibt sich ,wie in Pig. 2 dargestellt
ist, ein Eingangssignal, das über eine aus dem Kondensator und dem Widerstand 200 bestehende Differenzierstufe zum Ausgang
112 des Qperationsverstärkers102 des Rechteckschwingungs-Generators
gelangt. Das Ausgangssignal dieser Differenz!erstufe ist für
ansteigende Schwingungsflanken positiv, für abfallende Schwingungsflanken negativ und für stabile, d. h. sich nicht ändernde
Schwingungszustände Null. Wenn die Schwingungsform am Ausgang der Differenzierstufe positiv ist, so ist der Transistor 194-leitend
und klemmt den Schaltungspunkt 206 an Masse. Wenn die
Schw^ngungsform dagegen negativ ist, ist in entsprechender Weise der Transistor 196 leitend und klemmt den Schaltungspunkt 206
an Masse. Nur dann, wenn das Ausgangssignal des Rechteckschwingungs-Generators
sich in einem stabilen positiven oder negativen
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Zustand befindet, ist das Ausgangssignal der Differenzierstufe
Null, so daß weder, der Transistor 194 noch der Transistor 196
leiten kann und daher kann die Rechteckschwingung, die einen maximalen postiven oder negativen Spannungswert aufweist, über
den Widerstand 104 sowohl zum Operationsverstärker 207 als auch zum Operationsverstärker 208 gelangen. Diese Schwingungsformen
sind in Fig. 2 dargestellt.
Der Operationsverstärker 207 liegt als nicht invertierender Verstärker und der Operationsverstärker 208 als invertierender
Verstärker vor. In Verbindung mit den Dioden 210 und 212 weist das am Widerstand 214 auftretende Ausgangssignal entsprechend
der abwechselnd positiven und negativen Amplitude der Rechteckschwingung eine negative Spannung auf. Diese Ausgangs spannung
wird mittels des auf dem Widerstand 214 und dem Kondensator 216 bestehenden RC-Kreises gemittelt und dem Operationsverstärker
218 zugeleitet, der als Verstärker ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 218 gelangt dann an die Transistoren
220 und 222, um den durch den Transistor 224 fließenden Strom entweder zu vergrößern oder zu verringern. Der einstellbare
Widerstand 217 dient dazu, die Wechs elSpannungsrückkopplung zu
verändern.
Über den Widerstand 224 steht der Mittelabgriff der Primärwicklung
des Hochspannungs-Transformators 152 mit der Gleichspannungsquelle
für die Hochspannung in Verbindung. Diese Hochspannungsquelle
besteht aus einem Zweiweg-Halbleiterverstärker mit einer Transformator-Sekundärwicklung 226 und vier Dioden 228 bis 234,
der als Graetz-Schaltung ausgebildet ist. Ein Kondensator 236
filtert die Gleichspannung am Ausgang.
Der Leistungstransistor 224 läßt mehr oder weniger dieses Gleichstromes
durch den Widerstand 238 zum Mittelabgriff der Primärwicklung des Wechselstrom-Transformators durch, der seinerseits
den Transistoren 138 und 140 des Gegentakt-Niederfrequenzverstärkers
eine höhere Leistung zuleitet, so daß am Punkt 158 und
damit am Corotron eine höhere Wechselspannung auftritt. Auf diese
Weise wird die als Wechselspannung vorliegende Hochspannung auch
in dieser Versorgungsquellg eingestellt," reguliert bzw. ,stabilisiert.
Eine zweite Giaetz-Schaltung als Gleichrichter mit der Transformator-Sekundärwicklung
240, den Dioden 24.4 bis 250 und den Kondensatoren
252 und 254 bildet eine Spannungsquelle für die Bereitstellung
von sowohl positiver als auch negativer Gleichspannung an den einstellbaren Widerstand 174, der in der
Symmetrie-Regulier- bzw. Stabilisierstufe verwendet wird.
