CN1083648A - 电视接收机用高压扫描变压器 - Google Patents

Abstract

一种电视接收机的高压扫描变压器。在这种变 压器中，被传输到初级电路中并在扫描偏置电流中产 生高频干扰谐波电流的振荡出现在高压电路尤其在 扫描开始处。这些谐波在重显的图像上表现为所谓 的幕。轴向上绕组的长度(L)与高压绕组(6)的外径 (D)的比例做得明显小于1。有多个高压整流二极 管(7)分开地布置在分格的线圈架(4)相同轴向位置 的周边上。本发明尤其适于有增强高压和要求高质 量的电视接收机。

Description

本发明涉及一种高压扫描变压器，它包括初级绕组的线圈架，高压绕组围绕的分格线圈架以及多个二极管。

在这种高压变压器中，当高压整流二极管不再导通时，在扫描开始处，在高压电路中将发生高频振荡，这种高频振荡是由杂散电感和杂散电容引起的并被传输到初级电路中。由于扫描偏转线圈没有用开关晶体管（在正向扫描前半程导通）及回扫二极管（在正向扫描后半程导通）完全去耦，与扫描频率相关的高频谐波电流在扫描开始时出现在扫描偏置电流中。这些谐波在图像上沿导致了所谓的幕效应。另外，谐波在变压器的线圈和铁芯的铁氧体内产生损耗。此外，因为谐波的频率较高，当在低信号电平下工作时，谐波的作用在电视接收机的信号处理级相当于附加辐射源。

为了减小谐波的幅度，已知可在扫描输出级的工作电压通路中连入所谓的“Ri电路”。这包括一个平行的阻尼振荡电路，其振荡频率调到谐波的频率。Ri电路形成了这些杂频率的陷井，使扫描偏置电流中的谐波幅度减小。但这种Ri电路十分昂贵，特别是当它是为扫描输出级的满工作电流而构造时。

本发明的目的是要构造一种高压扫描变压器，所采用的方法是使扫描偏置电流中出现的谐波幅度减小到可以容许的大小而不采用上述谐振电路。本发明的电视接收机的高压扫描变压器包括初级绕组3的线圈架2，有高压绕组6围绕的分格线圈架4和多个二极管7。特征在于：

a）轴向绕组的总长L与高压绕组6的外径D之比做得明显小于1;

b）分别有多个二极管7，在相同轴向位置的周边上分布地被布置在分格线圈架4上。

这样，在本质上，本发明在于高压变压器的一种新型几何尺寸。对已知高压变压器，轴向绕组的总长与高压线圈外径之比明显大于1，而本发明的变压器，这个比值明显小于1。与轴向长而直径相对较短的变压器相反，发明的变压器轴向上相对较短并具有相比之下较大的外径。乍看起来，表面上这种尺寸设计必然显现出不利情况，原因是：

由于这种结构轴向长度较短，用于容纳高压绕组的总绕线腔数必然减少，例如从16减到9。然而为获得所预定的高压，总匝数必须保持相同。这意味着每个绕线腔的匝数要增加，即各个绕线腔绕得更满。因而绕线腔中的自身容量要增加。而每个绕组的谐振频率也因此下降，结果是，例如，调节高压绕组到仅13H是可能的，这里H是行扫描频率，但调到21H则不再可能。然而，由于谐振频率的减小，按照傅里叶原理，谐波幅度又要增大。结果，人们首先得假定，由于变压器的新型结构，扫描偏置电流中的干扰谐波的幅度进一步增加。

