DE4229108A1 - Geraet zur virtuellen expansion der netzteilkapazitaet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Netzteil-Anordnungen für ein Audiosystem, wie es in einem Fernsehempfänger angewendet werden kann.

Fernsehempfänger haben Lautsprecher in ihrem Gehäuse, welche permanent mit den Ausgangsstufen (power output stages) der Signalerzeuger verbunden sind. Einige Fernsehempfänger, speziell die mit Stereoklang und andere mit Mehrkanal- Klangbearbeitungsteilen (sections) haben Einrichtungen zum Anschließen zusätzlicher Lautsprecher an den Empfänger. Ein Mehrkanal-Klangverarbeitungssystem ist als "PROLOGIC"- Klangsystem bekannt geworden. Dieses System hat vier Klangkanäle (links, mitte, rechts und "surround") anstelle von nur normalen linken und rechten Stereo-Klangkanälen.

Die zusätzlichen Kanäle können eine Verdoppelung der Gesamtleistung bewirken, die aus dem Netzteil "gezogen" werden, welches Leistung an die Audiosysteme abgibt. Aus Wirtschaftlichkeitsüberlegungen heraus ist es oft wünschenswert, nicht die doppelte Leistungskapazität in einem Netzteil zu verwirklichen, um zwei zusätzliche Lautsprecher (Boxen) zu erlauben, die mit dem Fernsehempfänger verbunden werden können oder auch nicht verbunden werden. Ein Anstieg in der Leistungskapazität kann deutlich größere Komponenten erfordern, bewirkt zusätzliche Kosten und Gewicht und erfordert zusätzlich Raum im Fernsehempfänger, hinzu tritt eine erhöhte Wärmeerzeugung innerhalb des Empfänger-Chassis. Zusätzlich kann ein Problem der Audiomodulation der Videoanzeige dann auftreten, wenn die Leistung aus dem Horizontal-Sperrwandler-Schaltkreis (flyback circuit) entnommen wird.

Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, im wesentlichen dieselbe Audio-Ausgangsleistung des Empfängers und das entsprechende Netzteil aufrechtzuerhalten, welches die Audioschaltkreise versorgt, unabhängig davon, ob zusätzliche Lautsprecher an dem Fernsehempfänger angeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird mit der technischen Lehre des Anspruchs 1 gelöst; ebenso sind die technischen Lehren der Ansprüche 6 und 7 Lösungen zur selben Aufgabe.

Skelettartig wird die Erfindung damit beschrieben, daß eine virtuelle Expansion (virtual expansion) der Leistungs- Versorgungskapazität eines Netzteils geschaffen wird, z. B. eines Netzteils für ein Audiosystem mit einer vorgegebenen Anzahl von Kanälen, die wahlweise erhöht werden können. Eine Vielzahl von Verstärkern, jeder mit einer spannungseinstellbaren Verstärkung, wird mit dem Netzteil gekoppelt und entnimmt diesem Strom. Der Strom, welcher von dem Netzteil entnommen wird, wird erfaßt (gemessen) und die Verstärkungen der Schaltkreise werden eingestellt, um die Gesamtleistung der dem Netzteil entnommenen Leistung auf einem vorbestimmten Pegel zu halten. Wenn zusätzliche Verstärker aktiviert werden, wird die Gesamt- Leistung, die von der Mehrzahl der Verstärker entnommen wird, den vorbestimmten Wert übersteigen, der so vorgegeben ist, daß er die Leistung für die ursprüngliche Mehrzahl von Verstärkern erlaubt. Als Ergebnis wird die Verstärkung aller Verstärker herabgesetzt, um die aus dem Netzteil entnommene Leistung auf dem vorbestimmten Pegel zu halten. So wird die virtuelle Leistungs-Versorgungskapazität des Netzteiles erweitert (expanded), um die zusätzlichen Verstärker zu betreiben.

