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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Wechselhochspannungs- Stromversorgungsschaltung, die an die
Verwendung in einem Bilderzeugungsgerät angepaßt ist,
beispielsweise in einem Kopierer, Drucker oder dgl..
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Das Dokument US 4 962 307 beschreibt ein Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsgerät zur Verwendung in einem
Bilderzeugungsgerät mit einer Last, die einen
Hochspannungstransformator zur Abgabe einer Wechselhochspannung
enthält, und zur Lieferung eines Ausgangswechselspannung an eine
Last, ohne Gleichrichtung der abgegebenen Wechseispannung, und
eine Laststrom- Feststellspannung zur Feststellung einer
Gleichspannungskomponente des Laststroms der Last. Das bekannte
Gerät verwendet eine Konstantspannungsschaltung anstelle einer
Konstantstromschaltung, und kein Diodenelement ist mit einer
Konstantgleichstromschaltung parallel geschaltet, so daß ein
Strom in Richtung des Diodenelements fließt, zu dem der
Konstantgleichstromschaltung entgegengesetzt ist.
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Bei der herkömmlichen Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsschaltung für ein Bilderzeugungsgerät wird eine
Gleichspannungsumsetzschaltung zwischen einem
Niederspannungsanschluß und einem Masseanschluß einer
Sekundärwicklung eines Wechselhochspannungstransformators
eingefügt, um einen Gleichstrom in einer Wechselstromlastleitung
eines Trennladegleichrichters zu steuern, der die Last bildet.
Wenn insbesondere der Steuerbereich des Gleichstromes größer
wird und sich von der positiven zur negativen Seite erstreckt,
sind ein Gleichspannungsumsetzer mit einer positiven
Ausgangsspannung und ein weiterer Gleichspannungsumsetzer mit
einer negativen Ausgangsspannung erforderlich.
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Fig. 4 zeigt in schematischer Weise den Grundaufbau des
zuvor erwähnten herkömmlichen Beispiels, wobei eine
Wechselhochspannungsquelle 21 mit einem
Wechselhochspannungstransformator; ein Gleichspannungsumsetzer
22; ein Ausgangsanschluß T1; ein Trennladegleichrichter 23, der
die Last bildet; und ein Gleichstrom idc, der zur
elektrostatischen Blatttrennung erforderlich ist, gezeigt ist.
Der Gleichstrom idc muß der Richtung der Ausgangsspannung des
Gleichspannungsumsetzers 22 entgegengesetzt sein.
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Fig. 5 ist ein Schaltbild des Gleichspannungsumsetzers 22,
wobei die primäre Eingangsgleichspannung an einen Transformator
T31 von einem Schalttransistor TR31 zerhackt wird, der von einer
Ausgangssteuerschaltung 31 gesteuert wird, und die erzeugte
Sekundärausgangsspannung wird gleichgerichtet und von einer
Diode D31 und einem Kondensator C31 geglättet. Die
Sekundärgleichrichtschaltung ist des weiteren mit einem
Ableitwiderstand R31 vorgesehen.
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Fig. 6 zeigt die Spannungs- Strom- Kennlinie des
Gleichspannungsumsetzers 22, wobei die Gleichspannung vdc
beziehungsweise der Gleichstrom Idc auf der Ordinate
beziehungsweise der Abzisse aufgetragen sind. Fig. 7 zeigt die
Spannungs- Strom- Kennlinie des Trennladegleichrichters 23, der
die Stromversorgung von der Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsschaltung bezieht, wobei der Strom i und die
Spannung v auf der Ordinate beziehungsweise der Abzisse
aufgetragen sind. Wie in Fig. 7 gezeigt, hat der
Trennladegleichrichter 23 eine offensichtlich asymmetrische
Eigenschaft zur positiven beziehungsweise negativen Seite, wobei
leichter ein Strom der negativen Seite akzeptiert wird.
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Bei dem zuvor erläuterten Aufbau und den Kennlinien muß der
Wert des Ableitwiderstands R31 unendlich klein gemacht werden,
um den Gleichstrom idc auf - 400 µA zu bringen. Aus diesem Grund
muß der Gleichspannungsumsetzer 22 ein Hochleistungstyp sein,
wodurch die Nachteile der Wärmeerzeugung und hoher Kosten
aufkommen.
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Wenn der Steuerbereich des Gleichstroms idc von der Grenze
von etwa 0 in Fig. 6 in den positiven Bereich aufgeweitet wird,
wird es erforderlich, einen Gleichspannungsumsetzer 25 mit
fester Ausgangsspannung einzufügen, dessen Polarität derjenigen
des variabelen Gleichspannungsumsetzers 22 entgegengesetzt ist,
wie in Fig. 8 gezeigt. Da der Steuerbereich des Gleichstroms idc
auf der Lastseite näher an der Ausgangsspannung des
Gleichspannungsumsetzers 25 mit fester Ausgangsspannung liegt,
muß der Ausgangssteuerbereich des Gleichspannungsumsetzers 22
mit variabelen Steuerbereich entsprechend aufgeweitet werden, so
daß der Leistungsverlust sogar noch größer wird.
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Wie im vorstehenden erläutert, erfordert der
Gleichspannungsumsetzer 22 einen sehr kleinen Widerstand beim
Ableitwiderstand R31, gezeigt in Fig. 5, was zu einem
signifikanten Leistungsverlust führt, wenn der Steuerbereich des
Gleichstroms idc, der für die elektrostatische Blatttrennung
erforderlich ist, weiter wird. Auch ist ein komplexer
Schaltungsaufbau erforderlich.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Hinsicht auf das Vorstehende besteht die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin, eine Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsschaltung bereitzustellen, die zur Verwendung in
einem Bilderzeugungsgerät eingerichtet und in der Lage ist, die
Gleichstromkomponente des Laststroms eines Ladegleichrichters
über einen weiteren Bereich von der positiven zur negativen
Seite mit einem einfachen Aufbau und einem geringen
Leistungsverlust zu steuern.