然而令人惊奇的是出现了谐波幅度非但没有增加却反而减小了许多的现象。这种奇异效应的原因如下：除去绕线腔中的高压绕组的每个分绕组的绕组电容外，还存在每个高压绕组和初级绕组间有效的耦合电容。实际上每个绕线腔中的耦合电容不为本发明的结构所改变。但是绕线腔的总数由于轴向长度减小而显著减少，如从15到9。结果，绕线腔中各个高压绕组与初级绕组间耦合电容的总和减少。高压绕组与初级绕组间的实际容性耦合因之减小。这意味着，次级绕组对初级绕组的有效影响相应地减少。然而，就由于谐振，在次级绕组中产生的谐波被耦合到扫描偏置电流中而言，这种影响是决定性的。既然，本发明大大减少了次级绕组对初级绕组的容性影响，扫描偏置电流中的谐波幅度也相应减少。结果产生了这样的变压器，它在没有任何明显花费的情况下实现了扫描偏置电中的干扰谐波的大大减小。这种减少足大以致能够省去以前用在扫描偏置电流电路中的Ri电路。这样，前面所述的由于次级绕组与初级绕组间磁耦合减少引起的不利令人惊奇地完全被这些绕组间总有效容性耦合的减少这样的令人惊奇的优点所弥补。

对于30-35KV的特别高的高压，更新型的高压变压器中应用了分散（split）二极管的原理，它要求多个（约12～15个）高压整流二极管，这些二极管沿轴向排列在绕线腔壁上或线圈架内的绕线腔上。由于本发明的线圈架结构的轴向长度短，线圈架上很难容纳这样多的二极管。这个困难可由这样的特点所克服，即将若干个，特别是4个二极管分开排列在分格的线圈架周边上。通过这种方法，轴向较短的线圈架容纳所需数目的二极管没什么困难。这种方法在早些时候的申请P4129678中有更全在的描述。

按照本发明的进一步改进，初级线圈上沿与次级线圈的下沿间的空隙构造得尽可能地没有电场。通过这种方法，位移电流引起的电介质损耗在很大程度上被减小。这种无电场的空间可通过按能在彼此相对的绕组区域中产生大致相同的幅度和极性的脉冲的方式支撑和排布初级和次级绕组来获得。为使线圈架轴向上的初级绕组上沿处的脉冲的幅度尽可能相等并且相应于高压绕组底部的幅度，初级绕组最好分成多层，这些层沿径向叠架。在较低端即面向铁芯一端，供给初级绕组工作电压，以使初级绕组在最外围传输与高压绕组底部脉冲电压的幅度、频率和相位尽可能相似的脉冲电压。包括初、次级绕组间无电场空间的这类高压变压器在DE-OS4039673中更全面地描述。

本发明将在下文借助草图详细阐述。这里：

图1显示本发明的高压变压器的剖面图。

图2是说明工作方法的等效电路图。

图3是图1中高压整流二极管的一种布置。

图4为根据图3所示变压器的俯视图。

图1所示为一电视接收机用高压变压器，包括铁芯1、初级绕组3的线圈架2、高压绕组6的分格线圈架4，高压绕组6布置在线圈架4的绕线腔5中。根据分散二极管原理，与高压绕组6互连的高压整流二极管7被排列在形成绕线腔5的线圈架4的壁上。初级绕组3包括两个并联的分层绕组，每个绕组有八层，这两个绕组沿轴向依次排列。

绕组3、6的轴向长度L与绕组6的外径D的比设计得明显小于1，在0.5-0.85的量级。由于这种轴向短而径向长的结构，初级绕组3与高压绕组6间的总有效耦合电容大大减小。正如已经所述的，这是基于这样的事实，即绕线腔5的数量显著减小（绕线腔5中的绕组各与初级绕组形成一定的耦合电容）。次级绕组6与初级绕组3之间决定绕组的总耦合电容的总表面面积与已知变压器相比得到显著的减少。由于总容性耦合的减少，在扫描偏置电流中产生有害谐波振幅的容性电流的幅值也相应减少。

