Source d'alimentation en courant régulé à noyau saturable.
La présente invention se rapporte ces sources
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matériau de noyau ayant des propriétés stables avec la température pour produire des tensions stables et régulées de sortie.
<EMI ID=2.1>
<EMI ID=3.1>
<EMI ID=4.1>
saturation magnétique pour maintenir une tension de sortie relativement constante. L'élément réglant, en combinaison avec un circuit résonnant dont la fréquence de résonance
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tension d'entrée, permet une régulation relativement efficace de la tension de sortie avec les variations de la charge et de la tension d'entrée. L'utilisation de composants réactifs passifs donne une fiabilité de fonctionnement.
<EMI ID=6.1>
en cause, des tensions excessives de sortie ne sont pas produites pendant des modes défectueux de fonctionnement.
Quand on fonctionne à une tension d'entrée relative-
<EMI ID=7.1>
une unité relativement compacte et de faible poids qui produit Tune régulation inhérente de la tension de sortie sans nécessiter un circuit' régulateur électronique relativement complexe et coûteux,
Pour obtenir une efficacité relativement bonne à une haute fréquence de fonctionnement de 16 kHz, le noyau magnétisable d'un transformateur ferrorésonnant peut être formé en un matériau magnétisable de relativement forte résistivité, tel qu'une ferrite. Même si l'on utilise un matériau du noyau en ferrite, les pertes par courant de
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l'enroulement relié au condensateur du transformateur ferrorésonnant, peuvent produire une augmentation sensible de température au-delà de la température ambiante dans
1 le noyau saturable.
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de Bsat du matériau du noyau saturable, une augmentation de la température de fonctionnement du noyau saturable
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isolé de la bobine qui est enroulé sur; le noyau. Des pertes relativement importantes ne sont pas souhaitables parce
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en courant et une haute température de fonctionnement peut imposer des conditions très restrictives sur l'isolement.
La présente invention a pour caractéristique la
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saturable choisi pour avoir une valeur de Bsat relative-
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Un matériau qui ne présente que l'une des deux propriétés souhaitables ci-dessus peut ne pas être approprié à une utilisation dans une source d'alimentation en courant
<EMI ID=16.1>
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention une source d'alimentation en courant régulé à noyau saturable comprend une source de tension d'entrée, un moyen relié à la source développe un courant d'excitation, une bobine magnétisable comprend un section de noyau saturable.Un enroulement est placé sur le noyau. Des moyens sont sensibles au courant d'excitation pour produire un flux magnétique dans le noyau magnétisable, qui relié l'enroulement pour développer une tension de sortie de polarité alternante.
'") Une capacité est associée à 1'.enroulement pour produire en conjonction avec le moyen développant . le courant d'excitation, un champ de forces de magnétisation de polarité alternante dans la section de noyau saturable.
Le champ de :forces magnétisable produit un flux magnétique qui sature sensiblement magnétiquement la section de noyau saturable pendant chaque cycle de la tension de sortie de polarité alternante afin de produire un courant résonnant dans la capacité pour régler la tension de sortie de, polarité alternante.
La section de noyau saturable est formée en une feuille de lithium ou ferrite de lithium disubstituée..
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant
<EMI ID=17.1>
lesquels :
- la figure 1 montre une source d'alimentation en courant à réactance saturable ferrorésonnanie à haute fréquence utilisant un matériau de noyau saturable ayant une densité de flux de saturation relativement stable avec la température et une coercivité relativement faible, comme une ferrite de lithium ou une ferrite de lithium disubsituée, selon l'invention ;
- la figure 2 montre une alimentation en tension finale réactance saturable ferrorésonnante à haute fréquence utilisant les mêmes matériaux de noyau saturable eu des matériaux semblables à ceux de la figure 1 ;
- la figure 3 montre des courbes de densité de flux de saturation, sur l'axe des abscisses, en fonction de la température, sur l'axe des ordonnées, pour divers types
de ferrites magnétisables ; et
- la figure 4 montre une autre configuration de noyau et d'enroulement que celle de la. figure 1 ; <EMI ID=18.1>
Nomarski de surfaces polies de divers exemples.
Sur la figure 1 est illustrée une alimentation en
<EMI ID=19.1>
fréquence 10 qui développe une tension régulée de polarité alternante aux bornes 18 et 19 pour exciter un circuit de charge illustré schématiquement sur la figure 1 comme une
<EMI ID=20.1>
d'exemple conçue pour produire une tension de sortie régulée relativement faible V. sor Par exemple de 24 volts valeur efficace.
L'alimentation eu courant 10 comprend un oscillateur
de courant à haute fréquence 23 qui produit une tension
<EMI ID=21.1>
17 et une self d'entrée 25 qui. applique la haute tension alternante d'entrée à un agencement de réactance saturable ferrorésonnante à haute fréquence 24. L'agencement 24 comprend un condensateur résonnant 26 relié entre les bornes de sortie 18 et 19 et à un enroulement de réactance 22 d'un élément magnétique saturable ou réactance saturable SR.
<EMI ID=22.1>
22 qui est enroulé sur une bobine creuse en matière plastique
21 et un noyau magnétisable 20 placé dans l'enroulement
22 et la bobine 21.
Un courant de magnétisation s'écoule dans l'enroulement
22 pour produire un fiât magnétique alternant dans le
noyau magnétisable 20 qui unit l'enroulement afin de
<EMI ID=23.1>
la source de. tension alternante d'entrée 23 qui est reliée à l'enroulement 22 par la self d'entrée 25 . et partiellement du courant produit par.le condensateur résonnant 26.
<EMI ID=24.1>
variations d'amplitude de la tension d'entrée et contre des variations de charge au moyen de l'action ferrorésonnante de l'agencement à réactance saturable ferrorésonnante 24 qui force l'inductance de l'élément magnétique saturable
SR à passer entre un état d'impédance inductive relativement
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1> <EMI ID=27.1>
Quand la réactance saturable SR est à l'état de forte impédance, ayant à titre d'exemple, une impédance 10 fois
<EMI ID=28.1>
de magnétisation relativement faible s'écoule dans l'enroulement 22 de la réactance. Les volts-secondes imprimés au
<EMI ID=29.1>
courant de magnétisation s'écoule dans l'enroulement 22, produisent une inversion de flux dans le noyau magnétisable
20 et accumulation subséquente de flux en direction opposée Quand la réactance saturable SR présente une forte impédance, le point de fonctionnement magnétique du noyau magnétisa-
<EMI ID=30.1>
tique B-H du matériau magnétisable du noyau, en dessous du
<EMI ID=31.1>
Quand les volts-secondes imprimés à l'enroulement 22
<EMI ID=32.1>
change pour une valeur relativement faible. Un courant circulant ou résonnant -s'écoule alors entre le condensateur résonnant 26 et l'enroulement de réactance 22, produisant. une impulsion de courant dans l'enroulement et forçant la
<EMI ID=33.1>
. Pour produire une régulation relativement bonne de la tension de sortie, il peut être souhaitable de concevoir la réactance saturable de façon que son inductance soit aussi faible que possible pendant la saturation magnétique du noyau 20. La grandeur de l'inductance saturée de l'enroulement 22 ou de Inductance pendant l'intervalle où le noyau 20 est magnétiquement saturé peut être choisie à titre d'exemple, égale à 1/10 la grandeur de l'impédance
<EMI ID=34.1>
La source de tension alternée d'entrée 23 peut comprendre un oscillateur de puissance sinusoïdale .ou en créneau à haute fréquence fonctionnant à une fréquence d'entrée relativement élevée, par exemple de 16 à 20 kHz. Quand
on fonctionne à une fréquence d'entrée relativement élevée l'alimentation en courant ferrorésonnantelO peut être une unité relativement compacte et de faible poids qui produit une régulation inhérente de la tension de sortie sans devoir utiliser un circuit de réglage électronique relativement complexe.