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Die zuvor genannte Aufgabe kann gelöst werden durch ein
Wechselhochspannungs- Stromversorgungsgerät mit den in
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Die Erfindung ist weitergebildet durch die in den
Unteransprüchen angegebenen Merkmale.
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Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung und Vorteile
derselben werden aus der nachstehenden Beschreibung anhand der
beiliegenden Zeichnung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 ist ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist ein Schaltbild eines zweiten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 3 ist ein Schaltbild eines dritten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm des grundlegenden
Aufbaus herkömmlicher Schaltungen;
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Fig. 5 ist ein Schaltbild eines Gleichspannungsumsetzers in
der herkömmlichen Schaltung;
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Fig. 6 ist eine Spannungs- Strom- Kennlinientafel des
Gleichspannungsumsetzers in der herkömmlichen Schaltung;
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Fig. 7 ist eine Spannungs- Strom- Kennlinientafel eines
Trennladegleichrichters, der eine Last für die
Wechselhochspannungs- Stromversorgungsschaltung bildet;
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Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer Schaltung, die
einen zusätzlichen Gleichspannungsumsetzer mit fester
Ausgangsspannung enthält;
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Fig. 9 ist ein Schaltbild eines vierten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 10 ist ein Ersatzschaltbild des vierten
Ausführungsbeispiels und ein Ladegleichrichter;
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Fig. 11 ist eine Tafel, die die Arbeitsweise des vierten
Ausführungsbeispiels zeigt;
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Fig. 12 ist ein Schaltbild eines fünften
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 13 ist ein Schaltbild eines sechsten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 14 ist ein Schaltbild eines siebten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 15 ist ein Schaltbild eines achten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 16 ist ein Schaltbild eines neunten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 17 ist ein Schaltbild eines zehnten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 18 ist ein Ersatzschaltbild einer
Stromversorgungsschaltung des zehnten Ausführungsbeispiels und
eines Lastladegleichrichters;
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Fig. 19 ist eine Spannungs- Strom- Kennlinientafel des
Ladegleichrichters im zehnten Ausführungsbeispiel;
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Fig. 20 ist ein Schaltbild eines elften
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 21 ist ein Schaltbild eines zwölften
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 22 ist ein Schaltbild eines dreizehnten
Ausführungsbeispiels;
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Fig. 23 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel einer
potentialfreien Stromversorgung im dreizehnten
Ausführungsbeispiel zeigt; und
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Fig. 24 ist ein Schaltbild eines vierzehnten
Ausführungsbeispiels
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Fig. 1 ist ein Schaltbild einer Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsschaltung zur elektrostatischen Blatttrennung in
einem elektrophotographischen Kopierer, die ein erstes
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet, wobei ein
wechselhochspannungstransformator T1 und Schalttransistoren TR1,
TR2 für die Primärseite vorgesehen sind, die von einer
Steuerschaltung 1 gesteuert wird, um ein Gegentaktausgangssignal
bereitzustellen. Die Ausgangsspannung einer sekundären
Hochspannungswicklung L2 des Transformators T1 wird über einen
Ausgangsanschluß Tl an einen Trennladegleichrichter geliefert,
der die Last darstellt.
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Ein herkömmlicher Transformator T2 ist für eine
Konstantspannungsschaltung vorgesehen, und eine gleichgerichtete
positive Ausgangsspannung der Sekundärseite derselben ist mit
der Niederspannungsseite der Sekundärwicklung des
Hochspannungstransformators T1 verbunden. Die Primärseite des
Umsetztransformators T2 wird von einem Transistor TR11
angesteuert, und die Ausgangsspannung des Umsetztransformators
T2 wird durch Regelung des Lastverhältnisses des Kollektorstroms
des Transistors TR11 durch eine Impulsbreitenmodulation- (PWM)
Schaltung 11 gesteuert, die mit dessen Basis verbunden ist. Die
Sekundärausgangsspannung des Tansformators wird von einer Diode
D11 und einem Kondensator C11 gleichgerichtet und geglättet. Ein
Ableitwiderstand R11 ist parallel zum Kondensator C11
geschaltet, und eine Konstantspannungsschaltung 2 ist durch den
oben erläuterten Aufbau gebildet.
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Die Niederspannungsseite der Sekundärwicklung des
Umsetztransformators T2 der Konstantspannungsschaltung ist mit
der Anode einer Hochspannungsdiode D1 verbunden und der Kathode
einer weiteren Hochspannungsdiode D2. Die Kathode der
Hochspannungsdiode D1 ist mit dem Kollektor eines
Hochspannungstransistors TR3 verbunden, während die Anode der
Hochspannungsdiode D2 mit dem Emitter des
Hochspannungstransistors TR3 verbunden ist. Eine Varistordiode
D61 ist zum Zwecke des Schaltungsschutzes parallel zur
Hochspannungsdiode D2 geschaltet.
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Zwischen dem Emitter des Hochspannungstransistors TR3 und
Masse ist eine Laststrom- Feststellschaltung 4 eingefügt, die aus
einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 gebildet ist, um
die Gleichstromkomponente im Laststrom feststellen zu können.
Differentialverstärker OP1, OP2 vergleichen die von der
Feststellschaltung 4 festgestellte Spannung mit einer
Bezugsspannung, die an einen Anschluß T2 geliefert wird.