图2示出解释上述工作方法的等效电路图。如图所示，扫描偏置变压器Tr包括初级绕组3和每个在图1中位于绕线腔5中的高压绕组6。实际上配有约6-10个这种高压绕组。高压整流二极管7与绕组6串联。产生的高压UH供给显像管8。图中还示出由扫描频率开关电压9控制的开关晶体管10、回扫（fly    back）二极管11、正切电容器12和扫描偏转线圈13。迭加有高频谐波iow的扫描偏置电流ia流过偏转线圈13。每个高压绕组6与其绕组电容Ce一起形成一振荡电路，该电路调节为扫描频率H的奇数倍谐波如13H。耦合电容Ck在各高压绕组6和初级绕组3间是有效的。这样，总体上，耦合电容n＊Ck在整个高压绕组6与初级绕组3间有效，这里n为高压绕组的6个数，也即绕线腔5的个数。于是，由于减少了轴向上的结构长度L，n值显著减小，从而高压绕组6与初级绕组3间总的有效容性耦合减少。

图3为线圈架4上的二极管7的特定布置。在绕线腔或绕线腔壁上的相同轴向位置上，分别有4个二极管7a-7d均匀分布在线圈架4的周围。这样，尽管轴向结构长度L较小，如图1所示的具有二极管布置的变压器中的线圈架4可以容纳16个二极管。

图4示出一种根据图3的排列方法，其中4个二极管7a-7d布置在三个较宽的绕线腔壁14中的每一个上，即共12个二极管。分格的线圈架4的绕线腔5的数最好在6-10个的量级。初级绕组3或两个分绕组的导数最好在5-12的量级。

本发明进一步改进的目的是利用一种新型的变压器结构减少二极管和各高压绕组的热负载而不增加尺寸。

根据这种进一步改进，所有的二极管仅排布在线圈架两端的二个腔壁上。因而，线圈架两端的两绕线腔最好比其它绕线腔装入的分绕组少，最好只装一半或完全空下来。由于所有的二极管只能放入线圈架端部的腔壁上，几个二极管（特别是4个）排布在一个绕线腔壁上，各自分布于其周边。

由于所有的二极管只被置于线圈架的端部，而高压绕组的分绕组分布在线圈架的绕线腔中，并且从电路来看，二极管位于分绕组之间，所以分绕组端部与二极管接线端间存在相对较长的回馈路径。于是，在绕组终端已经在轴向上通过绕线腔被反馈的绕线腔内绕线是不可能的。通常情况下，这种绕组终端就必须跨过多个已经绕线的绕线腔。根据本发明的进一步改进，如果线圈架轴向上彼此相继的绕线腔按这样的顺序绕线，上述布置就可实现，即：从一个二极管或一支撑点到一张线腔的绕组线仅在先前已经绕过线的绕线腔上安置。因而，在各绕线腔顺序被绕线的轴向上，为相邻的绕线腔组形成了相反的绕线方向。这种绕线过程在较早的专利申请P4129678中描述过。

这种方法是基于下述考虑。由于高压绕组的分绕组与二极管的位置相邻，导致绕组和二极管间显著的互热。正如所看到的，在轴向上线圈架的中央这种发热尤其大。结果，二极管被从线圈架中央移到线圈架边缘，那里热负载相当低。二极管于是被从非常危险的区域移开，可以说是从危险的“火线”上移开。由此使得由分绕组和二极管形成的两热源实现了最佳去耦，其中这些热源现在均匀分布于圆柱中。

总之，二极管的热负载也随之显著减少，以致可以使二极管经受更严酷的电压电流的激励，或者可以采用廉价的二极管，或者降低二极管由于热载引起的击穿率。

这个进一步的改进在下文借助图5-7阐述。

图5示出分格的线圈架4，它有多个由绕线腔壁14形成的绕线腔5，其中布置有高压绕组的分绕组6。线圈架4其容纳8个高压整流二极管7a-7d。二极管7a-7d分布于线圈架4一端的绕线腔壁14a的周边上，二极管7e-7h排布于线圈架4另一端的绕线腔壁14f上。结果，所有的绕线腔5或腔壁14间没有任何二极管。