Le fonctionnement à haute fréquence permet l'utilisation d'inductances de faible valeur pour la self d'entrée 25 et de condensateurs de faible valeur pour le condensateur
<EMI ID=35.1>
une tension continue régulée, alors le circuit de charge R1 comprend un agencement redresseur qui est relié à un condensateur de filtrage où est développée la tension continue. Le fonctionnement de la source d'alimentation
<EMI ID=36.1>
saturable ferrorésonnante 24.
Le fonctionnement de la source d'alimentation 10 à une haute fréquence permet de concevoir la bobine de réactance saturable SR sous forme d'une unité petite et compacte comme cela est illustré sur la figure 1, le noyau 20 se composant d'une seule dalle de matériau magnétisable. D'autres configurations de la réactance saturable SR peuvent également être utilisées. Comme cela est illustré sur la figure 4, la réactance saturable SR
<EMI ID=37.1>
122 enroulé sur le noyau et ayant des conducteurs extrême.-, non représentés sur la figure 4,reliés au condensateur
26 de la figure 1.
Quand la source d'alimentation en courant ferrorésonnante
10 fonctionne aux fréquences d'entrée relativement élevées
<EMI ID=38.1> <EMI ID=39.1>
<EMI ID=40.1>
comme matériau magnétisable pour le noyau de la réactance saturable. Des ferrites magnétisables peuvent être préparées pour présenter une résistance relativement élevée à la
<EMI ID=41.1>
Par ailleurs, de nombreuses ferrites magnétisables présentent également des perméabilités insaturées suffisamment importantes et des densités de flux de saturation
<EMI ID=42.1>
des réactances saturables ferrorésonnantes et des transformateurs pour permettre à la réactance saturable de présenter des inductances non saturées relativement importantes sans nécessiter une aire en coupe 'transversale trop importante ou -un nombre excessif de spires d'enroulement pour une tension de sortie donnée.
Quand on utilise une ferrite magnétisable comme matériau du noyau dans un agencement de réactance saturable ferrorésonnante à haute fréquence, le flux magnétique traverse sensiblement toute la caractéristique de boucle
<EMI ID=43.1>
chaque cycle de la tension de sortie de polarité alternante. Une énergie proportionnelle à la surface de la boucle majeure d'hystérésis B-H se dissipe pendant chaque cycle sous forme de chaleur dans le volume du matériau du noyau. Le noyau magnétisable de la réactance saturable chauffe par conséquent à une température supérieure à la température ambiante de fonctionnement à l'équilibre qui est fonction de : 1)les pertes par hystérésis et courants de
<EMI ID=44.1>
rapport aire superficielle/volume et 3) la conductivité thermique du matériau de ferrite. La géométrie de dalles minces du noyau 20 de la figure 1 et la géométrie grande et à parois minces du noyau de la figure 4 donnent un
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important pour donner un refroidissement relativement bon du noyau.
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
noyau saturable. La tension de sortie diminue:) par exemple, avec des densités décroissantes de flux. La grandeur du changement de la densité de flux de saturation avec la température de nombreuses ferrites magnétisables est relativement -importante, ce qui rend ces ferrites relativement peu adaptées à une utilisation dans une source d'alimenta-
<EMI ID=48.1>
nécessitant la production d'une tension de sortie relativement stable.
Une ferrite magnétisable stable avec la température
<EMI ID=49.1>
ferrite magnétisable choisie parmi inné ferrite de lithium et une ferrite de lithium substituée. Une ferrite de lithium substituée appropriée peut comprendre une ferrite de lithium-manganèse ou une ferrite de lithium-zinc. Quand elles sont bien fabriquées, de telles ferrites contenant un cation de lithium présentent les propriétés avantageuses à la fois d'une densité de flux de saturation
<EMI ID=50.1>
ment faible. Ainsi, pour une utilisation comme matériau de noyau saturable dans un système de réactance saturable
<EMI ID=51.1>
lithium substituée produit un changement relativement faible de la tension régulée de sortie avec un :changement de la température de fonctionnement du noyau, et en même temps permet à l'augmentation de la température de fonctionnement du noyau due à l'augmentation de température induite par les pertes par hystérésis et par courant de
<EMI ID=52.1>
peuvent être substitués partiellement par des quantités <EMI ID=53.1>
Les ferrites utilisées comme faisant partie de la présente invention sont obtenues en mélangeant les ingré-
<EMI ID=54.1>
<EMI ID=55.1>
de ferrite d'une façon traditionnelle, ce matériau est cuit à des températures d'au moins environ 1200[deg.]C et pouvant
<EMI ID=56.1>
Si la température du frittage ou agglomération est trop faible, le champ coercif est trop élevé Si la température
<EMI ID=57.1>
formant des cavités posant . des problèmes cosmétiques et des problèmes de résistance mécanique.
Bien que: la raison exacte pour . laquelle la ferrite
<EMI ID=58.1>
ne soit pas connue on pense que la présence d'oxyde de bismuth agit comme une phase liquide pour la formation d'une ferrite de lithium ayant une dimension du grain cristallin importante qui se forme pendant la cuisson à haute température.
l'oxyde de bismuth est de préférence a jouter avant l'étape de calcination, mais peut également être ajouté après cette étape de calcination. L'oxyde de bismuth peut
<EMI ID=59.1>
quand un mélange assez uniforme de ferrite et d'oxyde de <EMI ID=60.1>
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
Exemple
<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1>
<EMI ID=65.1>
pendant deux heures, le solvant a été retiré par filtration le matériau a été .séché et calciné pendant deux heures à
<EMI ID=66.1>
a été pressé et cuit dans l'oxygène à diverses températures .
<EMI ID=67.1>
ambiante.
<EMI ID=68.1>
noyau a été déterminée en usage réel -dans -un transformateur ferrorésonnant à haute fréquence (HFFRT). Les échantillons ci-dessus ont été comparés à un échantillon commercialisé de ferrite de lithium, Trans-Tech Inc. 71-3750, désigné par le Témoin.
<EMI ID=69.1>
<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1> la température du noyau diminuent tandis que la température de frittage ou agglomération d'une ferrite de lithium augmente.
Exemple 2
Une ferrite de lithium a été formée selon l'exemple 1, mais en faisant varier la quantité de l'agent de frittage, l'oxyde de bismuth� ajouté pendant l'étape initiale de <EMI ID=73.1>
tous les cas. Les résultats sont résumés ci-dessous au
<EMI ID=74.1>
<EMI ID=75.1>
<EMI ID=76.1>
Les données ci-dessus montrent que la valeur de Hc et
<EMI ID=77.1>
quantité d'oxyde de bismuth ajouté augmente.
Exemple 3
Une ferrite de lithium a été formée comme suit : on a
<EMI ID=78.1>
pendant deux heures, on a filtré pour retirer le solvant, on a séché puis on a calciné pendant deux heures dans
<EMI ID=79.1>
bille pendant 24 heures, filtré sous vide et on y a ajouté
<EMI ID=80.1>
été pressé à la forme souhaitée dans une matrice en acier et cuit à l'oxygène à une température de 14300C où il a
<EMI ID=81.1>
<EMI ID=82.1>
température ambiante.
Des échantillons pressés de ce matériau avaient de meilleures propriétés de perte par hystérésis, ayant une
<EMI ID=83.1>
Exemple 4
<EMI ID=84.1>
<EMI ID=85.1>
formé en boulettes et calciné par chauffage à 900[deg.]C pendant 1 heure. Le matériau a été pulvérisé (50 % des particules passant à travers un tamis ayant 16 mailles par centimètre) et transformé en bouillie avec 2000 parties d'eau désionisée contenant 25 parties de glycérine, 25 parties de polyéthylène glycol d'un poids moléculaire de 200, 100 parties d'alcool polyvinylique, gelvatol 20-30, commercialisé par DuPont de
<EMI ID=86.1>
de silice (commercialisée sous le nom de Cabosil MS7 par Cabot Corporation), 0,16 partie de carbonate de calcium commercialisé sous forme de poussière de marbre et 10 parties d'un agent dispersant Tamol 901 commercialisé par Rohm et Haas Company. La bouillie a été broyée à la bille jusqu'à
<EMI ID=87.1>
tion pour retirer l'eau, refroidie, on y a ajouté 5 parties de stéarate de lithium comme lubrifiant et le matériau a été pressé jusqu'à une densité 2,91g/cc dans un moule pour obtenir la forme souhaitée.