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Die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers OP1 wird an
die Basis des Hochspannungstransistors TR3 geliefert, wodurch
der Basisstrom desselben so gesteuert wird, daß das
Feststellausgangssignal der Feststellschaltung 4 gleich der
Bezugsspannung am Anschluß P2 wird. Somit bildet die
Hochspannungsdiode D1 und der Hochspannungstransistor TR3 eine
Konstantstromschaltung 3, wie von der festgestellten
Ausgangsspannung der Laststrom- Feststellschaltung 4 gesteuert
wird.
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Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers OP2 wird an die
PWM- Schaltung 11 geliefert, wodurch die sekundäre
gleichgerichtete Ausgangsspannung des Umsetztransformators T2 so
gesteuert wird, daß die Feststellausgangsspannung der
Feststellschaltung 4 gleich der Bezugsspannung am Anschluß P2
wird. Somit wird die Ausgangsspannung der
Konstantspannungsschaltung 2 von der festgestellten
Ausgangsspannung der Laststrom- Feststellschaltung 4 gesteuert.
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Während des Anstiegs des Kollektorstroms des
Hochspannungstransistors TR3 wird die Ausgangsspannung des
Differentialverstärkers OP1 beziehungsweise OP2 positiv
beziehungsweise negativ, wodurch die gleichgerichtete
Ausgangsspannung des Umsetztransformators T2 herabgesetzt wird,
so daß der Dynamikbereich auf der Negativseite des Laststroms
nicht eingeschränkt wird.
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Ebenfalls während des Anstiegs des Kollektorstroms des
Hochspannungstransistors PR3 wird die Ausgangsspannung des
Differentialverstärkers OP1, OP2 negativ beziehungsweise
positiv, wodurch die gleichgerichtete Ausgangsspannung des
Umsetztransformators T2 ansteigt, so daß der Dynamikbereich zur
positiven Seite des Laststroms nicht eingeengt wird.
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Im Vergleich mit herkömmlichen Strukturen ermöglicht der
zuvor erläuterte Aufbau, die Gleichstromkomponente des
Laststroms des Ladegleichrichters über einen größeren Bereich
von der positiven zur negativen Seite zu variieren, mit einer
höheren Effizienz und vermindertem Wärmeverlust und ohne die
Verwendung eines Bauteils der Leistungselektronik oder einer
Wärmeableitung. Auch ist die Schaltung gegen Kurzschluß der Last
geschützt, der beispielsweise aus dem Versagen von Ladeleitungen
herrührt, und ist folglich in der Lage, Feuerunfälle oder
Rauchentwicklung aus Funkenbildung zu vermeiden. Weiterhin kann
der Laststrom sehr einfach gesteuert werden, da die mit der
Konstantspannungsschaltung hintereinandergeschaltete
Konstantgleichstromschaltung nicht unabhängig gesteuert wird,
sondern gleichzeitig mit der von der Laststrom-
Feststellschaltung 4 festgestellten Spannung.
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Figuren 2 und 3 sind Schaltbilder, die weitere
Ausführungsbeispiele zeigen, bei denen gleiche Teile des vorigen
Ausführungsbeispiels oder Äquivalente dieser durch gleiche
Symbole dargestellt sind und nicht weiter erläutert werden.
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In einem zweiten, in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist eine Integrierschaltung 5, gebildet aus einem Widerstand R12
und einem Kondensator C12, zwischen den Differenzverstärker OP2
und die PWM- Schaltung 11 eingefügt, um die
Ansprechgeschwindigkeit der Konstantspannungsschaltung 2 zu
leisten, die den Umsetztransformator T2 enthält, der langsamer
als die Konstantgleichstromschaltung 3 ist, die den
Hochspannungstransistor TR3 enthält, wodurch die Stabilität der
Arbeitsweise der Schaltung verbessert wird. Die Differenz bei
der Ansprechgeschwindigkeit kann willkürlich mit dem Widerstand
R12 und dem Kondensator C12 ausgewählt werden.
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In einem dritten in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
enthält die Konstantspannungsschaltung den in Fig. 1
dargestellten Gleichspannungsumsetzer, ersetzt durch eine
tertiäre Wicklung L3, die auf der Sekundärseite des
Hochspannungstransformator T1 und eine Shunt- Reglers 81, der
eine Konstantspannungsschaltung bildet, die von der Spannung
angesteuert wird, die von der Tertiärwicklung L3 erzeugt wird
und zwischen die Niederspannungsseite der Hochspannungswicklung
L2 des Hochspannungstransformators T1 und die
Konstantgleichstromschaltung 3 geschaltet ist, die aus dem
Transistor T3 und der Diode Dl aufgebaut ist. Der Shuntregeler
91 ist mit einer Gleichrichterschaltung vorgesehen, bestehend
aus einer Diode D23 und einem Kondensator C23.
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Die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers OP2 wird an
die Basis eines Transistors TR21 des Shuntregelers 81 geliefert,
und der Kollektorstrom des Transistgrs TR21 wird von dem
Ausgangssignal gesteuert; oder der von der
Laststromfeststellschaltung 4, wodurch die Ausgangsspannung des
Shuntregelers 81 über den Kondensator C23 und den Widerstand R23
geregelt werden kann. Die Ausgangsspannung wird in den
vorstehenden Ausführungsbeispielen an die Niederspannungsseite
der Hochspannungswicklung des Wechselhochspannungstransformators
T1 geliefert.
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Wenn das Eingangssignal am Anschluß P2 ansteigt, wird das
Ausgangssignal des Differentialverstärkers OP1 angehoben, um den
Kollektorstrom des Transistors TR3 in der
Konstantgleichstromschaltung 3 zu erhöhen, wodurch der Laststrom
in negativer Richtung erhöht wird. Gleichzeitig steigt auch das
Ausgangssignal des Differentialverstärkers OP2 an, um den
Kolletorstrom des Transistors TR21 des Shuntregelers 81 zu
erhöhen. Die Ausgangspannung der Tertiärwicklung L3 des
Hochspannungstransformators T1 wird am Verbindungspunkt zwischen
Transistor T21 und Kondensator C21 abgesenkt, weil der
Spannungsabfall in der Serienschaltung des Widerstand R21 und
den Kondensators C21 abfällt, so daß die Ausgangsspannung des
Shuntregelers 81 gemäß der Verdopplung der Ausgangsspannung
herabgesetzt wird. Wenn andererseits das Eingangssignal am
Anschluß P2 sinkt, erhöht sich die Ausgangsspannung des
Shuntregelers 81.
