DD202219A5

DD202219A5 - Ferroresonanz-stromversorgungsschaltung mit permanentmagnetvorspannung fuer einen fernsehempfaenger

Info

Publication number: DD202219A5
Application number: DD82240293A
Authority: DD
Inventors: Donald H Willis; Randall C Clayburn
Original assignee: Rca Corp
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-08-31
Also published as: US4415841A; NL8220238A; GB8300750D0; DK34783D0; KR840000133A; BE893304A; WO1982004348A1; PT74905A; DE3248293C2; ES8304329A1; KR880001129B1; AU8731982A; IT8221433A0; GB2112970A; FR2507040B1; FI830294A0; JPS58500830A; DE3248293T1; PT74905B; CA1189963A

Abstract

Die Erfindung betrifft Stromversorgungsteile fuer Fernsehempfaenger, die geregelte, temperaturstabile Ausgangsspannungen liefern, und zwar eine verbesserte Schaltung mit Saettigungskern. Ein saettigbares magnetisches Element hat einen magnetisierbaren Kern, auf dem eine Wicklung sitzt. Aus einer Eingangsspannungsquelle wird ein Erregerstrom fuer das saettigbare Element abgeleitet, der einen Magnetfluss immagnetisierbaren Kern erzeugt, welcher mit der Wicklung verkettet ist und eine Ausgangsspannung wechselnder Polaritaet erzeugt. Eine Kapazitaet ruft einen zirkulierenden Strom hervor, welcher eine magnetische Kraft in einem der Wicklung zugeordneten Kernabschnitt erzeugt. Ein Permanentmagnet spannt den Kern so vor, dass eine zweite magnetische Kraft im zugehoerigen Kernabschnitt hervorgerufen wird. Das Ergebnis der beiden Magnetisierungskraefte fuehrt zu einem magnetischen Fluss, der das magnetisierbare Material des zugehoerigen Kernabschnitts im wesentlichen saettigt, so dass die Ausgangsspannung wechselnder Polaritaet geregelt wird.

Description

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Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung , mit Permanentmagnetvorspannung für einen Fernsehempfänger

;

Anwendungsgebiet der Erfindung:,

Die Erfindung bezieht sich auf Stromversorgungsteile, die geregelte, temperaturstabile Ausgangsspannungen liefern.

SJl^^^^ik³^^ der Jiefc.aniite.n _teQh.n iscfren .Lösungen l

Für die Stromversorgung eines Fernsehempfängers oder Sichtgerätes kann ein Transformator mit Sättigungskern oder eine sättigbare Spule verwendet werden, um eine geregelte Anodenhochspannung und eine geregelte Ablenkversorqungsspannung B+ zu liefern. Betreibt man eine solche Stromversorgungsschaltung mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz, wie etwa der Horizontalablenk frequenz von circa 16 KHz, dann erhält man einen relativ kompakten und leichten Stromversorgungsteil, der von Haus aus eine geregelte Ausgangsspannung liefert, ohne daß dazu relativ komplizierte und teure Steuerschaltungen für einen elektronischen Regler notwendig wären.

Damit man einen vernünftig guten Wirkungsgrad bei der hohen Betriebsfrequenz von 16KHz erhält, kann der magnetisierbare Kern oder eine sättigbare Ferroresonanz-

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] spule aus einem magnetisierbaren Material hohen spezifischen Widerstandes, wie etwa einem Ferrit, hergestellt werden. Ferritmaterialien zeigen im allgemeinen einen hohen Widerstand gegen das Fließen von Strom, und dadurch treten nur relativ kleine Wirbelstromverluste auf. Auch Hystereseverluste sind in einem Ferritkern relativ niedrig. Selbst bei Verwendung eines Ferritkerns können aber Wirbeistrom- und Hystereseverluste im Kern

2 sowie Ohm'sche Verluste {I R), die durch in einer mit

]q einem Kondensator gekoppelten Wicklung der sättigbaren Ferroresonanzspule fließenden Strom verursacht werden, im Sättigungskern einen erheblichen' Temperaturanstieg über die Umgebung zur Folge haben.

Die Sättigungsflußdichte, Bsat, vieler magnetisierbarer Materialien nimmt mit wachsender Temperatur ab. Da die Ausgangsspannung eines Ferroresonanz-Stromversorgungsteils teilweise vom Wert Bsat des Sättigungskernmaterials abhängt, kann ein Anstieg der Betriebstemperatur im

'20 Sättigungskern und eine entsprechende Verringerung von Bsat zu einem unerwünschten Absinken der Ausgangsspannung des Stromversorgungsteils führen.