Les noyaux ont été cuits à l'oxygène à 1300[deg.]C pendant
<EMI ID=88.1>
refroidis à la température ambiante. La ferrite de lithium
<EMI ID=89.1>
Exemple 5
Les surfaces de plusieurs échantillons de ferrite de lithium, préparés - comme aux exemples 1 et 2 , ont été polies et la dimension du grain a été .mesurée sur des micrographies .de Nomarski, représentées sur les figures 5 à 8.
<EMI ID=90.1>
Tableaum
<EMI ID=91.1>
Exemple 6
<EMI ID=92.1>
du manganèse et du manganèse et du zinc en plus du lithium selon le procédé général de l'exemple limais en faisant varier la température de cuisson. Tous les échantillons contenaient 1 % en poids d'oxyde -de bismuth.
<EMI ID=93.1>
seul ou du manganèse et du zinc sont ajoutés ., mais la stabilité à la température de la densité de flux de saturation
<EMI ID=94.1>
<EMI ID=95.1>
<EMI ID=96.1>
<EMI ID=97.1>
Une première série est résumée ci-dessous au tableau IV où varie la teneur: en .zinc. Ces échantillons ont été cuits
<EMI ID=98.1>
<EMI ID=99.1>
<EMI ID=100.1>
Une seconde série a été faite en utilisant la même
<EMI ID=101.1>
sont résumés ci-dessous au tableau V.
Tableau V
<EMI ID=102.1>
<EMI ID=103.1>
améliorée à des températures plus basses de cuisson.
Un troisième série faisait varier la teneur en manganèse et la température de cuisson. Les résultats sont résumés
<EMI ID=104.1>
<EMI ID=105.1>
<EMI ID=106.1>
Exemple 7
<EMI ID=107.1>
1300[deg.] C mais en faisant varier l'oxyde de bismuth présent.
<EMI ID=108.1>
<EMI ID=109.1>
<EMI ID=110.1>
En se référant maintenant à la figure 3, les courbes
de la densité de flux de saturation Bsat en fonction de la température sont illustrées pour diverses compositions
de ferrite magnétisable exprimées par leur formule de fractions de mois. A la densité de flux obtenue à une attaque de force de magnétisation de 5 0 oersted a été de façon conventionnelle assignée la densité de flux de saturation de nomenclature Bsat. La pente de chaque courbe est une mesure de s�bilité à la température pour Bsat pour la composition de ferrite. La pente de la courbe détermine
<EMI ID=111.1>
de Bsat par degré centigrade.
En général: moins est importante la pente de la courbe de la figure 3, d'autant plus stable à la température est la compositbn de ferrite et d ' autant mieux adaptée est cette composition pour une utilisation comme matériau de noyau magnétisable dans une source d'alimentation en courant ferrorésonnant à haute fréquence, à condition que la coercivité H du matériau ne soit:pas excessive. En général,
<EMI ID=112.1>
lithium formulés pour produire des courbes semblables aux courbes B; C et E peuvent être utilisés comme matériaux magnétisables du noyau saturable dans une source d'alimentation en courant ferrorésonnant à haute fréquence conçue de façon appropriée. Chacune des trois compostions de <EMI ID=113.1>
utilisant une quantité prédéterminée d'oxyde de bismuth
<EMI ID=114.1>
de grains microscopiques importants de ferrite et produire
<EMI ID=115.1>
relativement faible.
La courbe E est obtenue pour une simple composition
<EMI ID=116.1>
indiqué ci-dessus. La ferrite de lithium de la courbe E a un coefficient de température relativement faible
<EMI ID=117.1>
<EMI ID=118.1>
est suffisamment faible pour empêcher une augmentation excessive de la température du noyau pendant le fonction-
<EMI ID=119.1>
nant à haute fréquence conçue de façon appropriée.
S'il devient souhaitable de limiter encore l'augmentation de la température du noyau pendant un fonctionnement de l'alimentation en courant ferrorésonnante, des compositions de ferrite de lithium d'une structure de ferrospinelle mélangé ou substitué représentées par les courbes B et C de la figure 3 peuvent être utilisées . La courbe B
<EMI ID=120.1>
utilisé pour la substitution , tandis que la courbe C
<EMI ID=121.1>
la ferrite de lithium-manganèse de la courbe C . L'introduction de zinc ou de manganèse comme substitutions dans
<EMI ID=122.1>
comparaison à la coercîvité de nombreuses formules du
<EMI ID=123.1> <EMI ID=124.1>
<EMI ID=125.1>
mélangé avec la ferrite de lithium -zinc ayant une température de Curie de 570[deg.]C et la ferrite de lithium-
<EMI ID=126.1>
fait des températures réduites de Curie des ferrospinelles
<EMI ID=127.1> ferrite --le lithium-zinc et 0,96 partie par millier par degré centigrade'pour la ferrite de lithium-manganèse.
<EMI ID=128.1>
sement mélangés contenant des cations de lithium comme on l'a décrit ci-dessus sont bien adaptés comme ferrites
<EMI ID=129.1>
<EMI ID=130.1>
<EMI ID=131.1>
sont souhaitables dans une ferrite magnétisable pour une utilisation dans un agencement de réactance saturable :
ferrorésonnante parce qu'un faible coefficient de tempéra-
<EMI ID=132.1>
ment de la tension de sortie pour un changement relativement important de la température du noyau et' indique également qu'il n' y aura qu'une relativement faible chute, de la tension régulée de sortie tandis que le noyau magnétisable s'échauffera jusqu' à sa température de fonctionnement à
<EMI ID=133.1> atteinte par le matériau du noyau n'est pas excessive
D'autres ferrites magnétisables utilisées dans les
<EMI ID=134.1>
si l'on souhaite que la tension de sertie soit stable avec des changements de température et où l'on- souhaite éviter une augmentation excessive de la température du noyau. La courbe A, par exemple, représente la courbe d'une densité de flux de saturation en fonction de la température pour une ferrite de manganèse-zinc utilisée comme matériau
<EMI ID=135.1>
téléviseur. Une telle ferrite de manganèse-zinc peut, par exemple, est une ferrite RCA 540 fabriquée par RCA
<EMI ID=136.1>
<EMI ID=137.1>
<EMI ID=138.1>
de manganèse-zinc ontgénéralement de faibles températures de Curie, avec la ferrite de manganèse-zinc de la courbe A
<EMI ID=139.1>
<EMI ID=140.1>
-3,3 parties par millier par degré centigrade.
Sur une gaume typique de température de fonctionnement
<EMI ID=141.1>
de flux de saturation de la ferrite de manganèse-zinc de la courbe.A diminue d'environ 25% à partir d'une valeur
<EMI ID=142.1>
important pourcentage de changement de la densité de flux de saturation peut produire un pourcentage aussi important et non souhaible de changement de la tension régulée de
<EMI ID=143.1>
Ainsi, bien que la coercivité Hc de la ferrite de manganèsezinc de la courbe A scit sensiblement plus faible que les coercivités des ferrites contenant du lithium des courbes B,C et E, ce qui donne une augmentation de la température du noyau considérablement plus faible dans le noyau saturable de manganèse-zinc, le coefficient excessivement important de température de la densité de flux de saturation de la ferrite de manganèse-zinc rend ce matériau non approprié à une utilisation dans une source d'alimentation en courant ferrorésonnant à haute fréquence à moins que des assurés élaborées de refroidissement ne soient prises pour limiter sensiblement l'augmentation de température du noyau.
Même alors, un changement de la température ambiante produira un changement sensible de la densité de flux quelle que soit la conception thermique incorporée.