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Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers OP1 wird, wie
in den vorstehenden Ausführungsbeispielen, an die Basis des
Hochspannungstransistors TR3 der Konstantgleichstromschaltung 3
geliefert, die somit von dem festgestellten Ausgangssignal der
Feststellschaltung 4 gesteuert wird.
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Der obig erläuterte Aufbau und die Arbeitsweise stellen die
Wirkungen bereit, die jenen des Ausführungsbeispiels in Fig. 1
gleich sind, ohne Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers.
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Diese Ausführungsbeispiele sind nicht nur auf die
Wechselhochspannungs - Stromversorgungsschaltung zur Blatttrennung
anwendbar, sondern auch auf eine solche Schaltung, die eine
entwickelnde Vorspannung für andere Zwecke liefert.
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Das zuvor erläuterte erste bis dritte Ausführungsbeispiel
erfordert keine Bauteile der Leistungselektronik oder
Wärmeableiter, da diese durch einfachen Schaltungsaufbau mit
wenig Leistungsverlust und ohne Wärmeerzeugung arbeiten. Da auch
die in Serie geschaltete Konstantstromschaltung und
Konstantspannungsschaltung nicht unabhängig gesteuert werden,
sondern gleichzeitig von dem Ausgangssignal der
Laststromfeststellschaltung, kann der Laststrom sehr leicht
gesteuert werden, und die Gleichstromkomponente des Laststroms
des Ladegleichrichters kann über einen weiten Bereich variiert
werden vom positiven in den negativen Bereich.
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Nachstehend werden weitere Ausführungsbeispiele erläutert.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 9 ist ein Schaltbild einer Hochwechselspannungs-
Erzeugungseinrichtung, die ein viertes Ausführungsbeispiel nach
der vorliegenden Erfindung bildet, in der ein
Wechselhochspannungstransformator T1, Schalttransistoren TR1,
TR2 zur Ansteuerung der Primärseite vorgesehen sind und eine
Gegentakt- Ausgangssteuerschaltung 1. Die Ausgangsspannung der
Hochspannungssekundärwicklung des Hochspannungstransformators T1
wird durch einen Ausgangsanschluß T1 an einen
Trennladegleichrichter geliefert, der die Last darstellt. Die
Niederspannungsseite T1 der Sekundärwicklung des
Hochspannungstransformators T1 ist mit der Anode einer
Hochspannungsdiode D1 verbunden, der Kathode einer
Hochspannungsdiode D2 und einem Anschluß des Widerstands R12.
Die Kathode der Hochspannungsdiode D1 ist mit dem Kollektor
eines Hochspannungstransistors TR3 verbunden, während die Anode
der Hochspannungsdiode D2 und der andere Anschluß des
Widerstands R12 mit dem Emitter des Hochspannungstransistors TR3
verbunden sind. Die Komponenten D1, TR3, R12 und D2 bilden eine
Stromsteuerschaltung 6. Zwischen den Emitter des
Hochspannungstransistors TR3 und Masse ist eine
Feststellschaltung 3 eingefügt, die aus einer Parallelschaltung
eines Widerstands R1 und eines Kondensators C1 besteht, um die
Gleichstromkomponente des Laststroms feststellen zu können. Der
Widerstand R1 und der Kondensator C1 erzeugen den Mittelwert des
Laststroms.
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Die von der Feststellschaltung 3 festgestellte Spannung wird
mit einer Bezugsspannung VR verglichen, die an einen Anschluß P2
geliefert wird, in einem Fehlerverstärker in einer Steuereinheit
7. Das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 2 dient der
Steuerung des Basisstroms des Hochspannungstransistors TR3 in
solcher Weise, daß die Feststellausgangsspannung der
Feststellschaltung 3 gleich der Bezugsspannung VR am Anschluß P2
wird.
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Die Leistung des Fehlerverstärkers 2 wird an eine
Leistungsquelle Ef im potentialfreien Zustand geliefert. Da eine
Leitung der Leistungsquelle mit dem Emitter des
Hochspannungstransistors TR3 verbunden ist, fließt der
Basisstrom desselben nicht in die Stromfeststellschaltung 3.
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Der Wert des Widerstands R12 bemißt sich auffolgende Weise.
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Fig. 10 ist ein Ersatzschaltbild des in Fig. 9 dargestellten
vierten Ausführungsbeispiels, und der Ladegleichrichter bildet
die Last, und Fig. 11 ist eine Spannungs- Strom- Kennlinientafel
der Gleichstromkomponente (Mittelwert des Laststroms) des Stroms
im Ladegleichrichter. Punkte A und B legen den geforderten
Steuerbereich der Gleichstromkomponente fest. Der
Hochspannungstransistor TR3 muß an Punkt A leitend geschaltet
sein und sperrend am Punkt B. Folglich muß im nichtleitenden
Zustand der Hochspannungstransistor TR3 größeren positiven Strom
haben als der der negative Strom durch I&sub3;. Somit gilt:
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wobei
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V&sub1;: ½ der Amplitude der Hochwechselausgangsspannung
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RLP: Positiver Pseudoäquivalentwiderstand des Ladegleichrichters,
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RLN: Negativer Pseudoersatzwiderstand des Ladegleichrichters.
