DE2642872A1

DE2642872A1 - Stabilisierte wechselspannungs-versorgungsschaltung fuer hochspannungen mit stabilisiertem gleichstrom als vorstrom

Info

Publication number: DE2642872A1
Application number: DE19762642872
Authority: DE
Inventors: Halsey P Quinn
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-09-26
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1977-03-31
Also published as: BE846572A; JPS5242218A; US4038593A; IT1074002B; NL7609641A; PT65533A; FR2325978A1; FR2325978B3; PT65533B; DK429576A

Description

A. GRÜNECKER

DH--MQ.

H. KlNKELDEY W. STOCKMAIR OR-INa-A^(CAlTCCH

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 '

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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, _Ql_rejLcli5pa&-,. 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. ; . ;. '

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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

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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.

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- 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.

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Leerseite

Claims

-a?- 2B42872

Patentansprüche ■ -.

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-

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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 der

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Last (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.

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