<EMI ID=144.1>
de la courbe D peuvent également ne pas être adaptés comme matériaux du noyau saturable même si la ferrite de nickel
<EMI ID=145.1>
<EMI ID=146.1>
de l'ordre de 5,0 oersted ou environ 7 fois la coercivité de la ferrite de lithium et des ferrites substituées de lithium des courbes B, C et E. La coercivité relativement élevée de la ferrite de nickel produit une augmentation excessive de la température du noyau quand cette ferrite est utilisée comme matériau pour un noyau saturable dans une source d'alimentation en couant ferrorésonnante à haute fréquence. Ainsi, bien que le coefficient relativement faible de température de la ferrite de nickel donne une chute de la tension régulée de.sortie induite par la température relativement faible, l'augmentation excessive
<EMI ID=147.1>
spéciales de refroidissement ne soient utilisées ou que l'on utilise un matériau d'isolement des fils conducteurs et pour les bobines de qualité supérieure . La coercivité relativement élevée de la ferrite de nickel, indiquant
<EMI ID=148.1>
nement de l'alimentation en courant relativement inefficace.
La figure 2 illustre une source d'alimentation en courant ferrorésonnante à haute fréquence utilisant une ferrite de lithium stable à la température ou une ferrite de lithium substituée, produisant une tension finale régulée pour un téléviseur.Sur la figure 2, une source 27 de tension d'alimentation du secteur à basse fréquence et de polarité alternante est appliquée au bornes d'entrée 32 et 33 d'un pont redresseur double alternance 28 pour . produire une tension continue non régulée Ven à une borne de sortie 30. Un condensateur de filtrage 29 est relié entre la borne de sortie 30 et une borne de retour de courant 31 du pont redresseur 28. La tension d'entrée Ven est appliquée à une self d'entrée 34 pour exciter un générateur de déviation horizontale 35 pour qu'il produise un courant de balayage dans un enroulement de déviation horizontale
36.
Le générateur de déviation horizontale 35 comprend un étage oscillateur horizontal et d'attaque 41, un
<EMI ID=149.1>
d'un condensateur d'aller ou de mise en forme de S 37.
La tension impulsionnelle de retour horizontal 42
<EMI ID=150.1>
développée au collecteur du transistor de sortie horizontale 40 à une borne 43. est appliquée par un conden- . sateur de blocage en courant continu 44 et une inductance d'entrés 45. pour exciter" un agencement de réactance
<EMI ID=151.1>
L'agencement 46 comprend un condensateur résonnant 47 relié aux bornes d'un enroulement 48 qui est enroulé sur un noyau magnétisable 49 et saturable composé de la ferrite de lithium ou de la ferrite de lithiua substituée ci-dessus mentionnée. L'inductance insaturée de l'enroulement 48
de la réactance est , à titre d'exemple , de 2 millihenrys tandis que l'Inductance saturée est à titre d'exemple de
<EMI ID=152.1>
développée par l'agencement 46 est appliquée à l'enroulement primaire d'un auto-transformateur survolteur à haute
<EMI ID=153.1>
teur 50 est relié à un circuit à haute tension 51 qui peut comprendre, à titre d'exemple, un agencement multiplicateur à haute tension, pour produire une tension continue finale
à une borne finale d'un tube-image d'un téléviseur, non représenté.
Dans la source d'alimentation en courant final ferrorésonnante à haute fréquence 60 pour téléviseur de la <EMI ID=154.1> par le générateur de déviation 35 comprend la tension alternante d'entrée appliquée à l'agencement 46 de réactance saturable ferrorésonnante.
Dans un agencement préféré, la source de tension alternante d'entrée à haute fréquence et non régulée comprend un inverseur à haute fréquence produisant une tension à
haute fréquence en créneau à partir d'une tension continue d'entrée non régulée. L'agencement de réactance saturable ferroré sonnante comprend un transformateur ferrorésonnant avec la tension d'entrée en créneau dérivée de l'inverseur qui est appliquée à l'enroulement primaire du transforma- <EMI ID=155.1>
régulée B+ de balayage pour un générateur de déviation horizontale , . Un enroulement à haute tension est relié de
<EMI ID=156.1>
régulée est dérivée de la tension de polarité alternante régulée développée dans l'enroulement à haute tension.
<EMI ID=157.1>
<EMI ID=158.1> <EMI ID=159.1>
<EMI ID=160.1>
<EMI ID=161.1>
décrit, en ce qui concerne l'utilisation de ferrite de lithium ou de ferrite de lithium substituée dans une source d'alimentation en courant ferrorésonnante à haute fréquence,
<EMI ID=162.1>
<EMI ID=163.1>
ferrite de lithium substituée comme matériau du noyau saturable du transformateur .
Par ailleurs, selon les enseignements dé la demande de
<EMI ID=164.1>
<EMI ID=165.1>
saturable du noyau magnétisable du transformateur ferro- résonnant doit être formée en ferrite de lithium du
<EMI ID=166.1>
bénéfiques, actuellement enseignés,- de l'utilisation d'un
<EMI ID=167.1>
demande, pour présenter des propriétés magnétiques qui sont bénéfiques quand le noyau magnétisable fonctionnne dans la région sensiblement linéaire de sa courbe carac-
<EMI ID=168.1>
demande de Babcock ci:-dessus mentionnée.
Les tableaux 1 et 2 donnés ci-après, illustrent les effets de l'utilisation de divers matériaux pour la section secondaire du noyau saturable dans un noyau en ferrite en deux matériaux pendant le fonctionnement d'un transformateur ferroréscnnant de téléviseur produisant une ten-
<EMI ID=169.1>
régulée comme cela est décrit dans la demande US ci-dessus mentionnée au nom de W.E. Babcock et autres.. Le matériau primaire du noyau pour chacun des exemples d'un matériau
de section secondaire du noyau est une ferrite de manganèsezinc . Le transformateur ferrorésonnant a été utilisé comme
<EMI ID=170.1>
<EMI ID=171.1>
<EMI ID=172.1>
<EMI ID=173.1>
courant de téléviseur était de 98 watts pour un courant de faisceaux de 1 mill i-ampère.
Les exemples 1 et 2 des tableaux illustrent l'usage avantageux d'une ferrite de lithium, exemple ? 1 des tableaux , ou d'une ferrite de lithium substituée, comme une ferrite de lithium-manganèse-zinc, exemple N[deg.] 2, selon la présente invention , en considérant l'utilisation de ferrite de lithium ou de ferrite de lithium substituée dans une source d'alimentation en courant ferrorésonnant
à haute fréquence . Au contraite, les résultats sont également donnés lors d'une utilisation d'une ferrite de
<EMI ID=174.1>
<EMI ID=175.1>
noyau saturable.
Les vâeurs du tableau 1 à la colonne identifiée par
<EMI ID=176.1>
au-dessus d'une température ambiante de 25[deg.] C quis se produisent dans la section de noyau secondaire saturable du transformateur ferrorésonnant après mise en marche du téléviseur et alors que la température du noyau a atteint sa valeur d'équilibre. Les valeurs dans la colonne iden-
<EMI ID=177.1>
tension finale en dessous de la tension nominale de 32 kilovolts développée par le transformateur ferrorésonnant ......
quand le téléviseur est mis d'abord en marche. La tension
<EMI ID=178.1>
matériaux des exemples ? 1 à N[deg.] 4, même si les matériaux diffèrent par la densité de flux de saturation Bsat, en maintenant constant le flux total de saturation en ajustant l'aire en coupe transversale du noyau saturable. La valeur de la densité de flux obtenue à une force de magnétisation de 25 oersted a été avantageusement désignée par Bsat. Les
<EMI ID=179.1>
<EMI ID=180.1>
<EMI ID=181.1>
<EMI ID=182.1>
et de la ferrite de lithium-manganèse-zinc est en dessous
<EMI ID=183.1>
<EMI ID=184.1>
qui produit une chute de haute.tension de moins de 2,4 kilovolts par rapport à la valeur nominale de 32 kilovolts.