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Somit kann R&sub1;&sub2; folgendermaßen aus der Gleichung bestimmt
werden:
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Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 3 wird im Pegel von
den Widerständen R3, R4 verschoben in den Eingangsdynamikbereich
eines Fehlerverstärkers 2. Da der Strom in den Widerständen R,
R4 ebenfalls durch den Gleichstromkomponentenfeststellwiderstand
R1 fließt, haben die Widerstände hinreichend groß zu sein, um
keine Verschlechterung der Genauigkeit herbeizuführen.
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Aus dem gleichen Grund muß der Fehlerverstärker 2 eine
hinreichend große Eingangsimpedanz aufweisen.
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Wie vorstehend erläutert, kann eine Wechselhochspannungs-
Erzeugungseinrichtung mit hoher Effizienz erzielt werden, die in
der Lage ist, den Gleichstrom über einen großen Bereich zu
steuern, der positive und negative Bereiche abdeckt, ohne
Verwendung eines Gleichspannungsumsetzers. Da der
Fehlerverstärker eine potentialfreie Stromversorgung besitzt,
kann die Gleichstromkomponente des Laststroms genau festgestellt
werden.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 12 ist ein Schaltbild eines fünften
Ausführungsbeispiels, bei dem ein Differentialverstärker 2 von
einer gemeinsamen Stromversorgungsquelle Vcc versorgt wird, und
ein Transistor TR4 eines Emitterfolgers ist zwischen den Ausgang
des Fehlerverstärkers 2 und die Basis des
Hochspannungstransistors TR3 geschaltet. Eine Ausgangsleitung
einer potentialfreien Stromversorgung Ef ist mit dem Kollektor
des Emitterfolgetransistors TR4 verbunden, während die andere
Ausgangsleitung der Stromversorgung Ef mit dem Emitter des
Hochspannungstransistors TR3 verbunden ist.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht es, die
potentialfreie Stromversorgungsquelle zu vereinfachen, da sie
nur zur Lieferung des Basisstroms des Hochspannungstransistors
TR3 verwendet wird.
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Während eines positiven Zyklus der Wechselhochspannung
fließt ein starker Strom von der Basis zum Emitter des
Hochspannungstransistors TR3, da die Basis positiv durch die
Hochspannungsdiode D1 im Sperrzustand vorgespannt ist. Jedoch
kann der Einfluß des Basisstroms durch die Verwendung der
potentialfreien Leistungsquelle vollständig beseitigt werden.
[Sechstes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 13 ist ein Schaltbild eines sechsten
Ausführungsbeispiels mit einer Kurzschlußschaltung des vierten
Ausführungsbeispiels.
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Wenn Kurzschluß oder Lekstrome in der Last
(Ladegleichrichter) auftreten, die mit dem Anschluß D1 verbunden
ist, wird die Ausgangsspannung des
Wechselhochspannungstransformators T1 zwischen dem Kollektor und
dem Emitter des Hochspannungstransistors TR3 angelegt.
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In einer solchen Situation kann das in Fig. 9 dargestellte
Ausführungsbeispiel zu einer Zerstörung des
Hochspannungstransistors TR3 führen, der Treibertransistoren
TR1, TR2 für den Wechselhochspannungstransformator T1, die
Hochspannungsdioden D1, D2 oder den Widerstand R12.
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Im vorliegenden sechsten Ausführungsbeispiel ist zwischen
die Anode der Hochspannungsdiode D2 zur positiven Vorbeileitung
und der Gleichspannungskomponenten- Feststellschaltung 3 ein
Wechselstromfeststellwiderstand R13 angeordnet, dessen
Feststellausgangssignal in einem Komporator mit einer
vorbestimmten Spannung VR&sub2; verglichen wird. Wenn das
festgestellte Ausgangssignal einen vorbestimmten Wert
übersteigt, sendet der Vergleicher ein H- Pegelausgangssignal an
die Steuerschaltung 1 für den Wechselhochspannungstransformator
T1, wodurch die Aktivierung der Schalttransistoren TR1, TR2
beendet wird.
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Das sechste Ausführungsbeispiel schützt nicht nur die
Schaltung vor Kurzschluß, der beispielsweise der aus einer
Zerstörung der Ladeleitung herrührt, sondern kann auch davor
schützten, daß Feuer- oder Raucherzeugung durch Funkenbildung
auftritt. Auch die Wechselstromfeststellung zum Schaltungsschutz
vor Kurzschluß wird ohne eine zusätzliche Gleichrichterschaltung
ermöglicht. Des weiteren wird es mit der
Wechselstromfeststellung möglich, die Genauigkeit der
Gleichstromkomponentenfeststellung im Laststrom nicht zu
beeinträchtigen.
[Siebentes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 14 ist ein Schaltbild eines siebenten
Ausführungsbeispiels, bei dem die potentialfreie Stromversorgung
Ef durch Gleichrichtung und Glättung der Ausgangsspannung einer
tertiären Wicklung L3 erzielt wird, die auf dem
Wechselhochspannungstransformator T1 vorgesehen ist.
[Achtes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 15 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel, bei dem die
potentialfreie Stromversorgung Ef durch Umschaltung eines
Transistors TR5 mit dem Ausgangssignal einer Oszillatorschaltung
5 gewonnen wird und durch Bewirken einer
Spannungsverdoppelgleichrichtung bezüglich der geschalteten
Ausgangsspannung mit den Kondensatoren C5, C6 und den Dioden D5,
D6.
[Neuntes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 16 ist ein neuntes Ausführungsbeispiel, das einen
Hochspannungsfeldeffekttransistor (FET) anstelle des bipolaren
Hochspannungstransistors TR3 verwendet.