In dem CTC-130 Fernsehempfänger-Chassis der RCA Corporation of Indianapolis, Indiana, USA, ist eine Netzteil-Schutzschaltung verwendet, um die individuellen Audio-Leistungsverstärker zu schützen, wenn eine ungeeignete Last, z. B. ein Kurzschluß oder ähnliches, mit dem Ausgang verbunden wird. Speziell wird in dem CTC-130-Chassis ein Widerstand zwischen das Netzteil und die Leistungsverstärker in Serie geschaltet und eine Meßschaltung verwendet, um den durch den Widerstand entnommenen Strom zu messen. Wenn der Strom, der von dem Netzteil entnommen wird, einen vorbestimmten Wert überschreitet, reduziert die Meßschaltung die Steuerspannung an den elektronischen Lautstärkevorgabe-Anschlüssen des jeweiligen Leistungsverstärkers. Als Ergebnis wird der aus dem Netzteil entnommene Strom reduziert und Schaden von den Leistungs- Ausgangsstufen abgewendet.

Die Erfindung gem. Anspruch 1 wird mit den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 vorteilhaft konkretisiert.

Ein Ausführungsbeispiel soll das Verständnis der Erfindung vertiefen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Audiosystems - als Ausführungsbeispiel der Erfindung - mit einer Netzteil- Anordnung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die Details der Schaltkreise für Messungen, Schwellenwerte, Glättung, Pegelumsetzen und für Steuerung gemäß den Funktionsblöcken von Fig. 1 zeigt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verwendet einen Widerstand, der zu einem Netzteil in Serie geschaltet ist, welches Leistung an eine Mehrzahl von verstärkungssteuerbaren Verstärkern abgibt, die in jeweiligen Audiokanälen vorgesehen sind, davon sind zumindest einige selektiv aktivierbar. Der Spannungs(ab)fall an dem Widerstand, welcher den aus dem Netzteil entnommenen Strom anzeigt, wird von einer Meßschaltung erfaßt. Wenn der Strom einen vorbestimmten Schwellenwert (threshold value) überschreitet, wird die Verstärkung jedes der verstärkungssteuerbaren Verstärker reduziert. Aufgrund der reduzierten Verstärkung kann der Ausgangspegel jedes der Leistungsverstärker absinken, womit eine entsprechende Absenkung in dem Strom bewirkt wird, der aus dem Netzteil entnommen wird. Das System wird deshalb den entnommenen Strom nahe dem vorgegebenen Schwellenwert halten, welcher so vorgegeben ist, daß er weniger als alle von der Mehrheit der Verstärker versorgen kann. In der beispielhaften Gestaltung ist der vorbestimmte Schwellenwert so eingestellt, daß er geringfügig oberhalb des Maximalstroms liegt, welcher von dem grundlegenden Zweikanal-Stereosystem aufgenommen wird. Wenn zusätzliche Kanäle ausgewählt werden, z. B. um einen "surround sound"-Effekt (Rundumklang) zu erzeugen, wird das System die gesamte Leistung reduzieren, und zwar auf etwa dieselbe Leistung, die von dem Basis-Stereosystem aufgenommen wird. Gleichwohl kann die Gesamtlautstärke gegenüber den zwei Basis-Stereokanälen gleichbleiben. So wird die Versorgungskapazität virtuell erweitert. Ein Netzteil, das mehr Leistung - als für die zwei Basis-Stereokanäle erforderlich - zur Verfügung stellt, wird unnötig.

Fig. 1 zeigt ein Audiosystem eines Fernsehempfängers oder eines ähnlichen Gerätes, in welchem Signalverstärker-Schaltkreise 10L und 10R vorgesehen sind, die in linken und rechten Audiokanäle linke und rechte Audiosignale verstärken, die an jeweiligen Eingängen 12L und 12R anliegen. Die linken und rechten Audiosignale können von einer entsprechenden Signalquelle abgeleitet sein, so von einem Stereo-Sendesignal, von einem Stereo-Bandsignal, von einer Compact Disc oder von ähnlichen. Die Verstärker 10L und 10R sind verstärkersteuerbare Verstärker und beinhalten Anschlüsse 14L und 14R. Ausgangssignale werden an den Ausgängen 16L und 16R abgegeben und zu jeweiligen Leistungsverstärkern 18L und 18R gekoppelt, um verstärkte Ausgangssignale über die Anschlüsse 20L und 20R an jeweilige Lautsprecher 22 zu liefern. Die Leistungsverstärker 18 werden von einem Netzteil 24 versorgt, welches mit einer Versorgungsspannung B+ Leistung an die Verstärker 18L und 18R über den Meßwiderstand 28 liefert.