<EMI ID=185.1>
tableaux, une augmentation relativement faible de la température du noyau de b T est produite, due en partie à la
<EMI ID=186.1>
zinc. Néanmoins, la ferrite de manganèse-zinc peut être un matériau de noyau saturable non satisfaisant à utiliser
<EMI ID=187.1>
due en partie au coefficient relativement élevé de tempéra-
<EMI ID=188.1>
zinc produit un changement fractionné relativement important de la tensim finale de 110 parties par millier et. peut ainsi ne pas être acceptable comme matériau de la section secondaire de noyau saturable.
La ferrite de .nickel, exemple N[deg.] 4 des tableaux, présente un coefficient relativement bon de température
<EMI ID=189.1>
Néanmoins, la ferrite de nickel peut ne pas être un matériau satisfaisant de noyau saturable du fait de sa coercivité relativement importante de 5,0 oersteds.La coercivité importante donne une augmentation excessive de température <EMI ID=190.1>
<EMI ID=191.1>
Un changement fractionné raisonnablement acceptable
<EMI ID=192.1>
changement égal ou inférieur à 75 parties par millier entre les points*terminaux de la gamme normale de température
<EMI ID=193.1>
sur la gamme normale de température de fonctionnement du noyau peut être égale ou inférieure à 1,5 parties par millier par degré centigrade. Une valeur acceptable-de
<EMI ID=194.1>
paramètres tels que le degré de régulation souhaité
de tension de sortie, la gamme des températures comprenant
<EMI ID=195.1>
s'attendre à ce que l'alimentation en courant fonctionne
de façon satisfaisante, la dimension de l'écran du tubeimage et la consommation de courant, la température maximum permissible des composants et la quantité d'excès de balayage permis pendant le fonctionnement du téléviseur.
Ainsi, selon . l'invention , l'utilisation de ferrite de lithium et de ferrite de lithium substituée possédant les propriétés d'un faible coefficient de température de densité de flux de saturation et d'une faible coer civité est extrêmement bénéfique pour la conception-d'une source d'alimentation en courant ferrorésonnante qui produit une tension de sortie qui est relativement insensible à des changements de température et qui produit une augmentation assez limitée de la température du noyau saturable audessus de la température ambiante.
Les autres propriétés souhaitables que la ferrite de lithium peut posséder sont une résistivité relativement élevée et une caractéristique de boucle d'hystérésis B-H relativement carrée -.Un rapport de forme carrée .peut être défini par Br/Bmax où Br est la rétentivité du matériau et est la densité de flux que l'on obtient s une
<EMI ID=196.1>
carrés égal ou supérieur à 0,6 peut être souhaitable pour obtenir une meilleure régulation de la tension de sortie.
Tableau 1
<EMI ID=197.1>
Tableau 2
<EMI ID=198.1>
REVENDICATIONS
1 Source d * alimentation en courant régulé à noyau saturable du type comprenant : une source de tension d'entrée ; un moyen relié à ladite source pour produire une courant d'excitation ; un noyau magnétisable ayant une section de noyau saturable ; un enroulement placé sur ledit noyau ; un moyen sensible audit courant d'excitation pour
<EMI ID=199.1>
lie ledit enroulement pour produire une tension de sortie de polarité alternante ; une capacité associée audit enrou-
<EMI ID=200.1>
loppant un courant d'excitation, un champ de forces de magné- . tisation de polarité alternante dans ladite section dé noyau saturable, ledit champ produisant un flux magnétique qui sature sensiblement magnétiquement ladite section de noyau, saturable pendant chaque cycle de la tension de
<EMI ID=201.1>
<EMI ID=202.1>
de sortie de polarité alternante, caractérisée en ce que ladite section de noyau saturable. (20) est formée d'une ferrite de lithium ou d'une ferrite de lithium substituée.
Regulated current power source with saturable core.
The present invention relates to these sources
<EMI ID = 1.1>
core material having stable properties with temperature to produce stable and regulated output voltages.
<EMI ID = 2.1>
<EMI ID = 3.1>
<EMI ID = 4.1>
magnetic saturation to maintain a relatively constant output voltage. The regulating element, in combination with a resonant circuit whose resonant frequency
<EMI ID = 5.1>
input voltage, allows relatively efficient regulation of the output voltage with variations in load and input voltage. The use of passive reactive components gives operational reliability.
<EMI ID = 6.1>
in question, excessive output voltages are not produced during faulty operating modes.
When operating at a relative input voltage-
<EMI ID = 7.1>
a relatively compact and lightweight unit which produces inherent regulation of the output voltage without requiring a relatively complex and expensive electronic regulator circuit,
To obtain relatively good efficiency at a high operating frequency of 16 kHz, the magnetizable core of a ferroresonant transformer can be formed from a magnetizable material of relatively high resistivity, such as ferrite. Even if a ferrite core material is used, the current losses of
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
the winding connected to the capacitor of the ferroresonant transformer, can produce a significant increase in temperature beyond the ambient temperature in
1 the saturable nucleus.
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
of the saturable core material's Bsat, an increase in the saturable core operating temperature
<EMI ID = 12.1>
isolated from the coil which is wound on; the core. Relatively large losses are not desirable because
<EMI ID = 13.1>
in current and a high operating temperature can impose very restrictive conditions on the insulation.
The characteristic of the present invention is the
<EMI ID = 14.1>
saturable chosen to have a relative Bsat value-
<EMI ID = 15.1>
A material which exhibits only one of the two desirable properties above may not be suitable for use in a power supply
<EMI ID = 16.1>
According to a preferred embodiment of the invention, a regulated current supply source with saturable core comprises an input voltage source, a means connected to the source develops an excitation current, a magnetizable coil comprises a section of saturable core. A winding is placed on the core. Means are sensitive to the excitation current to produce a magnetic flux in the magnetizable core, which connects the winding to develop an output voltage of alternating polarity.
A capacitance is associated with the winding to produce, in conjunction with the developing means, the excitation current, a field of magnetizing forces of alternating polarity in the saturable core section.
The magnetizable force field produces a magnetic flux which substantially magnetically saturates the saturable core section during each cycle of the alternating polarity output voltage in order to produce a resonant current in the capacitor to adjust the output voltage of alternating polarity.
The saturable core section is formed from a lithium sheet or disubstituted lithium ferrite.
The invention will be better understood, and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example illustrating
<EMI ID = 17.1>
which :
- Figure 1 shows a power source with saturable reactance high frequency ferroresonnanie using a saturable core material having a relatively stable saturation flux density with temperature and a relatively low coercivity, such as a lithium ferrite or a disubstituted lithium ferrite according to the invention;
- Figure 2 shows a final voltage supply saturable high frequency ferroresonant reactance using the same saturable core materials had materials similar to those of Figure 1;
- Figure 3 shows saturation flux density curves, on the abscissa axis, as a function of temperature, on the ordinate axis, for various types
magnetizable ferrites; and
- Figure 4 shows a different configuration of core and winding than that of the. figure 1 ; <EMI ID = 18.1>
Nomarski of polished surfaces from various examples.
In Figure 1 is illustrated a supply of
<EMI ID = 19.1>
frequency 10 which develops a regulated voltage of alternating polarity at terminals 18 and 19 to excite a load circuit illustrated diagrammatically in FIG. 1 as a
<EMI ID = 20.1>
example designed to produce a relatively low regulated output voltage V. sor For example 24 volts rms.
The power supply 10 includes an oscillator
of high frequency current 23 which produces a voltage
<EMI ID = 21.1>
17 and an input choke 25 which. applies the alternating high input voltage to a saturable high frequency ferroresonant reactance arrangement 24. The arrangement 24 comprises a resonant capacitor 26 connected between the output terminals 18 and 19 and to a reactance winding 22 of a magnetic element saturable or saturable reactance SR.
<EMI ID = 22.1>
22 which is wound on a hollow plastic spool
21 and a magnetizable core 20 placed in the winding
22 and coil 21.
A magnetizing current flows in the winding
22 to produce a magnetic strand alternating in the
magnetizable core 20 which unites the winding in order to
<EMI ID = 23.1>
the source of. alternating input voltage 23 which is connected to the winding 22 by the input choke 25. and partially of the current produced by the resonant capacitor 26.