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Das neunte Ausführungsbeispiel verzichtet auf die
potentialfreie Stromversorgung und gestattet die Vereinfachung
des Schaltungsaufbaues wegen der Abwesenheit von Leckstrom aus
der Gate- Schaltung des FET auf der Grundlage dessen hoher
Eingangsimpedanz.
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Die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele 4 bis 9 stellen
eine Wechselhochspannungerzeugungseinrichtung hoher Effizienz
bereit, die in der Lage ist, den Gleichstrom über positive und
negative Bereiche ohne die Verwendung eines
Gleichspannungsumsetzers zu steuern.
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Auch die Gleichspannungskomponente des Laststroms kann genau
unter Verwendung einer potentialfreien Stromversorgung
festgestellt werden.
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Des weiteren ist es möglich, nicht nur die Schaltung selbst
zu schützen, sondern auch vor Feuer- und Raucherzeugung in der
Last, die aus Funkenbildung resultiert, durch Feststellung einer
exzessiven Wechselstromkomponente im Laststrom und dadurch die
Deaktivierung des Wechselhochspannungstransformators.
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Des weiteren kann die potentialfreie Stromversorgung auf die
Verwendung eines Feldeffekttransistors im aktuellen
Ausführungsbeispiel verzichten.
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Nachstehend werden noch weitere Ausführungsbeispiele
erläutert.
[Zehntes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 7 ist ein Schaltbild einer Wechselhochspannungs-
Erzeugungsschaltung, die zur elektrostatischen Blatttrennung in
einem elektrophotographischen Kopierer eingesetzt wird, und die
das zehnte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
bildet, wobei vorgesehen sind: Ein Wechselspannungstransformator
T1 und Schalttransistoren TR1, TR2 zur Primäransteuerung, die
von einer Steuerschaltung 1 zur Erzeugung einer
Gegentaktausgangs spannung angesteuert wird. Die Ausgangs spannung
einer sekundären Hochspannungswicklung L2 des
Wechselhochspannungstransformators T1 wird durch einen
Ausgangsanschluß Pl an einen Trennladegleichrichter geliefert,
der die Last bildet.
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Das andere Ende der sekundären Hochspannungswicklung des
Hochspannungstransformators T1 ist mit einer
Stromsteuerschaltung verbunden, die aus der
Hintereinanderschaitung einer Hochspannungsdiode D1 und einem
Serienregler 4 besteht und auch einer Parallelschaltung
bestehend aus einer Hochspannungsdiode D2 und einem Widerstand
R12.
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Der Serienregler 4 ist zusammengesetz aus einer
Hintereinanderschaltung von Hochspannugstransistoren TR3, TR4
und dient der Steuerung der negativen Komponente eines
Trennkoronastromes, der der Laststrom ist, durch Anderung des
Basistroms des Transistors TR2, wie später erläutert wird. Eine
Diode D2 ist zur Überbrückung der positiven Komponente in
entgegengesetzter Richtung vorgesehen.
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Der Widerstand R12 bestimmt den Betrag der negativen
Komponente des Laststroms, wenn der Serienregler 4 gesperrt ist.
Widerstände R6, R7 von annähernd gleichen Widerstandswerten, die
hinreichend größer sind als der Widerstand R12, dienen der
Teilung der gesamten Spannung über den Serienregeler 4 in im
wesentlichen gleiche Teilspannungen für die Transistoren TR3 und
TR4.
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Zwischen die anderen Enden des Serienregelers 4, Widerstand
R12 und Diode D2 und Masse ist eine Feststellschaltung 3
eingefügt zur Feststellung der Gleichstromkomponente im
Laststrom, die aus der Parallelschaltung eines Widerstands R1
mit einem Kondenstor C1 besteht.
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Die von der Feststellschaltung 3 festgestellte Spannung wird
mit einer Bezugsspannung CR verglichen, die an einem Anschluß T2
aus einem Differentialverstärker 2 ansteht, dessen
Ausgangssignal den Basisstrom des Transistors TR3 so steuert,
daß das Ausgangssignal der Feststellschaltung 3 gleich der
Bezugsspannung VR wird.
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Der Differentialverstärker 2 wird versorgt von einer
potentialfreien Stromversorgung EFL. Da das andere Ende der
potentialfreien Stromversorgung EFL mit dem Emitter des
Transistors TR3 verbunden ist, fließt dessen Basisstrom nicht in
den Stromfeststellwiderstand R1.
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Der Wert des Widerstandes R12 wird auffolgende Weise
festgelegt.
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Fig. 18 ist ein schematisches Ersatzschaltbild der
Stromversorgung des in Fig. 17 gezeigten zehnten
Ausführungsbeispiels und des Lastladegleichrichters, und Fig. 19
ist eine Spannungs- Stromkennlinientafel der
Gleichstromkomponente des Ladegleichrichters.
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In Fig. 19 legen die Punkte A und B den erforderlichen
Steuerbereich der Gleichstromkomponente fest. Somit muß der
Transistor TR3 am Punkt A leitend geschaltet und am Punkt B
gesperrt sein, und im gesperrten Zustand des Transistor TR3 muß
der positive Strom größer als der negative Strom von I&sub3; sein.
Somit gilt:
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Wobei
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V&sub1;: ½ der Amplitude der Hochwechselausgangsspannung
-
RLP: Positiver Pseudoäquivalentwiderstand des Ladegleichrichters,
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RLN: Negativer Pseudoersatzwiderstand des Ladegleichrichters.
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Somit kann R&sub1;&sub2; folgendermaßen aus der Gleichung bestimmt
werden:
-
Ebenfalls müssen die Werte der Widerstand R3, R4 hinreichend
groß sein, um nicht die Genauigkeit der Feststellung zu
beeinträchtigen, da der Strom durch die Widerstände R3, R4
ebenfalls durch den Feststelwiderstand R3 für die
Gleichstromkomponente fließt.