Das Audiosystem weist auch zwei zusätzliche Audiokanäle auf zum Bereitstellen der Audiosignale "center"- und "surround" für zusätzlichen Raumklang in Übereinstimmung mit dem PROLOGIC- Format der Dolby Laboratories. Die Kanäle "center" (c) und "surround" (s) können selektiv aktiviert werden in Antwort auf ein benutzerinitiiertes Steuersignal (select). Die "center"- und "surround"-Kanäle beinhalten Verstärkerschaltkreise 10C und 10S, die in ihrer Verstärkung steuerbar sind, Leistungsverstärker 18C und 18S und Lautsprecher 22C und 22S. Die zusätzlichen Leistungsverstärker 18C und 18S werden auch von dem Netzteil 24 versorgt und dann, wenn die Verstärker aktiviert sind, wird der zusätzliche Strom als Teil der Gesamtspannung über den Widerstand 28 erfaßt. Der Spannungsabfall über dem Widerstand 28 ist proportional zu dem Strommittelwert durch den Widerstand 28, welcher repräsentativ für die Leistungsabgabe der Verstärker 18L, 18R, 18C und 18S ist. Die Spannung über dem Meßwiderstand 28 wird mit Verstärker 30 verstärkt, wenn die Spannung einen Schwellenwert übersteigt. Der Wert des Widerstandes 28 und die Höhe der Verstärkung sowie der Schwellenwert des Verstärkers 30 sind so eingestellt, daß ein verstärkungsherabsetzendes Steuersignal bei einem Strom durch den Widerstand 28 erzeugt wird, der einen Strompegel anzeigt, welcher ein wenig oberhalb der vollen Versorgungsleistung des Netzteils 24 für die Verstärker 18L und 18R der zwei Basis-Stereokanäle (links und rechts) ist. Der Ausgang des Schwellenwert-Verstärkers 30 wird gefiltert und in seinem Pegel umgesetzt (level shifted) in einem Schaltungsbereich 32 und das sich ergebende Signal wird über die Diode 34 einem Summierpunkt 36 zugeführt. In Summierpunkt 36 werden die Ausgangssignale der Filter- und Pegelumsetz-Sektion 32 mit der Benutzer-Lautstärkevorgabe summiert, die an Anschluß 38 anliegt. Die sich ergebende Verstärkungssteuerspannung wird an Verstärkungssteuer-Anschlüsse 14L, 14R, 14C und 14S der jeweiligen Verstärker 10L, 10R, 10C und 10S geführt, um die Verstärkung der Verstärker 10L, 10R, 10C und 10S zu reduzieren, so daß die Gesamt-Audio-Ausgangsleistung der Verstärker 18L, 18R, 18C und 18S innerhalb des Ausgangs-Leistungspegels der Verstärker 18L und 18R allein bleibt. Mit anderen Worten wird das System die Lautstärke solange nicht verändern, bis ein "lautes" Eingangssignal auftritt oder ein Benutzer den Lautstärkepegel stark heraufsetzt. Der erfaßte Strom in Widerstand 28 wird reduziert, um die Spannung, die über dem Meßwiderstand 28 erzeugt wird, wieder zurück auf ungefähr den Schwellenwert des Verstärkers 30 zu bringen. So kann das System den Stromfluß von dem Netzteil nahe dem Schwellenwert halten. Also erfaßt der Schaltkreis den von den Verstärkern 18L, 18R, 18C und 18S aufgenommenen Strom, der oberhalb des Stromes liegt, der von den Verstärkern 18L und 18R alleine aufgenommen wird und reduziert die Leistungsabgabe an alle Kanäle auf die Leistung, die der Standard-Kapazität (rated capacity) des Netzteils für die Verstärker 18L und 18R alleine entspricht. Damit wird die scheinbare (virtual) Leistungs-Versorgungskapazität des Netzteiles heraufgesetzt.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Beispiel der Steuerschleifen- Komponenten (Regelkomponenten) 30, 32, 34 und 36.