<EMI ID = 24.1>
variations in amplitude of the input voltage and against variations in charge by means of the ferroresonant action of the ferroresonant saturable reactance arrangement 24 which forces the inductance of the saturable magnetic element
SR to switch between a relatively inductive impedance state
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1> <EMI ID = 27.1>
When the saturable reactance SR is in the high impedance state, having for example an impedance 10 times
<EMI ID = 28.1>
of relatively weak magnetization flows in the winding 22 of the reactance. Volt-seconds printed at
<EMI ID = 29.1>
magnetization current flows in winding 22, produces a flow reversal in the magnetizable core
20 and subsequent accumulation of flux in opposite direction When the saturable reactance SR has a high impedance, the magnetic operating point of the magnetized nucleus
<EMI ID = 30.1>
tick B-H of the magnetizable material of the core, below the
<EMI ID = 31.1>
When the volts-seconds printed at the winding 22
<EMI ID = 32.1>
changes to a relatively small value. A circulating or resonant current then flows between the resonant capacitor 26 and the reactance winding 22, producing. a current pulse in the winding and forcing the
<EMI ID = 33.1>
. To produce relatively good regulation of the output voltage, it may be desirable to design the saturable reactance so that its inductance is as low as possible during the magnetic saturation of the core 20. The magnitude of the saturated inductance of the winding 22 or Inductance during the interval when the core 20 is magnetically saturated can be chosen by way of example, equal to 1/10 the magnitude of the impedance
<EMI ID = 34.1>
The alternating input voltage source 23 may comprise a high frequency sinusoidal or square wave oscillator operating at a relatively high input frequency, for example from 16 to 20 kHz. When
operating at a relatively high input frequency the ferroresonant current supply O can be a relatively compact unit and of low weight which produces an inherent regulation of the output voltage without having to use a relatively complex electronic adjustment circuit.
The high frequency operation allows the use of low value inductors for the input choke 25 and low value capacitors for the capacitor
<EMI ID = 35.1>
a regulated DC voltage, then the charging circuit R1 comprises a rectifier arrangement which is connected to a filtering capacitor where the DC voltage is developed. Power source operation
<EMI ID = 36.1>
saturable ferroresonant 24.
The operation of the power source 10 at a high frequency makes it possible to design the saturable reactance coil SR in the form of a small and compact unit as illustrated in FIG. 1, the core 20 consisting of a single slab of magnetizable material. Other configurations of the saturable reactance SR can also be used. As illustrated in Figure 4, the saturable reactance SR
<EMI ID = 37.1>
122 wound on the core and having extreme conductors, not shown in FIG. 4, connected to the capacitor
26 of Figure 1.
When the ferroresonant power supply
10 operates at relatively high input frequencies
<EMI ID = 38.1> <EMI ID = 39.1>
<EMI ID = 40.1>
as magnetizable material for the core of the saturable reactance. Magnetizable ferrites can be prepared to exhibit relatively high resistance to
<EMI ID = 41.1>
Furthermore, many magnetizable ferrites also have sufficiently high unsaturated permeabilities and saturation flux densities
<EMI ID = 42.1>
saturating ferroresonant reactances and transformers to allow the saturable reactance to present relatively large unsaturated inductances without requiring too large a cross-sectional area or an excessive number of winding turns for a given output voltage.
When a magnetizable ferrite is used as the core material in a saturable, high frequency ferroresonant reactance arrangement, the magnetic flux passes through substantially all of the loop characteristic
<EMI ID = 43.1>
each cycle of the alternating polarity output voltage. An energy proportional to the area of the major hysteresis loop B-H dissipates during each cycle in the form of heat in the volume of the core material. The magnetizable core of the saturable reactance consequently heats to a temperature above the ambient operating temperature at equilibrium which is a function of: 1) the losses by hysteresis and currents of
<EMI ID = 44.1>
surface area / volume ratio and 3) the thermal conductivity of the ferrite material. The geometry of thin slabs of the core 20 of FIG. 1 and the large and thin-walled geometry of the core of FIG. 4 give a
<EMI ID = 45.1>
important to give relatively good core cooling.
<EMI ID = 46.1>
<EMI ID = 47.1>
saturable nucleus. The output voltage decreases :) for example, with decreasing flux densities. The magnitude of the change in saturation flux density with the temperature of many magnetizable ferrites is relatively large, making these ferrites relatively unsuitable for use in a power source.
<EMI ID = 48.1>
requiring the production of a relatively stable output voltage.
Temperature stable magnetizable ferrite
<EMI ID = 49.1>
magnetizable ferrite chosen from innate lithium ferrite and a substituted lithium ferrite. A suitable substituted lithium ferrite can include a lithium-manganese ferrite or a lithium-zinc ferrite. When properly made, such ferrites containing a lithium cation exhibit the advantageous properties of both a saturation flux density
<EMI ID = 50.1>
mentally weak. So, for use as a saturable core material in a saturable reactance system
<EMI ID = 51.1>
substituted lithium produces a relatively small change in the regulated output voltage with a: change in the operating temperature of the core, and at the same time allows the increase in the operating temperature of the core due to the temperature increase induced by hysteresis and current losses from
<EMI ID = 52.1>
may be partially substituted with quantities <EMI ID = 53.1>
The ferrites used as part of the present invention are obtained by mixing the ingredients
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
of ferrite in a traditional way, this material is baked at temperatures of at least about 1200 [deg.] C and being able
<EMI ID = 56.1>
If the temperature of the sintering or agglomeration is too low, the coercive field is too high If the temperature
<EMI ID = 57.1>
forming posing cavities. cosmetic problems and mechanical resistance problems.
Although: the exact reason for. which ferrite
<EMI ID = 58.1>
is not known it is believed that the presence of bismuth oxide acts as a liquid phase for the formation of a lithium ferrite having a large dimension of the crystal grain which is formed during cooking at high temperature.
bismuth oxide is preferably added before the calcination step, but can also be added after this calcination step. Bismuth oxide can
<EMI ID = 59.1>
when a fairly uniform mixture of ferrite and oxide of <EMI ID = 60.1>
<EMI ID = 61.1>
<EMI ID = 62.1>
Example
<EMI ID = 63.1>
<EMI ID = 64.1>
<EMI ID = 65.1>
for two hours the solvent was removed by filtration the material was dried and calcined for two hours at
<EMI ID = 66.1>
was pressed and cooked in oxygen at various temperatures.
<EMI ID = 67.1>
ambient.
<EMI ID = 68.1>
core was determined in real use -in a high frequency ferroresonant transformer (HFFRT). The above samples were compared to a commercial sample of lithium ferrite, Trans-Tech Inc. 71-3750, designated by the Witness.
<EMI ID = 69.1>
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
<EMI ID = 72.1> the core temperature decreases while the sintering or agglomeration temperature of a lithium ferrite increases.
Example 2
A lithium ferrite was formed according to Example 1, but by varying the amount of the sintering agent, bismuth oxide � added during the initial stage of <EMI ID = 73.1>
all cases. The results are summarized below at
<EMI ID = 74.1>
<EMI ID = 75.1>
<EMI ID = 76.1>
The above data shows that the value of Hc and
<EMI ID = 77.1>
amount of bismuth oxide added increases.
Example 3
A lithium ferrite was formed as follows:
<EMI ID = 78.1>
for two hours, filtered to remove the solvent, dried and then calcined for two hours in
<EMI ID = 79.1>
ball for 24 hours, vacuum filtered and added to it
<EMI ID = 80.1>
was pressed to the desired shape in a steel die and baked with oxygen at a temperature of 14300C where it
<EMI ID = 81.1>
<EMI ID = 82.1>
ambient temperature.