Um Änderungen der Ausgangsspannung eines Stromversor- ' gungsteils mit Sättigungskern bei einer Änderung der Umgebungstemperatur und bei Erwärmung des Sättigungskerns nach Einschalten des Stromversorgungsteils erheblich herabzusetzen, kann man das magnetisierbar Material des Sättigungskerns mit einem relativ niedrigen negativen Temperaturkoeffizienten der Sättigurigsflußdichte -a_f wählen. Der Temperaturkoeffizient ot_f kann als relative Änderung der Sättigungsflußdichte pro Grad Celsius definiert werden, also et- = ABsat/Bsat/^T, wobei ABsat die Änderung der Sättigungsflußdichte innerhalb des Temperaturbereiches Λ Τ ist.

—^o —

2Λ0 2 93 5

Ein yeeigru-tes magnetisierbares Material mit niedrigem Temperaturkoeffizienten kann ein Lithium oder. Lithiurnsubstitutferrit sein, wie Lithiummanganferrit oder Lithiumzinkferrit mit Temperaturkoeffizienten zwischen

-4-3

5 χ 10 und 1 χ 10 pro Grad Celsius über den Betriebstemperaturbereich eines Sättigungskerns von beispielsweise 0 C bis 120 C. Lithiumferrite und substituierte Lithiumferrite, die sich zur Verwendung in einem Ferroresonanz-Stromversorgungsteil eignen,' sind in der US-Patentanmeldung Ser.No. 250,128 vom 2. April 1981 (Titel: "IMPROVED LITHIUM FERRITE AND METHOD OF MANUFACTURE", des Erfinders I. Gordon) beschrieben.

In einem Fernsehempfänger kann die geregelte Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern zur Erzeugung einer geregelten Anodenspannung benutzt werden. Bei dieser Anwendung ist die Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung des Stromversorgungs teils besonders wichtig, weil selbst mäßige Änderungen der Anodenspannung unerwünscht sein können.

Zi^l der Erfindung:

Ein Merkmal" der Erfindung besteht in dem Entwurf eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern, der eine temperaturstabile geregelte Ausgängsspannung liefert, wenn eine hochstabile Ausgangsspannung benötigt wird. Solch eine Spannuncj ist stabiler als sie bei Verwendung eines magnetisierbaren Materials mit niedrigem Temperaturkoeffizienten, wie etwa ein Lithiumferrit*, für den Sättigungskern erhalten wird.

des. _ftt»3,tm& -der, ,Er.tiadurigι

Ein sättigbares magnetisches Element hat einen magnetisierbaren Kern, auf dem eine Wicklung sitzt. Aus einer Eingangsspannungsquelle wird ein Erregerstrom für das sättigbare Element abgeleitet, der einen Magnetfluß im magnetisierbaren Kern erzeugt, welcher mit der Wicklung verkettet ist und eine Ausgangsspannung wechselnder

X -24 02 93'5 Polarität erzeugt. Eine Kapazität ruft einen zirkulierenden Strom hervor, welcher eine magnetische Kraft in einem der Wicklung zugeordneten Kernabschnitt erzeugt. Ein Permanentmagnet spannt den Kern so vor, daß eine zweite magnetische Kraft im zugehörigen Kernabschnitt hervorgerufen wird. Das Ergebnis der beiden Magnetisierungskräfte führt zu einem magnetischen Fluß, der das magnetisierbare Material des zugehörigen Kernabschnittes im wesentlichen magnetisch sättigt, so daß die Ausgangsspannung wechselnder Polarität geregelt wird. Der Tendenz der geregelten Ausgangsspannung wechselnder Polarität, sich mit Temperaturschwankungen im magnetisierbaren Material des zugehörigen Kernabschnittes wegen Temperaturschwankungen der Sättigungsflußdichte im magnetisierbaren Material des zugehörigen Kernabschnittes zu ändern, wird im wesentlichen durch begleitende Temperaturänderungen der Vorspannungsstärke des Permanentmagnetes begegnet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft die Richtung der magnetischen Kraft, welche durch den Permanentmagnet im magnetisierbaren Material des zugehörigen Kernabschnittes erzeugt wird, allgemein senkrecht oder orthogonal zu der Richtung der von dem · zirkulierenden Strom erzeugten Magnetkraft.