Der Widerstand 28 und der Kondensator 40 bilden ein typisches Netzteil-Filter zum Entkoppeln zwischen Komponenten, die von einer gemeinsamen Speisequelle (Netzteil) gespeist werden. Die Spannung, welche am Widerstand 28 erzeugt wird, ist eine Anzeige für den Strommittelwert, der zu den Verstärkern 18L, 18R, 18C und 18S fließt. Widerstände 42 und 44 bilden einen Spannungsteiler, der die über dem Widerstand 28 entstehende Spannung herunterteilt und der Basis des Transistors 46 zuführt. Ein Ausgangssignal des Verstärkertransistors 46 wird über dem Widerstand 48 dann gebildet, wenn der Basis-Emitter-Übergang des Transistors 56 vorwärts vorgespannt (forward biased) wird. Die Werte der Widerstände 42 und 44 werden ausgewählt auf der Basis des Widerstandes 28, um die Leitfähigkeits-Schwelle des Transistors 46 zu begründen. Speziell der Transistor 46 wird so vorgespannt, daß er eingeschaltet ist, wenn die Spannung über Widerstand 42 etwa 0.65 V ist, und die maximale Nominalleistung von dem Netzteil 24 abgegeben wird.

Das Ausgangssignal des Transistors 46 über dem Widerstand 48 wird gefiltert, pegelumgesetzt und invertiert von dem Miller- Integrator, der einen Transistor 50, Widerstände 52 und 56 sowie einen Kondensator 54 aufweist. Der Widerstand 52 und der Kondensator 54 bilden die Zeitkonstante des Systems. Diese Zeitkonstante erreicht zwei Funktionen:

• 1. Sie verlangsamt die Systemantwort, um das störende "Pumpen" der Systemverstärkung in Antwort auf Signalwechsel zu verhindern;
• 2. sie sieht eine Dominanzpol-Kompensation vor, um eine Schwingung des Systems zu vermeiden, die aufgrund der komplexen und weitgestreuten (varied) Antwort des Audiosystems entstehen kann.

Die Ausgangsspannung, die am Kollektor des Transistors 52 über Widerstand 56 entsteht, wird über die Isolationsdiode 34 zu den Verstärkungs-Steuereingängen 14L, 14R, 14C und 14S der - in ihrer Verstärkung steuerbaren - Verstärker 10L, 10R, 10C und 10S gekoppelt. Wenn die erfaßte Spannung über Widerstand 28 unter dem Schwellenwert liegt, wird der Kollektor des Transistors 50 auf "hohes" Potential gehen, die Diode 34 wird rückwärts vorgespannt und die Koppelung zu den Steuereingängen 14L, 14R, 14C und 14S besteht nicht mehr. So verbleibt als einzige Steuerung der Verstärkung in dieser Betriebsweise das von einem Benutzer vorgegebene Lautstärke-Steuersignal auf Leitung 38. Wenn die Spannung über dem Widerstand 28 oberhalb des Schwellenwertes ist, wird die Spannung am Kollektor 50 auf "tiefes" Potential gehen, genug, um die Diode 34 vorwärts vorzuspannen und ein Verstärkungs-(Reduktions-)Steuersignal zu den Verstärkungs-Steuereingängen 14L, 14R, 14C und 14S zu führen. Welches Ausmaß die Steuerung (der Eingriff) hat, hängt davon ab, wie hoch der Benutzer die Lautstärke heraufgestellt hat und wie laut die Eingangssignale sind. Typischerweise können die Eingänge 14L, 14R, 14C und 14S auf ein oder zwei Volt herabgezogen werden. Die spannungsgesteuerten Verstärker 10L, 10R, 10C und 10S können in Paaren von integrierten Schaltungen, die Klang/Lautstärke/Balance steuern, vorgesehen werden; ein solcher ist der LM1035, welcher von NS erhältlich ist. Mit dem LM1035 IC wird die maximale Lautstärke bei etwa 5 V erzeugt, wohingegen die minimale Lautstärke bei etwa 0.5 V erzeugt wird.