Pressed samples of this material had better hysteresis loss properties, having a
<EMI ID = 83.1>
Example 4
<EMI ID = 84.1>
<EMI ID = 85.1>
formed into pellets and calcined by heating at 900 [deg.] C for 1 hour. The material was pulverized (50% of the particles passing through a sieve having 16 meshes per centimeter) and transformed into a slurry with 2000 parts of deionized water containing 25 parts of glycerine, 25 parts of polyethylene glycol with a molecular weight of 200 , 100 parts of polyvinyl alcohol, gelvatol 20-30, marketed by DuPont de
<EMI ID = 86.1>
silica (marketed as Cabosil MS7 by Cabot Corporation), 0.16 part of calcium carbonate marketed in the form of marble dust and 10 parts of a dispersing agent Tamol 901 marketed by Rohm and Haas Company. The porridge was ball milled to
<EMI ID = 87.1>
tion to remove the water, cooled, 5 parts of lithium stearate were added to it as a lubricant and the material was pressed to a density 2.91 g / cc in a mold to obtain the desired shape.
The cores were cooked with oxygen at 1300 [deg.] C for
<EMI ID = 88.1>
cooled to room temperature. Lithium ferrite
<EMI ID = 89.1>
Example 5
The surfaces of several samples of lithium ferrite, prepared - as in Examples 1 and 2, were polished and the grain size was measured on Nomarski micrographs, shown in Figures 5 to 8.
<EMI ID = 90.1>
Table
<EMI ID = 91.1>
Example 6
<EMI ID = 92.1>
manganese and manganese and zinc in addition to lithium according to the general method of the Limais example by varying the cooking temperature. All samples contained 1% by weight of bismuth oxide.
<EMI ID = 93.1>
only manganese and zinc are added, but the temperature stability of the saturation flux density
<EMI ID = 94.1>
<EMI ID = 95.1>
<EMI ID = 96.1>
<EMI ID = 97.1>
A first series is summarized below in Table IV where the content varies: .zinc. These samples have been cooked
<EMI ID = 98.1>
<EMI ID = 99.1>
<EMI ID = 100.1>
A second series was made using the same
<EMI ID = 101.1>
are summarized below in Table V.
Table V
<EMI ID = 102.1>
<EMI ID = 103.1>
improved at lower cooking temperatures.
A third series varied the manganese content and the cooking temperature. Results are summarized
<EMI ID = 104.1>
<EMI ID = 105.1>
<EMI ID = 106.1>
Example 7
<EMI ID = 107.1>
1300 [deg.] C but by varying the bismuth oxide present.
<EMI ID = 108.1>
<EMI ID = 109.1>
<EMI ID = 110.1>
Referring now to Figure 3, the curves
of the saturation flux density Bsat as a function of temperature are illustrated for various compositions
of magnetizable ferrite expressed by their formula of fractions of months. Conventionally, the flux density obtained with a magnetization force attack of 50 oersted has been assigned the saturation flux density of the nomenclature Bsat. The slope of each curve is a measure of temperature sability for Bsat for the composition of ferrite. The slope of the curve determines
<EMI ID = 111.1>
of Bsat per centigrade degree.
In general: the smaller the slope of the curve in FIG. 3, the more stable the temperature is the ferrite composition and the more suitable this composition is for use as a magnetizable core material in a source of 'high frequency ferroresonant current supply, provided that the coercivity H of the material is not: excessive. In general,
<EMI ID = 112.1>
lithium formulated to produce curves similar to curves B; C and E can be used as magnetizable materials for the saturable core in an appropriately designed high frequency ferroresonance current supply. Each of the three compositions of <EMI ID = 113.1>
using a predetermined amount of bismuth oxide
<EMI ID = 114.1>
large microscopic grains of ferrite and produce
<EMI ID = 115.1>
relatively small.
Curve E is obtained for a simple composition
<EMI ID = 116.1>
indicated above. The lithium ferrite of curve E has a relatively low temperature coefficient
<EMI ID = 117.1>
<EMI ID = 118.1>
is low enough to prevent an excessive increase in core temperature during operation-
<EMI ID = 119.1>
appropriately designed high frequency.
If it becomes desirable to further limit the increase in the temperature of the core during operation of the ferroresonant current supply, lithium ferrite compositions of a mixed or substituted ferrospinel structure represented by curves B and C of Figure 3 can be used. Curve B
<EMI ID = 120.1>
used for substitution, while curve C
<EMI ID = 121.1>
the lithium-manganese ferrite of curve C. The introduction of zinc or manganese as substitutions in
<EMI ID = 122.1>
comparison to the coercity of many formulas of
<EMI ID = 123.1> <EMI ID = 124.1>
<EMI ID = 125.1>
mixed with lithium ferrite -zinc having a Curie temperature of 570 [deg.] C and lithium ferrite-
<EMI ID = 126.1>
made of reduced Curie temperatures of the ferrospinelles
<EMI ID = 127.1> ferrite - lithium-zinc and 0.96 parts per thousand per centigrade degree for lithium-manganese ferrite.
<EMI ID = 128.1>
mentally mixed containing lithium cations as described above are well suited as ferrites
<EMI ID = 129.1>
<EMI ID = 130.1>
<EMI ID = 131.1>
are desirable in a magnetizable ferrite for use in a saturable reactance arrangement:
ferroresonant because a low temperature coefficient
<EMI ID = 132.1>
of the output voltage for a relatively large change in core temperature and also indicates that there will be only a relatively small drop in regulated output voltage while the magnetizable core will heat up at its operating temperature at
<EMI ID = 133.1> reached by the material of the core is not excessive
Other magnetizable ferrites used in
<EMI ID = 134.1>
if it is desired that the crimp tension is stable with temperature changes and where it is desired to avoid an excessive increase in the temperature of the core. Curve A, for example, represents the curve of a saturation flux density as a function of temperature for a manganese-zinc ferrite used as material
<EMI ID = 135.1>
TV. Such a manganese-zinc ferrite can, for example, be an RCA 540 ferrite manufactured by RCA
<EMI ID = 136.1>
<EMI ID = 137.1>
<EMI ID = 138.1>
of manganese-zinc generally have low Curie temperatures, with the manganese-zinc ferrite of curve A
<EMI ID = 139.1>
<EMI ID = 140.1>
-3.3 parts per thousand per centigrade degree.
On a typical operating temperature balm
<EMI ID = 141.1>
saturation flux of the manganese-zinc ferrite of the curve. A decreases by about 25% from a value
<EMI ID = 142.1>
large percentage change in saturation flux density can produce such a large and undesirable percentage change in regulated voltage
<EMI ID = 143.1>
Thus, although the coercivity Hc of the manganese ferriteinc of curve A is significantly lower than the coercivity of ferrites containing lithium of curves B, C and E, which gives a considerably lower increase in the temperature of the nucleus in the saturable manganese-zinc core, the excessively large temperature coefficient of the saturation flux density of the manganese-zinc ferrite makes this material unsuitable for use in a high frequency ferroresonant power source unless that sophisticated cooling devices are not taken to significantly limit the increase in core temperature.
Even then, a change in ambient temperature will produce a significant change in flux density regardless of the thermal design incorporated.
<EMI ID = 144.1>
of curve D may also not be suitable as saturable core material even if nickel ferrite
<EMI ID = 145.1>
<EMI ID = 146.1>
on the order of 5.0 oersted or about 7 times the coercivity of lithium ferrite and lithium substituted ferrites of curves B, C and E. The relatively high coercivity of nickel ferrite produces an excessive increase in temperature of the core when this ferrite is used as material for a saturable core in a high frequency ferroresonant current supply. Thus, although the relatively low temperature coefficient of nickel ferrite gives a drop in regulated output voltage induced by the relatively low temperature, the excessive increase
<EMI ID = 147.1>
special cooling systems are used, or a conductor insulation material is used, and for high quality coils. The relatively high coercivity of nickel ferrite, indicating
<EMI ID = 148.1>
relatively inefficient power supply.
Figure 2 illustrates a high frequency ferroresonance power supply using a temperature stable lithium ferrite or a substituted lithium ferrite, producing a regulated final voltage for a television set. In Figure 2 a voltage source 27 AC power supply at low frequency and alternating polarity is applied to the input terminals 32 and 33 of a full-wave rectifier bridge 28 for. produce an unregulated direct voltage Ven at an output terminal 30. A filtering capacitor 29 is connected between the output terminal 30 and a current return terminal 31 of the rectifier bridge 28. The input voltage Ven is applied to a input choke 34 to energize a horizontal deflection generator 35 to produce a sweep current in a horizontal deflection winding
36.