Durch die in !ig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung wird das
erfindungsgemässe Ziel erreicht, es wird nämlich an ein einziges
Netzteil bzw. eine einzige Spannungsquelle dazu verwendet, sowohl
Gleich- als auch Wechselspannungen herzustellen, die dem Corotron
bereitgestellt werden, und die Regulierung und Stabilisierung wird in allen !allen niederspannungsseitig durchgeführt. Wie aus
der in !ig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung zu ersehen ist, sind die gesamten Abfühl- und Eegulierungsstufen in Schaltungen
enthalten, in denen Gleichspannungswerte von weniger als 12 Volt auftreten, so dass ein kostengünstiges und zuverlässiges Netzteil
für ein Corotron geschaffen wird.
Das beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel wurde in Verbindung
mit einem Corotron verwendet. Dieses Netzteil kann jedoch auch mit einer anderen nicht-linearen Last verwendet werden, bei
der hohe Wechselspannungen und kleine gleichspannungsmässige
Vorspannungen erforderlich sind. An Hand des zuvor ausgeführten Beispieles wurde eine spezielle Schaltung dargestellt, um einen
gleichstrommäßigen Vorstrom durch Verändern der Symmetrie der Wechselstrom-Schwingungsform zu erzeugen. Es könnte jedoch auch
irgendeine andere, entsprechende Schaltung unter Ausnutzung einer einstellbaren Schwingungssymmetrie für die Regulierung und
Stabilisierung eines gleichstrommäßigen Vorstromes in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die 'Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben
und erläutert. Der !achmann kann jedoch Änderungen, Modifikationen und Weiterbildungen vornehmen, ohne dass dadurch
der Erfindungsgedanke verlassen wird.
709813/0350
- ve -
Die erfindungsgemässe Schaltung zur ständigen Erzeugung eines
regulierten hochspannungsseitigen Wechselstroms und eines Gleichstromes an einer Ausgangsleitung führt alle Regulierungen
im niederspannungsseitigen Teil der Schaltung durch. Die erfindungsgemässe Versorgungsschaltung ist insbesondere als
Netz.teil oder Versorgungsschaltung für Corotrons bei Kopierund
Vervielfältigungsgeräten vorteilhaft.Die Grundschwingung ist eine Rechteckschwingung, die verstärkt und geregelt bzw.
reguliert wird und als Eingangs-Wechselstrom- oder Eingangs-Wechsel spannung eines Corotron zugeleitet wird. Das Corotron
selbst dient als Gleichrichter für den Gleichstrom als Vorstrom, wobei dieser Strom durch Verändern der Symmetrie der Wechselstrom-Rechteckschwingung
in entweder der positiven oder der negativen Richtung verändert werden kann. Da der Teil der
Schwingung, der die kürzere Zeitdauer aufweist, die grössere Amplitude haben muss und der Strom im Corotron mit der
Spannung ansteigt, regelt eine Rückkoppelschleife, die das Tastverhältnis
des Rechteckschwingung steuert, auch den Gleichstrom als ■ Vorstrom.
709813/0350
Leerseite
Claims (1)
- -a?- 2B42872Patentansprüche ■ -.1. /Wechsel- und Gleichspannungs-Versorgungsschaltung zum Betreiben einer nicht-linearen Last, bei der Strom über dem Betriebsspannungsbereich schneller oder langsamer als die angelegte Spannung ansteigt,, g e k»e;n:n ζ e ic h'e t durch eine eine Wechselspannungsscliwingung bereitstellende Erzeuger stufe, einen !Transformator (28, 30; 152, 154-), der die Wechselspannungsschwingung von der Erzeugerstufe derart zur Last (32, 34-, 36; 158) führt, dass die Summe aller .augenblicklichen positiven und negativen Wechsel spannungen an der Last (32, 34-, 36; 158) etwa Full werden und eine Wechselstrom- bzw. Wechselspannungs-Rückkopplung, um den an der Last (32, 34·, 36; 158) auftretenden Gleichstrom oder die an der Last (32, 34-, 36; 158) auftretende Gleichspannung' abzufühlen, der bzw. die durch Anlegen der nichtsymmetrischen Wechselspannung an die nicht-lineare Last (32, 34-, 36;158) erzeugt wird, und um ein Korrektursignal zu erzeugen und der" Erzeugerstufe zuzuleiten, um