Bei Verwendung in einem Fernsehempfänger oder Sichtgerät kann der Stromversorgungsteil mit Sättigungskern einen Hochspannungsgenerator enthalten, der unter Steuerung durch die geregelte Ausgangsspannung wechselnder Polarität eine temperaturstabile Anodenhochspannung für den Anodenanschluß einer Bildröhre erzeugt.

Auatfttiimaaa.tLela.fi te le ι

*" In den beiliegenden Zeichnungen zeigen

Figur 1

sr

-VQ-

240293 5

einen erfindungsgemäßen Stromversorgungsteil mit Sättigungskern, der eine temperaturstabile geregelte Ausgangsspannung erzeugt,

Figur 2 ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsteil mit Sättigungskern für einen Fernsehempfänger oder ein Sichtgerät,

Figur 3

eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer durch einen Permanentmagnet vorgespannten sättigbaren Spule eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsteils,

Figur 4

eine Endansicht der Anordnung nach Figur 3,

Figur 5 einen Querschnitt der Anordnung nach Figur entlang der Schnittlinie 5-5 in Figur 4,

Figur 6 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht

einer anderen Ausführungsform der sättigbaren Spule mit Permanentmagnetvorspannung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsteils,

Figur 7 einen Querschnitt durch die Anordnung nach

Figur 6 entlang" der Schnittlinie 7-7 in Figur 6,

Figur 8 eine auseinandergezogene perspektivische

Darstellung der aus Kern und Permanentmagnet bestehenden Einheit der Anordnung nach Figur 6,

Figuren 9 bis 11 Vectordiagramme und Kurven zur Erläuterung der Betriebsweise der in den Figuren 1, 2, 12 und 13 dargestellten Schaltungen,

240293 5

] Figur 12 einen Teil einer alternativen Ausführungsform des Stromversorgungsteils nach Figur 1 und

Figur 13 einen Teil einer abgewandelten Ausführungsform des Stromversorgungsteils nach Figur 2.

In dem erfindungsgemäßen Stromversorgungsteil 17 mit Sättigungskern gemäß Figur 1 erzeugt ein Hochfrequenz-Leistungsoszillator 26 eine Eingangsrechteekspannung 23 wechselnder Polarität mit einer Frequenz f_fi an Ausgangsanschlüssen 18 und 19 des Leistungsoszillators. Die Frequenz der (quadratischen) Rechteckspannung 23 kann innerhalb eines Bereiches von beispielsweise 16 bis 25 KHz gewählt werden. Die Eingangswechselspannung 23 wird über eine Eingangsdrossel L einer Schaltung FR1 mit sättigbarer Reaktanz zugeführt.

Die Schaltung FR1 enthält ein sättigbares Magnetelement oder eine sättigbare Spule SR1 und einen über eine

Wicklung 20 der Spule SR1 gekoppelten Resonanzkondensator C. Die sättigbare Spule SR1 hat einen magnetisierbaren Kern 21, auf dem eine Wicklung 22 sitzt, und ein neben dem Kern 21 angeordneten Permanentmagnet 22. 25

Die Induktivität L erzeugt zusammen mit der Kapazität C einen Erregerstrom für die Spulenwicklung 20, so daß im Kern 21 ein mit der Wicklung verketteter Magnetfluß entsteht, der eine Ausgangsspannung Vout wechselnder Polarität an den Wicklungsanschlüssen 24 und 25 erzeugt. Eine in Figur 1 allgemein als Last R angedeutete Lastschaltung liegt zwischen den Anschlüssen 24 und 25 und wird von der Ausgangsspannung Vout des Stromversorgungsteils 17 gespeist

35

Zur Regelung der Ausgangsspannung Vout erzeugt der Kondensator C einen zirkulierenden Strom während jedes

-yz-

240293 5

Halbzyklus der Ausgangsspannung wechselnder Polarität (im folgenden als Ausgangswechselspannung bezeichnet), welcher zur magnetischen Sättigung des der Spulenwicklung 20 zugeordneten Kernabschnittes des magnetisierbaren Kerns 21 beiträgt. Da der zur Wicklung 20 gehörige Kernabschnitt in die Sättigung und wieder aus ihr herauskommt, wird die Impedanz der Wicklung zwischen einem niedrigen und einem hohen Wert hin- und hergeschaltet. Aufgrund dieses Schaltens werden die Amplitude der Ausgangsspannung, die Halbperiodenfläche der Ausgangsspannung oder beides gegen Amplitudenänderungen der Spannung 23 und gegen Änderungen der Belastung durch die Lastschaltung R geregelt.