The horizontal deflection generator 35 comprises a horizontal oscillating and driving stage 41, a
<EMI ID = 149.1>
of a go or shaping capacitor of S 37.
The horizontal return pulse voltage 42
<EMI ID = 150.1>
developed at the collector of the horizontal output transistor 40 at a terminal 43. is applied by a condenser. DC blocking sector 44 and an inductor of inputs 45. to excite a reactance arrangement
<EMI ID = 151.1>
The arrangement 46 comprises a resonant capacitor 47 connected to the terminals of a winding 48 which is wound on a magnetizable and saturable core 49 composed of the lithium ferrite or the above-mentioned substituted lithium ferrite. The unsaturated inductance of the winding 48
reactance is, for example, 2 millihenrys while saturated inductance is for example
<EMI ID = 152.1>
developed by arrangement 46 is applied to the primary winding of a high boost self-transformer
<EMI ID = 153.1>
tor 50 is connected to a high voltage circuit 51 which may include, for example, a high voltage multiplier arrangement, to produce a final direct voltage
to a final terminal of a picture tube of a television, not shown.
In the high frequency ferroresonant 60 final power supply for television of the <EMI ID = 154.1> by the deflection generator 35 comprises the alternating input voltage applied to the arrangement 46 of saturated ferroresonant reactance.
In a preferred arrangement, the unregulated high frequency alternating input voltage source comprises a high frequency inverter producing a voltage at
high frequency in niche from an unregulated DC input voltage. The ringing ferrorous saturable reactance arrangement includes a ferroresonant transformer with the niche input voltage derived from the inverter which is applied to the primary winding of the transformer. <EMI ID = 155.1>
regulated B + sweep for a horizontal deflection generator,. A high voltage winding is connected
<EMI ID = 156.1>
regulated is derived from the voltage of regulated alternating polarity developed in the high voltage winding.
<EMI ID = 157.1>
<EMI ID = 158.1> <EMI ID = 159.1>
<EMI ID = 160.1>
<EMI ID = 161.1>
describes, with regard to the use of lithium ferrite or substituted lithium ferrite in a high frequency ferroresonant current supply source,
<EMI ID = 162.1>
<EMI ID = 163.1>
substituted lithium ferrite as the material for the saturable core of the transformer.
Furthermore, according to the lessons learned from the request for
<EMI ID = 164.1>
<EMI ID = 165.1>
of the magnetizable core of the ferro-resonant transformer must be formed from lithium ferrite of the
<EMI ID = 166.1>
beneficial, currently being taught, - the use of a
<EMI ID = 167.1>
application, to present magnetic properties which are beneficial when the magnetizable core operates in the substantially linear region of its characteristic curve.
<EMI ID = 168.1>
Babcock's request above: Above mentioned.
Tables 1 and 2 given below illustrate the effects of using various materials for the secondary section of the saturable core in a two-material ferrite core during the operation of a ferrorescendent television transformer producing a voltage
<EMI ID = 169.1>
regulated as described in the above-mentioned US application on behalf of W.E. Babcock et al. The primary material of the core for each of the examples of a material
of secondary section of the core is a ferrite of manganèsezinc. The ferroresonant transformer was used as
<EMI ID = 170.1>
<EMI ID = 171.1>
<EMI ID = 172.1>
<EMI ID = 173.1>
TV current was 98 watts for a beam current of 1 mill i-amp.
Examples 1 and 2 of the tables illustrate the advantageous use of a lithium ferrite, example? 1 of the tables, or of a substituted lithium ferrite, such as a lithium-manganese-zinc ferrite, example N [deg.] 2, according to the present invention, considering the use of lithium ferrite or lithium ferrite substituted in a ferroresonant current supply
at high frequency. On the contrary, the results are also given when using a ferrite of
<EMI ID = 174.1>
<EMI ID = 175.1>
saturable nucleus.
The winners from table 1 to the column identified by
<EMI ID = 176.1>
above an ambient temperature of 25 [deg.] C which occur in the saturable secondary core section of the ferroresonant transformer after switching on the television and when the core temperature has reached its equilibrium value. The values in the iden- column
<EMI ID = 177.1>
final voltage below the nominal voltage of 32 kilovolts developed by the ferroresonant transformer ......
when the TV is first turned on. Voltage
<EMI ID = 178.1>
example materials? 1 to N [deg.] 4, even if the materials differ in the saturation flux density Bsat, keeping the total saturation flux constant by adjusting the cross-sectional area of the saturable nucleus. The value of the flux density obtained at a magnetization force of 25 oersted has been advantageously designated by Bsat. The
<EMI ID = 179.1>
<EMI ID = 180.1>
<EMI ID = 181.1>
<EMI ID = 182.1>
and lithium-manganese-zinc ferrite is below
<EMI ID = 183.1>
<EMI ID = 184.1>
which produces a high voltage drop of less than 2.4 kilovolts compared to the nominal value of 32 kilovolts.
<EMI ID = 185.1>
arrays, a relatively small increase in the core temperature of b T is produced, due in part to the
<EMI ID = 186.1>
zinc. However, manganese-zinc ferrite can be an unsatisfactory saturable core material to use
<EMI ID = 187.1>
partly due to the relatively high temperature coefficient
<EMI ID = 188.1>
zinc produces a relatively large fractional change in the final tensim of 110 parts per thousand and. thus may not be acceptable as a material for the saturable core secondary section.
.Nickel ferrite, example N [deg.] 4 of the tables, has a relatively good temperature coefficient
<EMI ID = 189.1>
However, nickel ferrite may not be a satisfactory saturable core material due to its relatively high coercivity of 5.0 oersteds.The high coercivity gives an excessive increase in temperature <EMI ID = 190.1>
<EMI ID = 191.1>
A reasonably acceptable split change
<EMI ID = 192.1>
change equal to or less than 75 parts per thousand between the end points * of the normal temperature range
<EMI ID = 193.1>
over the normal operating temperature range of the core can be equal to or less than 1.5 parts per thousand per centigrade degree. Acceptable value-of
<EMI ID = 194.1>
parameters such as the desired degree of regulation
of output voltage, the temperature range including
<EMI ID = 195.1>
expect the power supply to work
satisfactorily, the size of the picture tube screen and current consumption, the maximum permissible temperature of the components and the amount of excess scanning allowed during operation of the television.
So according to. the invention, the use of lithium ferrite and substituted lithium ferrite having the properties of a low temperature coefficient of saturation flux density and of a low co-activity is extremely beneficial for the design of a a ferroresonant current supply source which produces an output voltage which is relatively insensitive to temperature changes and which produces a fairly limited increase in the temperature of the saturable nucleus above ambient temperature.
The other desirable properties that lithium ferrite can possess are a relatively high resistivity and a relatively square hysteresis loop characteristic BH - a square shape ratio. Can be defined by Br / Bmax where Br is the retentivity of the material and is the flux density that we get s a
<EMI ID = 196.1>
squares equal to or greater than 0.6 may be desirable for better regulation of the output voltage.
Table 1
<EMI ID = 197.1>
Table 2
<EMI ID = 198.1>
CLAIMS
1 Source of regulated current supply with saturable core of the type comprising: an input voltage source; means connected to said source for producing an excitation current; a magnetizable core having a saturable core section; a winding placed on said core; a means sensitive to said excitation current for
<EMI ID = 199.1>
links said winding to produce an alternating polarity output voltage; a capacity associated with said winding
<EMI ID = 200.1>
developing an excitation current, a field of magnetic forces. alternating polarity in said saturable core section, said field producing a magnetic flux which substantially saturates said core section, saturable during each cycle of the voltage
<EMI ID = 201.1>
<EMI ID = 202.1>
output of alternating polarity, characterized in that said saturable core section. (20) is formed from a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite.