NL8300339A - Hoogspanningsvoeding. - Google Patents

Description

N.V. Ned. Apparatenfabriek NEDAP Groenlo .____

Hoogspanningsvoeding,

De uitvinding heeft betrekking op een hoogspanningsvoeding. Hoogspanningsvoedingen hebben vele toepassingen, zoals het voeden van corona-eenheden in kopieerapparaten, het leveren van vermogen aan de anode van kathodestraalbuizen, en derge-5 lijke. De hoogspanningsvoeding volgens de uitvinding is van het zelfoscillerende type, waarbij de werkfrequentie wordt « bepaald door de resonantiefrequentie van de hoogspannings-spoel. Een dergelijke voeding is bijvoorbeeld bekend uit het boek "Power Supply Circuits", Kenneth Arthur, Tektronix 10 Circuit Concepts, sec. ed., blz. 122 en 123.

Het doel van de uitvinding is een eenvoudige, tegen lage kosten te fabriceren, voeding mogelijk te maken, waarbij uitgangsspanning en/of uitgangsstroom nauwkeurig gestabiliseerd kunnen worden, en waarbij een zeer eenvoudige, betrouw-15 bare kortsluitbeveiliging te verkrijgen is, en waarbij het tenslotte mogelijk is de schakeling te voeden uit een hoge ingangsgelijkspanning van bijvoorbeeld ca. 300 V, die verkregen kan worden door de netspanning gelijk te richten en af te vlakken. De schakeling voor de voeding volgens 20 de uitvinding wordt nu verder beschreven aan de hand van de figuren 1 t/m 5:

Fig. 1: Schema van een eenvoudige schakeling volgens de uitvinding met stroomstabilisatie van de uitgangsstroom; 25 Fig. 2: Blokschema van een uitbreiding van de schakeling, waarin ook de uitgangsspanning zeer stabiel gehouden wordt, totdat de stroomstabilisatie in werking komt. Hierin is tevens een zeer betrouwbaar werkende kort-sluitbeveiliging opgenomen; 30 Fig. 3: Een detail van de spanningsstabilisatieschakeling;

Fig. 4: Een uitbreiding van de schakeling voor hoge ingangs-spanningen;

Fig. 5: Karakteristieke spannings- en stroomvormen.

8300339 t' \ 2

De schakeling wordt steeds gevoed uit een gelijkspannings-bron, die is aangesloten op een positieve ingangsklem 1 en een negatieve ingangsklem 2. De hoogspanningstransfor-mator 3 heeft een primaire wikkeling 4, een hulpwikkeling 5 5 en een hoogspanningswikkeling 6. Deze hoogspanningswikkeling gedraagt zich als een parallelresonantiekring. De resonantie-frequentie is zo gekozen, dat de voeding als geheel een optimaal rendement heeft. Hierbij zijn achtereenvolgens in aanmerking.genomen de diëlektrische verliezen in de hoog-10 spanningsspoel, de verliezen in de hoogspanningsdiode (als een gelijkspanning wordt afgegeven), de kernverliezen van de transformator en de schakelverliezen van de schakeltran-sistor. Deze schakeltransistor 7 is geschakeld tussen een eerste "aansluiting van primaire wikkeling 4 en één der voe-15 dingsaansluitingen. De tweede aansluiting van wikkeling 4 is verbonden met de andere voedingsaansluiting.

Startweerstand 8 voorziet bij het inschakelen van de voedingsspanning schakeltransistor 7 van basissturing. Hulpwikkeling 5 is zo geschakeld, dat transformator 3 en schakel-20 transistor 7 een LC-oscillator vormen, die nu begint te oscilleren op de resonantiefrequentie van spoel 6. Hulpwikkeling 5 is aan de ene zijde verbonden met één der voedings-klemmen en aan de andere zijde via een koppelcondensator 9 met het stuurcircuit van schakeltransistor 7. Dit stuur-25 circuit bestaat tenminste uit eerder genoemde startweer-stand 8, alsmede uit een basisweerstand 10 en een laadweer-stand 12. De functie van laadweerstand 12 kan eventueel ook op andere wijze worden vervuld. In serie met laadweerstand 12 kan een diode 13 geschakeld worden, die een span-30 ningsdeling tussen weerstand 8 en weerstand 12 bij het starten voorkomt. Hierdoor kan weerstand 8 relatief hoog-ohmig worden gekozen waardoor het kortsluitgedrag verbeterd wordt. In serie met basisweerstand 10 kan een seriediode 11 worden geschakeld, die kan voorkomen dat de basis-emitter 35 spanning van transistor 7 te sterk.negatief wordt en die tevens voor een goede werking van clampschakeling 14 dienstig kan zijn. Nadat de oscillator is gestart en de voedings-uitgangsgrootheid 16, geleverd door het element 18 (bijvoor- 83 0 0 3 3 9 * « 3 beeld een gelijkrichter) aan belasting 19, de gewenste waarde heeft bereikt, aktiveert vergelijkschakeling 15 clamp-schakeling 14, die de spanning op knooppunt 20 zodanig begrenst, dat transistor 7 juist voldoende basissturing krijgt 5 om de beoogde uitgangswaarde te handhaven. Karakteristieke spannings- en stroomvormen, die hierbij optreden, zijn weergegeven in fig. 5. Hierin is a) de collectorspanning van schakeltransistor 7 ten opzichte van de negatieve voedings-klem, b) de collectorstroom van schakeltransistor 7 en 10 c) de spanning op knooppunt 20. Deze spanning heeft gemiddeld een negatieve waarde. Dit heeft de volgende oorzaken.

Ten eerste is weerstand 10 laagohmiger dan weerstand 12.

Ten tweede vloeit bij positieve spanning op knooppunt 20 een deel van de stroom van condensator 9 door clampschake-15 ling 14. Als nu aangenomen wordt, dat de stroom door weerstand 8 te verwaarlozen is, dan stelt de gemiddelde spanning op knooppunt 20 zich zo in, dat de laadstroom voor condensator 9 via laadweerstand 12 in de negatieve fase van de stuur-spanning gemiddeld gelijk is aan de ontlaadstroom in de 20 positieve fase, die via basisweerstand 10 en de basis-emitter overgang van schakeltransistor 7 en via clampnetwerk 14 afvloeit.

Het gevolg van deze instelling is dat schakeltransistor 7 slechts in geleiding is, als de collectorspanning een kleine 25 waarde heeft, waardoor de verliezen in schakeltransistor 7 tot een minimum worden beperkt. Bovendien heeft, een eventuele vonkoverslag aan secundaire zijde een plotselinge daling van de stuurspanning tot gevolg, waardoor de spanning op knooppunt 20 negatief blijft en de oscillator afslaat.

30 Pas nadat condensator 9 via hoogohmige startweerstand 8 weer tot een positieve waarde is opgeladen, start de oscillator weer langzaam.

Een meer uitgebreide schakeling is weergegeven in fig. 2.

In deze schakeling kan de voeding in- en uitgeschakeld worden 35 via een stuursignaal 22. De stuurschakeling 21 stuurt, na het aanbieden van een stuursignaal, gedurende korte tijd stroom door weerstand 8 en brengt transistor 23 uit geleiding. Als de oscillator eenmaal gestart is, loopt geen stroom meer via weerstand 8. Bij secundaire kortsluiting slaat 8300339 4 nu de oscillator af, en kan pas weer starten nadat het stuursignaal 22 is weggenomen en opnieuw wordt gegeven.

Op deze wijze is het kortsluitgedrag bepaald door een eigenschap van het oscillatorcircuit zelf, hetgeen de kort-5 sluitbeveiliging zeer betrouwbaar en eenvoudig maakt.

Bij het wegnemen van het stuursignaal wordt transistor 23 in geleiding gebracht, waardoor de bas is-emitter overgang van schakeltransistor 7 wordt kortgesloten en de oscillator stopt.

10 Een verdere uitbreiding is een spanningsregelcircuit. De spanning over hulpwikkeling 5 wordt negatief gelijkgericht door diode 24 en afgevlakt door condensator 25. Omdat er, • als de stuurspanning negatief is, geen stroom loopt door de hoofdwikkeling 4 en de hulpwikkeling zeer licht belast 15 wordt, is de spanning over condensator 25 een zeer goede maat voor de uitgangsspanning. Deze spanning wordt nu in vergelijkschakeling 15 vergeleken met de gewenste waarde 17. Zij beïnvloedt op bovenomschreven wijze de clampschake-ling 14. De vergelijkschakeling kan uitgevoerd worden zoals 20 aangegeven in fig. 3./ waarbij geen negatieve voedingsspanning nodig is. De operationele versterker 15 is hier van het BlMOS-type, waarbij de common-mode ingangsspanning gelijk raag zijn aan die van de negatieve voedingsklem.

Een uitbreiding van de schakeling voor een relatief hoge 25 ingangsgelijkspanning (tussen 100 V en 1000 V DC) is gegeven in fig. 4. Een diode 26 richt de spanning van hulpwikkeling 5 gelijk. Deze spanning wordt afgevlakt door condensator 27. Met deze gelijkspanning (knooppunt 28) worden vergelijkschakeling 15» clampschakeling 14 en zonodig een 30 stuurschakeling voor het in- en uitschakelen gevoed. Een diode 29 zorgt ervoor dat de collector-emitter spanning van schakeltransistor 7 niet beneden enkele volts kan dalen. Dit is nodig omdat anders, door de storage-tijden in schakeltransistor 7, de omvormer niet meer op de resonantiefre-35 quentie van de spoel 6 blijft werken, maar op een andere, ongewenste, wijze gaat oscilleren, waarbij door te lange geleidingstijden hoge collector-emitter spanningen over deze transistor ontstaan, hetgeen tot defekten kan leiden.