die Symmetrie der Wechselspannungsschwingung zur Regulierung des Last-Gleichstromes oder der Last-Gleichspannung auf einen vorgegebenen Wert zu verändern.2. Versorgungsschaltung· nach Anspruch 1, dadurdh gekennzeichnet, dass die Erzeugerstufe eine im wesentlichen rechteckförmige Wechselspannungsschwingung bereitstellt.3· Versorgungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Last (32, 34·* 36; 158) ein Corotron ist.4-. Versorgungsschaltung nach Anspruch 3i dadairch gekennzeichnet, jdass die Erzeugerstufe einen Rechtecksehwingungs-Generator (2; 102) und eine Verstärkerschaltung (20, 22, 24, 26; 130-150) zum Verstärken der Rechteckschwingung und zum Anlegen der Rechteckschwingung an den Transformator (28, 3O; 152, I54-) umfasst, wobei das Korrektursignal von der Gleich-709813/Ö3SQ ' 'spannungs-Rückkopplung zum Rechteckschwingungs-Generator (2; 102) geführt wird.5- Versorgungsschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Wechselstrom-Rückkopplung zum Abfühlen des Wechsel-'stromes oder der Wechselspannung an der Last (32, 34, 36; 158), zum Erzeugen einer Korrekturspannung und zum Anlegen dieser Korrekturspannung an die Verstärkerschaltung (20, 22, 24, 26; 130-150), um die Verstärkung der Verstärkerschaltung (20, 22, 24, 26; 13O-I5O) zur Regulierung des Wechselstromes oder der Wechselspannung auf einen vorgegebenen Wert zu verändern.6. Versorgungsschaltung nach Anspruch 4 und 5? dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Wechsel- und Gleichspannungswerte oder die vorgegebenen Wechsel- und Gleichstromwerte einstellbar sind.7- Wechsel- und Gleichspannungs-Versorgungsschaltung zum Betreiben einer nicht-linearen Last, bei der Strom über den Betriebsspannungsbereich schneller oder langsamer als die angelegte Spannung ansteigt, gekennzeichnet durch einen Rechteckschwingungs-Generator (2; 102), der eine im wesentlichen rechteckförmige Schwingung erzeugt, einen Gegentaktverstärker (20-26; I3O-I5O), der die Schwingung verstärkt, einen Transformator (28, 30; 152, 154), dem das Ausgangssignal des Gegentaktverstärkers (20-26; I3O-I5O) an den Anschlüssen einer Primärwicklung (28; 152) zugeleitet wird, um das Ausgangssignal derart an die Last (32, 34, 36; 158) zu führen, dass die Summe aller augenblicklichen positiven und negativen Wechsel spannungen an der Last (32, 3^, 36; 158) j etwa Mull werden, eine Wechselstrom- bzw. Wechsel spannungsquelle (226-236), die mit dem Mittelabgriff der Transformator-Primärwicklung (152) verbunden ist und eine Gleichstrombzw. Gleichspannungs-Rückkopplung zum Vergleichen des an der709813/0350Last (32, 34, 36» 158) anliegenden Gleichstromes oder der an der Last (32, 32K 26; 158) anliegenden Gleichspannung, der bzw. die durch Aalegen der nicht-symmetrischen Wechselspannung an die nicht-lineare Last (32, 34-* 36; 158) erzeugt wird, mit einem ersten einstellbaren Bezugswert und zum Erzeugen eines Korrektursignales und zur Zuführung desselben an den Rechteckschwingungs-Generator (2; 102), um die Symmetrie der Wechselstrom- bzw. WechselSpannungsschwingung zur Regulierung des Gleichstromes oder dsr Gleichspannung auf einen vorgegebenen Wert zu ändern.8. Versorgungsschaltung nach Anspruch 7i gekennzeichnet durch eine Wechselstrom- bsw. Wechselspannungs-Rückkopplung zum Vergleichen des an der Last (33? 34, 36; 158) anliegenden Wechselstromes oder der an der Last (32, 34-, 36; 158) anliegenden Wechselspannung mit einem zweiten einstellbaren Bezugswert, zum Erzeugen eines Korrektursignales und zum Anlegen desselben an die Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsquelle (224-238), um den Gleichstrom bzw. die Gleichspannung und damit die Verstärkung des Verstärkers (20-26; I3O-I5O) zur Regulierung des Wechselstromes oder der Wechselspannung auf einen vorgegebenen Wert zu verändern.7098.13-/03BQ
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