图6表明二极管7a-7d均匀分布地布置于线圈架4的绕线腔壁14a的周边上。按相似方式，二极管7e-7h排布在对应腔壁14f上。

图7示出线圈架4的一个放大的局部剖面图，线圈架4包括绕线腔壁14、线圈架4两端的两个腔壁14a和14f、绕线腔5、高压分绕组6a-6h和二极管7。电气等效电路图在图7的上半部分给出，其中每个二极管7位于两分绕组6之间。但在空间安排上，所有二极管7a-7h仅位于两绕线腔壁14a和14f上。

线圈架4两端的两绕线腔5a和5h仅被分绕组6a和6h占据一半。通过这种处理办法，对二极管7的热进一步减轻，这是因为，二极管7与绕组6a和6h上边的间隔增加同时轴向上各自的相邻分绕组间的间隔也已很大，从而使得二极管7的热负载大大减小。

本发明的另一个改进的目的是减小这种高压变压器的成本和重量而无损于其电磁性能。这一目标得以实现在于铁氧体铁芯被铸成具有铁芯柱开口的一单块铁芯。

一单块铁氧体铁芯即没有形成叠片铁芯芯柱间限定的窄空气间隙的铁芯，有相对较大有效空气间隙，因而起初看来对电视接收机高压变压器不利或不合适。但已经证明，适当的铁芯和线圈架几休尺寸设计可以满足所加的要求。与已知变压器相反，这种特殊的尺寸设计是线圈架轴向长与外径的比做得明显小于1。因而使得铁芯柱上的线圈架仅占据了尽可能少的轴长。这是有益的，因为，由于空气间隙大，铁芯效应即铁芯上一特定绕组的电感朝着铁芯柱开口端急剧下降。从而可以达到与一封闭铁芯的最佳情况足够接近的情况，其中，一方面，载有线圈架的中央铁芯柱明显长于置于芯柱上的线圈架的轴向长度，另一方面位于线圈架外侧的铁芯柱的长度同样明显大于线圈架的轴向长度，并且，如果需要，载有线圈架的中央芯柱的长度同样明显大于位于线圈架外侧的芯柱的长度。

具有单块开口铁芯的高压变压器有几个优点。由于没有形成相邻铁芯柱间限定的空气间隙，不再需要铁芯特定表面地专门抛光。因为采用了单块组装，保持两半铁芯在一起的方法如一条夹持两半铁芯的弹簧或夹子或一个粘接过程便不再需要。因而铁芯的重量和整个高压变压器的重量可减轻15～25%。尽管没有两铁芯柱相邻端头间的小空气间隙，铁芯柱间却可由适当的尺寸设计形成一个空气间隙，就磁性而言，即对所要求的变压器性能而言，该尺寸足够小，但从机械的角度，其对纳入线圈架来说是足够大的。测量已经表明，变压器外边的杂散磁场与已知变压器相比确实较小。变压器没有一个可产生涡流进而在相邻金属零件如散热片产生热损耗的横向空气间隙。此外，可以使用较便宜的铁氧体材料，理由是其空气间隙实际比已有变压器中的大。由于铁氧体铁芯是单块形成的，在制作高压变压器的过程中，购买、存放及处理铁芯时这种结构带来了进一步的好处。

有各种可行的方法制成铁芯。最好是单块开口铁芯做成一个E形铁芯。也可做成U形或罐形铁芯。同样地，铁芯形状可以采用具有一个中央铁芯柱和多个铁芯柱的形状，中央芯柱用来接纳线圈架圆形截面，多个铁芯柱如三个位于一圆周上彼此相隔120°或四个彼此相隔90°。

借助图8-14解释进一步的改进。

图8显示铁氧体铁芯K不仅有截面为圆形的中央铁芯柱1，而且有各自截面为矩形的基座芯柱20和外围铁芯柱15、16。整个线圈架放置于中央铁芯柱1上。这包括内线圈架2，最先缠绕其上的是被凸缘18隔开的辅助绕组19，其可用于如：加热显像管、提供工作电压或脉冲。套管17位于辅助绕组19之上，它形成了一个用于缠绕初级绕组3的光滑绕线基底。包括高压绕组6的分格线圈架4位于线圈架2上。