Befindet sich die sättighjare Spule im magnetisch ungesättigten Zustand, dann ist die Induktivität der Wicklung 20 relativ groß .und der Strom in dieser Wicklung relativ klein: Es fließt nur ein kleiner Erreger oder Magnetisierungsstrom zur Erzeugung des Magnetflusses im Kern 21. Die Ausgangsspannung Vout, welche über der Wicklung 20 liegt, ruft eine Richtungsumkehr des Magnetflusses im Kern 21 und einen anschließenden Flußaufbau in der Gegenrichtung hervor.

Diese Spannung Vout kann auch den Magnetfluß im Spulenkern 21 bis zu einem Punkt aufbauen, wo die entsprechende Flußdichte des magnetisierbaren Kernmaterials oberhalb des Knies seiner B-H-Kennlinie und im Sättigungsbereich des- Betriebes liegt. Zum Zwecke der Erläute- rung kann angenommen werden, daß der Betriebsbereich magnetischer Sättigung derjenige Bereich der B-H-Kennlinie oberhalb des Knickes ist, bei dem der Permeabilitätszuwachs im Vergleich zum Permeabilitätszuwachs unterhalb des Knickes erheblich geringer ist. Für ein mag-

^ netisierbares Kernmaterial wie etwa ein Lithiuraferrit, wie es in der bereits erwähnten US-Patentanmeldung des Erfinders I. Gordon beschriebenist, ist der Perme-

S -yi-

24 0 2 93 5

abilitätszuwachs in einem Punkt reichlich jenseits des Knickes bei einer magnetischen Feldstärke H von beispielsweise 50 bis 100 Oersted ein relativ niedriger Wert von beispielsweise 2-10 im Vergleich zu einem Permeabilitätszuwachs zwischen beispielsweise 500-3000 oder noch mehr an Punkten oberhalb des Knickes der B-H-Kennlinie. Der Betrieb des Kernes 21 im magnetischen Sättigungsbereich der B-H-Kennlinie führt dazu, daß die Wicklung 20 eine relativ niedrige Sättigungsinduktivität nach Beginn der Sättigung aufweist. Der zwischen dem Kondensator C und der Wicklung 20 zirkulierende Strom fließt nach diesem Sättigungseinsatz.

Die Amplitude der Ausgangsspannung Vout und der genaue Schaltaugenblick, zu dem die Wicklung 20 zwischen gesättigten und ungesättigten Induktivitätswerten umschaltet, hängt von der Sättigungsflußdichte Bsat des magnetisierbaren Materials des Kernes 21 ab. Generell ist die Amplitude der Ausgangsspannung für größere Vierte von Bsat größer.

Da der Wert von Bsat eine Funktion der Temperatur des Sättigungskernmaterials ist, neigt die geregelte Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern zu Änderungen mit Schwankungen der Umgebungstemperatur und während der Aufwärmzeit des Stromversorgungsteils. Gemäß der Erfindung wird zur Begegnung dieser Tendenz ein Permanentmagnet 22 gemäß Figur 1 neben dem Sättigungskern 21 der sättig-

baren Spule SR1 angeorndet, um den Kern magnetisch vorzuspannen.

Die Stärke des Permanentmagneten 22 hängt von der Magnettemperatur ab, indem beispielsweise bei wachsender Magnettemperatur die Magnetfeldstärke abnimmt.

Befindet sich der Permanentmagnet in der Nähe des Kerns 21, dann folgt die Magnettemperatur Änderungen der

240293 Kerntemperatur. Die Vorspannung des Kernes 21 ist so gewählt, daß die Neigung der geregelten Ausgangswechselspannung Vout mit Temperaturänderungen der Sättigungsflußdichte Bsat, welche durch Temperaturschwankungen im Sättigungskern 21 hervorgerufen werden, im wesentlichen kompensiert wird durch die gleichzeitigen Änderungen der Vorspannungsfeldstärke des Magneten 22 mit der Temperatur, so daß mit Änderungen der Betriebstemperatur des Kernes sich die Ausgangsspannung nur sehr wenig ändert.