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Der Differentialverstärker 2, der das Steuermittel zur
Steuerung des Basisstroms des Transistors TR3 des Serienregelers
4 nach dem Ausgangssignal der Feststellschaltung 3 für die
Gleichstromkomponente des Laststroms bildet, muß eine
hinreichend große Eingangsimpedanz besitzen, aus gleichem Grund
wie der für die Widerstände R3, R4.
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Die zuvor erläuterte Konfiguration teilt den sekundären
Hochspannungsstrom des Wechselhochspannungstransformators T1 in
einen negativen und einen positiven Gleichstrom durch die Dioden
D1 und D2 und steuert die Gleichstromkomponente des Laststroms
durch den Serienregeler 4, der die Stromsteuerschaltung bildet,
die einen dieser so aufgeteilten Ströme eingefügt ist.
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Auch die Gleichstromkomponente des Laststroms kann über den
positiven und negativen Bereich gesteuert werden, wie der
Widerstand R12, der parallel zur Stromsteuerschaltung eingefügt
ist, einen Widerstand besitzt, der größer als die Differenz
zwischen der positiven und negativen Pseudoersatzwiderstände des
Lastladegleichrichters ist.
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Zur Erzielung einer Weitbereichssteuerung bezüglich der
Gleichstromkomponente des Laststroms muß die Ausgangsspannung
des Serienregelers 4 in der Stromsteuerschaltung über einen
weiten Bereich variabel sein. Da der Serienregeler 4 die
angelegte Spannung durch Serienschaltung einer Vielzahl von
Transistoren TR3, TR4 aufteilt, ist diese nicht durch die
Grenzspanung des jeweiligen Transistors beschränkt. Somit kann
die Gleichstromkomponente des Laststroms des Ladegleichrichters
über einen weiten Bereich einschließlich positiver und negativer
Bereiche gesteuert werden, in denen der Basisstrom des
Transistors des Serienregelers 4 gemäß dem Ergebnis des
Vergleichs des Ausgangssignals der Feststellschaltung 3 mit der
Bezugsspannung VR im Operationsverstärker 2 gesteuert wird.
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Auch die Konfiguration des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird durch einen einfachen Aufbau und einen geringen
Leistungsverlust realisiert, im Vergleich mit herkömmlichen
Einrichtungen.
[11. Ausführungsbeispiel]
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Fig. 20 ist ein Schaltbild eines elften Ausführungsbeispiels
nach der vorliegenden Erfindung, worin gleiche oder äquivalente
Teile zu denen des zehnten Ausführungsbeispiels durch dieselben
Symbole dargestellt sind und nicht weiter erläutert werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Widerstände R6,
R7 parallel zum Serienregeler 4 vorgesehen und so ausgewählt,
daß sie einen Summenwiderstand besitzen, der dem Widerstand der
Widerstände R12 im zehnten Ausführungsbeispiel gleich ist,
wodurch der Widerstand R12 fortgelassen werden kann.
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Der Wert des Widerstands R8, der zwischen der Basis und dem
Emitter des Transistors TR3 vorgesehen ist, ist hinreichend
geringer als die Widerstände R6, R7 gewählt, und kann folglich
als vernachlässigbar angesehen werden.
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Auf diese Weise kann eine gleiche Wirkung wie im zehnten
Ausführungsbeispiel erzielt werden.
[12. Ausführungsbeispiel]
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Fig. 21 ist ein Schaltbild eines zwölften
Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung, wobei
gleiche oder aquivalente Teile mit denen des zehnten
Ausführungsbeispiels mit den gleichen Symbolen versehen sind und
nicht erneut beschrieben werden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Hochspannungs-
Feldeffekttransistoren (FET) Q3, Q4 als
Hochspannungstransistoren TR3, TR4 im Serienregeier 4 verwendet.
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Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 2 steuert die
Gate- Spannung des FET Q3. Da es keinen Strom gibt, der vom Gate-
Anschluß G zum Source- Anschluß 5 oder zum Drane- Anschluß D
fließt, benötigt die Stromquelle für den Differentialverstärker
2 keinen potentialfreien Zustand. Folglich ist der
Schaltungsaufbau vereinfacht, und es kann noch die gleiche
Wirkung wie im zehnten Ausführungsbeispiel erzielt werden.
[13. Ausführungsbeispiel]
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Fig. 22 ist ein Schaltbild eines dreizehnten
Ausführungsbeispiels nach der vorliegenden Erfindung, wobei
gleiche Teile oder aquivalente wie jene des zwölften
Ausführungsbeispiels mit den gleichen Symbolen versehen sind,
und nicht erneut erläutert werden.
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Mit einem Anwachsen des Stroms im Serienregeler 4 im zehnten
und elften Ausführungsbeispiel wird die Spannung über diesen
geringer, und der Basisstrom des Transistors TR4 fällt ebenfalls
ab. Folglich wird die Sättigungsspannung des Transistors TR4
bemerkenswert hoch, und der Steuerbereich der
Gleichspannungskomponente des Laststroms wird begrenzt.
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Aus diesem Grund wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel
das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände R6 und R7 auf
die Basis des Transistors TR4 durch einen Transistor TR5 in
Emitterfolgeverbindung gegeben. Der Kollektor des Transistors
TR5 ist mit einer potentialfreien Stromversorgungsquelle EF2
verbunden, die den Bezug am Emitter des Transistors TR4 findet.
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Basiswiderstände R6, R7 der Transistoren TR3, TR4 haben
Werte in einem Bereich von mehreren 100 Ω bis mehreren KΩ zur
Anhebung der Grenzspannungen der Transistoren.
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Fig. 23 veranschaulicht ein Beispiel der potentialfreien
Stromversorgungsquellen EF1, EF2 für das dreizehnte
Ausführungsbeispiel.