中央铁芯柱1的长度大于线圈架2、4的长度约40%-50%。而且，中央铁芯柱1的长度约比外围铁芯柱15、16的长度大10-20%。此外，线圈架的长度L与整个线圈架的直径D相比明显小于1，实际约在0.6-0.9之间。

根据图1的具有单块铁氧体铁芯的高压变压器当然没有一个确定的由两半相邻铁芯形成的空气间隙，而是有实际上更大的在中央铁芯柱1和外围铁芯柱15、16间的磁有效空气间隙。然而，已经发现，由于上述的中央铁芯柱1和外围铁芯柱15、16的尺寸设计和线圈架2、4的尺寸特点，所希望的磁学性能可以获得。工作时，图1的变压器中的两有效空气间隙是并联连接的，也就是说，先是外围铁芯柱15和中央铁芯柱1的空气间隙，其次是外围铁芯柱16和中央铁芯柱1的空气间隙。由于所描述的尺寸设计，铁芯柱1、15、16间形成的有效空气间隙从磁学上考虑，对于获得所需的变压器的磁化性能足够小，但另一方面，从机械的角度看，它是足够大的，能够把线圈架放到中央铁芯柱1上。

由于铁芯柱1、15、16开口端，加在中央铁芯柱1上的绕组的电感沿铁芯开口端方向急剧下降。如果假定例如图1中在中央铁芯柱1和底座铁芯柱20相交处的这一电感为100%，那么该电感在线圈架上端仅为40%。这一事实可由通过铁芯柱1的磁通量沿其开口端方向下降来解释，这点可按下述方式用来获益。实际上，量级为5V的电压（例如用于加热显像管的电压）可从这种变压器引出。对于这样一种低电压，只需要很少的匝数。由于只能实现一个整数匝数，有时便不能精确遵从所希望的电压。更精确的电压调整现在可获得，原因是绕组按轴线方向位于铁芯上。由于磁通量下降，绕组感生电压便沿铁芯柱1的开口端下降。通过轴向地在铁芯柱1放置绕组或通过使铁芯柱1上分绕组的位置不同，可以获得能提供精确的所需电压的绕组。

图9显示了这种结构。不同的分绕组19a-19b被布置在散热片18间的线圈架2上的不同轴向位置上。通过整个绕组的这种分布和铁芯柱1上不同的轴向位置的分布，可以获得具有当前所需电压的满绕组。对于各自相等的匝数，分绕组19a有比铁芯柱1的基座上的绕组1b较小的电感，也因而具有较低的感应电压。

图10给出了铁芯形状的变化。铁芯基本上按与图1相同的方式建造，但包括三个外围铁芯柱15，它们彼此相距120°放置在圆形的基座芯柱20上。线圈架2、4又被插入中央铁芯柱1和三个外围铁芯柱15之间。

在图11中，中央铁芯柱1有圆形截面和四个外围芯柱5，芯柱5彼此相隔90°放置并且各自都为矩形截面，所有铁芯柱安放在圆形基座芯柱20上。

图12中，铁芯被制成罐形铁芯。外围芯柱15a就以环形方式环绕在中央铁芯柱1周围，同时形成罐形凹槽用于容纳线圈架2、4。

图13显示进一步的设有线圈架的铁芯的形状。在面对铁芯柱1的一边。铁芯柱15b具有圆形截面，其半径使得芯柱1和芯柱15b具有圆形截面，其半径使得芯柱1和芯柱15b间的空隙是相等的并实现了最佳隔离。并且，连接铁芯柱1、15b的基座芯柱20a做得比铁芯柱1和15b小，即也就是说，它有一个颈。因此，可以节省材料并使有效铁芯截面更好地匹配于有效磁场。如果铁芯柱1的截面假定为100%，那么芯柱15b和芯柱20a的截面约为50%。此外，这种结构使得可以获取扩展的特性曲线，该曲线代表布置在铁芯柱上的绕组的电感与流过绕组的电流的依赖关系。