Figur 12 zeigt eine mit FR4 bezeichnete andere Ausführungsform der Schaltung mit sättigbarer Spule gemäß Figur 1, wobei die durch den Permanentmagnet vorgespannte sättigbare Spule einen Transformator SR4 umfaßt. Der Transformator SR4 hat eine mit dem Resonanzkondensator C leitend gekoppelte Primärwicklung 20a, die.auf dem Sättigungskern 21 sitzt, welcher durch den Permantmagnet 22 vorgespannt wird. Die geregelte Ausgangswechselspannung entsteht über einer Sekundärwicklung 20b, die magnetisch mit der Primärwicklung 20a gekoppelt ist. Die Lastschaltung R liegt an der Sekundärwicklung 20b des Transformators und wird durch die an dieser Wicklung entstehende Ausgangsspannung gespeist.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen Draufsichten bzw. Querschnitte einer Konstruktion einer sättigbaren Spule, die als die sättigbare Spule SR1 in Figur 1 verwendet

^ werden kann. Wie die Figuren 3 bis 5 erkennen lassen, ist der Kern 21 ein Rechteckkern, der durch einen C-Kernäbschnitt 21a neben einem einen Schenkel des Rechteckkerns bildenden I-Kernabschnitts 21b gebildet wird. Jeder der Kernabschnitte 21a und 21b kann einen

^OsJ Rechteckquerschnitt haben.

-S 240 2 9 3 5

] Der Permanentmagnet 22 weist einen Stab rechteckigen Querschnittes mit einer unteren Fläche 27, welche die obere Fläche des I-Kernabschnittes 21b berührt, und einer unteren Fläche 28 auf. Die Wicklung 20 der sättigbaren Spule ist um einen hohlen Plastikwickelkörper 29 gewickelt, und der Permanentstab 22 und der I-Kernabschnitt 21b des Kernes befinden sich im Inneren des Wickelkörpers. Der, Permanentmagnet 22 kann durch die Flächen 27 und 28 des Permanentmagnetstabes magnetisiert sein, wobei die Fläche 27 beispielsweise als Südpol und die gegenüberliegende Fläche 28 als Nordpol dargestellt ist.

Bei einer solchen Änderung wirken zwei Magnetkräfte, die im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, auf das magnetisierbare Material des I-Kernabschnittes 21b durch einen wesentlichen Volumenteil des I-Kernabschnittes im Inneren der Spule 20 ein. Die erste Magnetkraft oder Feldstärke wird durch den Maghetisierungsstrom in der sättigbaren Spule 20 hervorgerufen und verläuft in eine Richtung allgemein parallel zur Längsachse der Spule- Die zweite Magnetfeldstärke wird vom Permanentmagnet 22 erzeugt und verläuft generell in einer Richtung quer oder rechtwinklig zur Längsachse der Spule. Das aus diesen beiden Feldern resultierende Magnetfeld ergibt einen Magnetfluß im Kern 21, der eine wesentliche magnetische Sättigung des Kernes innerhalb der Spule 20 während jedes Halbzyklus der an der Spule vorhandenen Ausgangswechselspannung hervorruft.

Wie der Querschnitt in Figur 5 schematisch zeigt, kann an einem im Inneren der Spule 20 liegenden Punkt A innerhalb des magnetisierbaren Materials des I-Kernabschnittes 21b der Vektor B der magnetischen Flußdichte in zwei rechtwinklige Komponenten aufgeteilt werden. Die erste

-&. 24 02 93 5 Komponente ist eine Komponente έ , welche mit der Spule 20 verkettet ist und somit parallel zur Längsachse der Spule 20 verläuft und eine Größe hat, die von der durch den Erregerstrom in der Spule hervorgerufenen Feldstärke abhängt. Die zweite Komponente ist ein Vektor B, , der senkrecht auf dem Vektor B steht und vom Permanentmagnet 22 herrührt. Obgleich der Vektor B, der Vorspannungsflußdichte zu Veranschaulichungszwecken in der Zeichenebene der Figur dargestellt ist, kann der Flußdichte-Vektor B_b auch eine Komponente enthalten, die senkrecht zur Zeichenebene steht, je nach der genauen Lage des Punktes A innerhalb des I-Kernabschnittes 21b.