Claims (8)

1. Gerät, welches aufweist:

• - eine erste Zahl von Schaltungen (18L, 18R);
• - eine zweite Zahl von Schaltungen (18C, 18S);
• - Leistungs-Versorgungsmittel (Versorgungseinrichtung, 24) zum Versorgen der ersten Zahl von Schaltungen (18L, 18R) bei/mit ersten Leistungs-Ausgangspegel;
• - Mittel (SELECT) zum selektiven Freigeben der Versorgungseinrichtung (24), um die zweite Zahl von Schaltungen (18C, 18S) zu versorgen;
• - Mittel (28) zum Erfassen der Leistung, die von der ersten und zweiten Zahl von Schaltungen aus der Versorgungseinrichtung (24) entnommen wird; gekennzeichnet durch
• - Mittel (30, 32, 34, 36, 14L, 14R, 14C, 14S, 10L, 10R, 10C, 10S) zum Senken der von der Versorgungseinrichtung (24) abgegebenen Gesamtleistung abhängig von der erfaßten (gemessenen) Entnahmeleistung, wenn die Leistung, die von der ersten und zweiten Zahl von Schaltungen (18L, 18R, 18C, 18S) entnommen wird, den ersten Leistungs-Ausgangspegel der ersten Zahl von Schaltungen (18L, 18R) überschreitet.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der erste Zahl von Schaltungen (18L, 18R) eine einstellbare Verstärkung aufweisen und die Gesamtleistung, die der Versorgungseinrichtung (24) entnommen wird, durch Senken der Verstärkung von zumindest einigen der ersten Zahl von Schaltungen (18L, 18R) reduziert wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der zweiten Zahl von Schaltungen (18C, 18S) eine einstellbare Verstärkung aufweisen und die der Versorgungseinrichtung (24) entnommene Leistung durch Senken der Verstärkung von zumindest einigen der zweiten Zahl von Schaltungen (18C, 18S) reduziert wird.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zahl von Schaltungen (18L, 18R) zwei Audiokanäle eines Stereoklang-Systems und die zweite Zahl von Schaltungen zusätzliche Audiokanäle (Hörkanäle) sind.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Zahl von Audiokanälen (12C, 12S) zusammen mit den zwei Audiokanälen (12L, 12R) des Stereoklang-Systems ein Rundum-Klangsystem (surround sound system) bilden.

6. Gerät - insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche -

• - mit einer Vielzahl von Verstärkern variabler Verstärkung (10L, 18L, 10R, 18R) und mindestens einem zusätzlichen verstärkersteuerbaren Verstärker (10C, 18C, 10S, 18S), welcher selektiv zum Betrieb freigegeben wird;
• - mit einer Spannungsversorgung (24) zum Versorgen aller Verstärker (10L, 18L, 10R, 18R, 10C, 18C, 10S, 18S),

dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung aller Verstärker (28, 30, 32, 34, 36, 14L, 14R, 14C, 14S) abhängig von der Leistung reduziert wird, die aus der Spannungsversorgung (24) entnommen wird, so daß die aus ihr (24) entnommene Leistung nicht diejenige Leistung übersteigt, die von einer Mehrzahl der Verstärker (10L, 18L, 10R, 18R) - mit Ausnahme der selektierbaren Verstärker - entnommen wird.

7. Gerät - insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche -

• - mit einem ersten verstärkungssteuerbaren Verstärker (10L, 18L, 10R, 18R) und zumindest einem zweiten verstärkungssteuerbaren Verstärkung (10C, 18C, 10S, 18S), welcher selektiv zum Betrieb freigegeben wird;
• - mit einer Versorgung (24) zum Versorgen aller Verstärker (10L, 18L, 10R, 18R, 10C, 18C, 10S, 18S) und
• - mit Verstärkungs-Steuermitteln (28, 30, 32, 34, 36, 14L, 14R, 14C, 14S) zum Erfassen der Leistung, die aus der Versorgung entnommen wird, und zum Reduzieren der Verstärkung aller Verstärker, so daß die Leistung, die aus der Versorgung entnommen wird, nicht die maximale Leistung übersteigt, die der erste Verstärker (10L, 18L, 10R, 18R) entnimmt.