图14给出对与图13的铁芯的变化，其中仅铁芯柱15c没有制成圆形，即其截面是方形的。由于所指出的沿铁芯柱1的开口端形成的电感呈现的下降，可能发生由两个或多个并行线绕制的绕组由于绕组轴向位置不同而具有不同的电感。结果，两绕组间可能出现有害的瞬时电流。实际上，这可通过采用一种所谓的轻度绞合线作为绕线来消除。这是一种与李兹线相似的线，由约3-5条具有相对较大绞距（约50mm）的导线组成。这种轻度绞合的绞合线实际比真正的李兹线便宜。已经表明，对于有三个相邻并行线的绕组，绕由三根导线形成的绕组电感的差别能更易克服。这种绕组特别适用于分层绕制的初级绕组3。

Claims (16)

1、电视接收机的高压扫描变压器包括初级绕组(3)的线圈架(2)，有高压绕组(6)围绕的分格线圈架(4)和多个二极管(7)。特征在于：

a)轴向绕组的总长(L)与高压绕组(6)的外径(D)之比做得明显小于1；

b)分别有多个二极管(7)，在相同轴向位置的周边上分布地被布置在分格线圈架(4)上。

2、根据权利要求1所述的变压器，其特征为比（L/D）约等于0.5-0.85。

3、根据权利要求1所述的变压器，其特征为：分布在周边上的各组的4个二极管（7a-7d）布置在分格线圈架（4）的最外周边的相同轴向位置上。

4、根据权利要求1所述的变压器，其特征为：初级绕组（3）和次级绕组（6）按这样的方式支撑和分布的，即使得在彼此相对的绕组（3，6）的区域中出现幅度和极性近似相同的脉冲，并且在绕组间形成一个实际上没有电场的空间。

5、根据权利要求1所述的变压器，其特征为：初级绕组（3）被绕成多层层叠的分层绕组，并且低层绕组的端头可用作工作电压（UB）的接线端，上层绕组的端头可用于与周期性开关相连。

6、根据权利要求1所述的变压器，其特征为：分布在周边上的各多个二极管（7a-7h）仅布置于线圈架（2）两端的绕线腔壁（14a，14f）上。

7、根据权利要求1所述的变压器，其特征为：铁氧体铁芯（K）做成单块铁芯，铁芯具有铁芯柱（1、15、16）的开口端。

8、根据权利要求7所述的变压器，其特征为：铁氧体铁芯（K）做成一个E形铁芯。

9、根据权利要求7所述的变压器，其特征为：铁氧体铁芯K做成一个罐形铁芯。

10、根据权利要求7所述的变压器其特征为：铁芯有一个截面为圆形并装有线圈架（2、4）的中央铁芯柱（1）和位于该芯柱周围不同角度位置的多个外围铁芯柱（15）。

11、根据权利要求10所述的变压器的特征为：连接中央铁芯柱（1）和两个径向相对的外围铁芯柱（15）的基座芯柱（20a）做得比外围铁芯柱（15b）小。

12、根据权利要求8、9或10所述的变压器，其特征为：装有线圈架（2、4）的铁芯（K）的中央芯柱（1）的长度比外围铁芯柱（15、16）大10-30%的量级。

13、根据权利要求7所述的变压器，其特征为：装有线圈架的中央芯柱（1）的轴向长度比线圈架的轴向长度大40-60%的量级。

14、根据权利要求7所述的变压器，其特征为：初级绕组由绞距相对较长（量级为50mm）的轻度绞合的绞合线构成。

15、根据权利要求7所述的变压器，其特征为：绕组（19b）仅在远离铁芯柱（1）的开口端的线圈架轴向长度部分上延伸。

16、根据权利要求10所述的变压器，其特征为：排布在中央铁芯柱（1）上的绕组（19）具体的电感或输出电压由在芯柱（1）上绕组的轴向位移或通过沿芯柱（1）的轴向长度分布的分绕组来设定。

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