Die Amplitude des resultierenden Flußdichten-Vektors B und der Winkel θ, den der Vektor mit dem vorspannungsflußdichten Vektor B, in einem bestimmten Augenblick während des Zyklus der Ausgangswechselspannung Vout über der Spule 20 einschließt, hängt von der sich zeitlich verändernden Amplitude der mit der Spule 20 verketteten Flußdichte B ab.

Der Permanentmagnet 22 kann aus einem harten magnetisierbaren Material wie Bariumferrit oder Strontiumferrit bestehen, welches Coercitivkräfte in der Größenordnung von 2 bis 4000 Oersted hat. Der I-Kernabschnitt 21b kann aus einem weichen Ferrit bestehen, wie dem bereits erwähnten Lithiumferrit, dessen Coercitivkraft um ein Oersted herum liegt. Wegen der großen Coercitivkräfte von Barium- oder Strontiumferrit ^!

zeigt der Permanentmagnet 22 eine relativ geringe Entmagnetisierung, wenn er zu einem Teil des zusammen mit dem Kern 21 gebildeten magnetischen Kreises wird. Die relativ geringe Entmagnetisierung des Permanentmagneten 22 bleibt auch beim Anlegen einer Entmagnetisierungsfeidstärke, die von dem Strom in der sättigbaren Spule 20 erzeugt wird. In der Spule 20 erzeugte

-VT-

240293 5 Spitzenfeldstärken gehen typischerweise nicht über einige hundert Oersted hinaus. Solche Werte reichen nicht aus, um einen Barium- oder Strontiumferrit-Magneten mit Coercitivkräften von mehreren tausend Oersted nennenswert zu entmagnetisieren. So bleibt also das vom Permantmagneten 22 im magnetisierbaren Material des I-Kernabschnittes 21b erzeugte Vorspannungsfeld innerhalb der Spule 20 mindestens vor dem Sättigungseinsatz des weichen Ferrits relativ konstant.

Figur 9 zeigt die Beziehung zwischen den verschiedenen erwähnten Flußdichten-Vektoren an einem gegebenen Punkt innerhalb des magnetisierbaren Materials des I-Kernabschnitts 21b innerhalb der Spule 20 zu verschiedenen ausgewählten Zeitpunkten innerhalb eines Zyklus der Ausgangsspannung. Der Flußdichten-Vektor S , der bei verschiedenen Werten der durch den in der sättigbaren Spule 20 fließenden Magnetisierungsstrom bewirkten Feldstärke erzeugt wird, ist längs der Y-Achse aufgetragen. Der vom Permanentmagnet 22 erzeugte Flußdichte-Vektor §, _n ist längs der X-Achse unter rechtem Winkel zum Spulenvektor έ aufgetragen.

Wenn während der sättigungslosen Intervalle der Ausgangswechselspannung Vout die Spule 20 eine relativ große Induktivität bei fehlender Sättigung hat, dann kann die Vektorkomponenten der Flußdichte im Kernmaterial innerhalb der Spule senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule, also der mit der Spule 20 verkettete Flußdichte-Vektor § mit zunehmender Magnetisierungsfeldstärke H, welche durch den Magnetisierungsstrom in der Spule 20 erzeugt wird, beginnen anzuwachsen. Wenn die magnetische Feldstärke der Spule 20 von einem Wert H₁ auf einen Wert H. anwächst, dann wächst die Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 von einem Flußdichtewert B _Λ auf einen Flußdichte-

ci

wert B .

c4

ί'3

2Λ0293 5

-.Hf-

] Es wurde bereits gesagt, daß der aus einem harten Ferrit, wie Barium-oder Strontiumferrit, hergestellte Permanentmagnet 22 nur wenig entmagnetisiert wird, wenn die Spule 20 magnetische Kraftfelder relativ niedriger Feldstärke erzeugt. Während des Intervalles anwachsender Flußdichte - senkrecht zur Spule 20 bleibt daher die Flußdichte im Kernmaterial innerhalb der Spule in Parallelrichtung zu dem vom Permanentmagnet 22 erzeugten magnetischen Vorspannungsfeld (hier für Erläuterungszwecke) relativ unverändert, bei einem als Beispiel angegebenen Wert B, ..