8300339

Claims (8)

1. Zelfoscillerende hoogspanningsvoeding, met het kenmerk, dat de ingangsschakeling bestaat uit een serieschakeling van een primaire hoofdwikkeling (4) van de hoogspan-ningstransformator (3) en een schakeltransistor (7), 5 welke serieschakeling is verbonden met een eerste in- gangsklem enerzijds en een tweede ingangsklem anderzijds, welke ingangsklemmen zijn verbonden met een gelijkspan-ningsbron, terwijl de emitter van de schakeltransistor is verbonden met de eerste ingangsklem, en een eerste 10 aansluiting van primaire hulpwikkeling (5) van de hoog- spanningstransformator (3) is verbonden met één der ingangsklemmen, terwijl de tweede aansluiting van de hulpwikkeling (5) via een koppelcondensator is verbonden met een knooppunt (20), terwijl met dit knooppunt (20) 15 tenminste zijn verbonden een basisweerstand (11), die al of niet via andere componenten is verbonden met de basis van de schakeltransistor (7), een laadweerstand (12) of een circuit met vergelijkbare funktie, die al of niet via andere componenten is verbonden met één der 20 ingangsklemmen, een startweerstand (8), die al of niet via andere componenten is verbonden met de tweede ingangsklem en een clampschakeling (14), die is verbonden met de eerste ingangsklem, terwijl deze clampschakeling wordt beïnvloed door één of meer vergelijkschakelingen 25 (15), waardoor de basissturing van schakeltransistor (7) zo ingesteld wordt, dat de beoogde uitgangswaarde, geleverd vanuit hoogspanningsspoel (6) van de transformator wordt bereikt, terwijl de hoogspanningsspoel (6) zich gedraagt als een parallel resonantiekring, waarvan 30 de resonantiefrequentie bepalend is voor de frequentie waarop de voedingstransformator werkt.

2· Hoogspanningsvoeding volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laadweerstand 12 hoogohmiger is dan basisweerstand 11, waardoor de geleidingshoek van schakel- 8300339 4 ♦ transistor 7 klein wordt en een hoog rendement bereikt kan worden.

3. Hoogspanningsvoeding volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de spanning van de hulpwikkeling (5) wordt 5 gelijkgericht en afgevlakt, en dat deze afgevlakte spanning gebruikt wordt in de regelschakeling als maat voor de werkelijke uitgangsspanning.

4. Hoogspanningsvoeding volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de hulpspanning zo gelijkgericht wordt, dat 10 de gelijkrichtdiode in geleiding is als de schakeltran- sistor (7) spert.

5. Hoogspanningsvoeding volgens ëén der conclusies 1 t/m 4, met het kenmerk, dat deze is voorzien van een stuur-schakeling (21), welke de basis-emitter weerstand van 15 de schakeltransistor (7) kortsluit als de omvormer niet mag werken.

6. Hoogspanningsvoeding volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat, na het aanbieden van een stuursignaal (22), een startweerstand (8) slechts gedurende korte tijd 20 basisstroom levert voor de schakeltransistor (7).

7. Hoogspanningsvoeding volgens één der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat de spanning over de hulpwikkeling (5) van de hoogspanningstransformator (3) gelijk wordt gericht door een diode (26), die in geleiding is als 25 schakeltransistor (7) in geleiding is en die wordt afge vlakt door een condensator (27) en dat deze afgevlakte spanning wordt gebruikt voor het voeden van de regelen clarapcircuits en via een tweede diode (29) wordt gebruikt om te voorkomen dat de collector-emitter span- 30 ning over transistor (7) zover daalt, dat bij gebruik van een hoogspanningstransistor te lange storage-tijden een ongewenste werking van de omvormer veroorzaken; dit 8300339 alles om betrouwbare werking en een hoog rendement bij een hoge ingangsgelijkspanning mogelijk te maken.

8. Hoogspanningsvoeding volgens één der conclusies l t/m 7 met het kenmerk, dat een capacitieve belasting is ver-5 bonden met de hoogspanningsspoe1, waardoor de werkfre- quentie bepaald wordt door de resonantiefrequentie van de resonantiekring, die gevormd wordt door zelfinduktie van de hoogspanningsspoel, wikkelcapaciteit van de hoog-spanningsspoel en belastingscapaciteit. 8300339