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Eine Hochfrequenzoszillatorschaltung 5 treibt einen
Impulstransformator T, dessen sekundäre Ausgangsspannung
gleichgerichtet wird, um eine potentialfreie Stromquelle EF1 für
den Differentialverstärker 2 und eine potentialfreie
Stromversorgung für den Emitterfolgetransistor TR5
bereitzustellen.
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Der zuvor erläuterte Aufbau stellt eine Wirkung bereit, die
derjenigen des zehnten Ausführungsbeispiels gleich ist, ohne
Begrenzung des variabelen Bereichs des Laststroms, der aus dem
Basisstrom der den Serienregeler 4 bildenden
Hochspannungstransistoren TR3, TR4 resultiert.
[Vierzehntes Ausführungsbeispiel]
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Fig. 24 ist ein Schaltbild eines vierzehntes
Ausführungsbeispiels, bei dem gleiche oder äquivalente Teile wie
jene des vorherigen Ausführungsbeispiels mit den gleichen
Symbolen versehen sind und nicht erneut erläutert werden.
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In diesem vierzehnten Ausführungsbeispiel werden die
potentialfreien Stromversorgungen EF1, EF2 nicht aus einem
Impulstransformator, sondern aus einer kapazitiv gekoppelten
Gleichrichterschaltung gewonnen.
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Die Ausgangsfrequenz der Oszillatorschaltung 5 wird so hoch
wie möglich ausgewählt, um die Kopplungskapazität zwischen der
Gleichrichterschaltung und der Oszillatorschaltung zu
minimieren. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die
Oszillatorfrequenz mit 500 KHz und die Kopplungskondensatoren
C42, C43, C44 und C45 werden mit 100 pF gewählt.
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Die zuvor erläuterte Konfiguration stellt eine gleiche
Wirkung wie diejenige des dreizehnten Ausführungsbeispiels
bereit, während die Kosten der potentialfreien Stromversorgung
reduziert und die Dämpfung der Wechselhochspannungsabgabe
minimiert wird.
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Wie im Vorstehenden erläutert, können die Schaltungen des
10- ten bis 14- ten Ausführungsbeispiels die
Gleichstromkomponente des Laststroms durch Aufteilen des
sekundären Hochspannungsstroms des
Wechselhochspannungstransformators in positive und negative
Gleichströme durch Dioden und das Einfügen einer
Stromsteuerschaltung in einen dieser Teilströme steuern.
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Auch die Gleichstromkomponente des Laststroms kann über
einen weiten Bereich einschließlich positiver und negativer
Bereiche gesteuert werden, da der Widerstand parallel zur
Stromsteuerschaltung angeordnet ist und einen Widerstand
besitzt, der größer als die Differenz zwischen den positiven und
negativen pseudoäquivalenten Widerständen des
Lastladegleichrichters ist.
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Da der Serienregeler aus einer Serienschaltung mehrerer
Transistoren zusammengesetzt ist, ist er nicht auf die
Grenzspannung des jeweiligen Transistors beschränkt, und die
Gleichstromkomponente des Laststroms des Ladegleichrichters, der
die Last bildet, kann über einen weiten Bereich vom negativen
zum positiven Bereich gesteuert werden, indem der Basisstroms
des Transistors gesteuert wird, der den Serienregeler bildet,
gemäß dem Ausgangssignai der Feststellschaltung. Auch die
Schaltungen dieses Ausführungsbeispiels werden durch einen
einfachen Aufbau und einen geringen Leistungsverlust realisiert,
im Vergleich mit herkömmlichen Schaltungen.
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Wie vorstehend erläutert, ermöglicht die vorliegende
Erfindung, die Gleichstromkomponente eines
Wechselstromausgangsspannung in einfacher Weise über einen
weiten Bereich zu steuern, der positive und negative Bereiche
einschließt.
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Die vorliegende Erfindung kann verschiedenen Abwandlungen
innerhalb des Bereichs und der Lehre der anliegenden
Patentansprüche erfahren. Obwohl die vorliegende Erfindung durch
eine Stromversorgungseinrichtung zur Verwendung in einem
Trennlader in einem elektrophotographischen Kopierer oder einem
elektrophotographischen Drucker verwendet wird, ist er
gleichermaßen auf andere Hochspannungserzeugungseinrichtungen
anwendbar, die eine Wechselspannung abgeben, in der eine
Gleichstromkomponente enthalten ist.
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Offenbart ist eine Wechselhochspannungs-
Stromversorgungsschaltung, die zur Verwendung in einem
Bilderzeugungsgerät eingerichtet ist, beispielsweise im
Trennlader eines elektrophotographischen Kopierers, und in der
Lage ist, die Gleichstromkomponente in einer Wechselhochspannung
über einen weiten Bereich zu steuern, der positive und negative
Bereiche umfaßt. Die Stromversorgungsschaltung enthält auf der
Niedrigspannungsseite eine Sekundärwicklung eines
Wechselhochspannungstransformators, eine
Konstantgleichstromschaltung, bestehend aus einem Transistor und
einer Diode, eine Konstantspannungsschaltung, die in
entgegengesetzter Polarität zur Konstantgleichstromschaltung
geschaltet ist&sub1; und eine Feststellschaltung zur Feststellung der
Gleichstromkomponente im Laststrom, und die Ausgangsspannungen
der Konstantspannungsschaltung und der
Konstantgleichstromschaltung werden gemäß dem Ausgangssignal der
Feststell schaltung gesteuert.
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Die Einrichtung wird durch einen einfachen Aufbau realisiert
und schafft einen großen Steuerbereich der Gleichstromkomponente
einschließlich positiver und negativer Bereiche und verursacht
einen geringen Leistungsverlust.