Der resultierende Flußdichte-Vektor ti , der im magnetisierbaren Material des I-Kernabschnittes 21b durch die Kombination der vom Permanentmagnet 2 2 und dem in der Spule 20 fließenden Magnetisierungsstrom erzeugt wird, ist ein Vektor, dessen Amplitude mit anwachsender Spulenfeldstärke ebenfalls wächst und seine Richtung verdreht, so daß der Winkel θ zwischen dem resultierenden Flußdichte-Vektor B* und dem Vorspannungsflußdichte-Vektor

S, zunimmt

b

Wenn die Spulenmagnetisierungsfeldstärke eine genügend große Amplitude erreicht hat, so daß der resultierende Vektor B* ,- eine Amplitude in der Nähe der Sättigungsflußdichte Bsat hat, dann wird die Induktivität der sättigbaren Spule 20 auf eine relativ niedrige Induktivität bei Sättigung umgeschaltet und läßt damit das Zirkulationsstromintervall innerhalb des Ausgangs-Spannungszyklus beginnen. Die Größe der Flußdichte im I-Kernabschnitt 21b senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 ist beim Sättigungseinsatz Bj.= Bmax.

Die Größe Bmax ist kleiner als die Sättigungsflußdichte Bsat. Die Ausgangsspannung Vout neigt daher zu einer kleineren Amplitude, wenn die sättigbare Spule mit einem Permanentmagnet vormagnetisiert wird. Diese Tendenz

2402 93 5

] läßt sich kompensieren durch Vergrößerung der Windungszahl der Spule 20, durch Vergrößerung der Querschnittsfläche des Sättigungskerns innerhalb der Spule oder durch andere geeignete Maßnahmen. Da die Amplitude der geregelten Ausgangsspannung Vout bei Verwendung einer mit einem Permanentmagnet vormagnetisieren sättigbaren Spule vor dem Sättigungseinsatz im allgemeinen proportional zur maximalen Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 ist, also proportional zu Bmax, läßt sich eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung erreichen durch Anpassung oder geeignete Wahl des Permanentmagnetmaterials des Sättigungskernmaterials hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens, um bei Temperatur-IS änderungen einen konstanten Wert für Bmax zu erhalten.

Bei Betrachtung der Figur 10 sei angenommen, daß bei einem gegebenen Sättigungskern und bei der Betriebstemperatur T des Permanentmagneten dessen Vormagnetisierungsstärke B... und die Sättigungsflußdichte des Sattiungskernmaterials B . betrage. Wird der Sätti-

s at χ

gungseinsatz während jedes Zyklus der Ausgangswechselspannung Vout erreicht, dann liegt die Vektorspitze des resultierenden Flußdichte-Vektors B , im Sättigungs· kernmaterial innerhalb der Spule 20 am Punkt P₁. Die maximale Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20, die sich vor dem Sättigungseinsatz erreichen läßt, ist Bmax.

Damit die geregelte Ausgangsspannung temperaturstabil wird, sollte die Flußdichtekomponente Bmax relativ unverändert bleiben, wenn der Sättigungskern und der Permanentmagnet bei unterschiedlicher Temperatur T„, die im dargestellten Beispiel größer als die Temperatur T. ist, betrieben werden.,Bei der größeren Temperatur T- beträgt der Wert der Sättigungsflußdichte des Sättigungskernmaterials B ~, und dieser Wert

'/5

240293 5

] ist bei der Temperatur T. um einen Betrag ABsat =

α-ΛΤΒ ,. kleiner als der Wert B .., wenn ΔΤ = T₀ f sat.1 sati l

T| ist.

Um bei der höheren Temperatur T- dieselbe maximale Flußdichte Bmax senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 zu erhalten, muß der resultierende Flußdichte-Vektor bei Sättigung bei der Temperatur T_? gleich dem Vektor B _ sein, dessen Vektorspitze in Figur 10 am Punkt P» liegt. Damit der resultierende Vektor B'. _ seine Vektorspitze am Punkt P„ hat, muß die Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten 22 auf einen kleineren Wert B_h-> abnehmen. Bei einem gegebenen Sättigungskernmaterial mit einem Temperaturkoeffizienten der Sättigungsflußdichte von a_f/ muß daher das Permanentmagnetmaterial so gewählt werden, daß sein negativer Temperaturkoeffizient -α zu einer entsprechenden Abnahme der Vormagnetisierungsstärke von ΔΒ, = B. .. - B, „ führt, wobei α die relative Änderung der Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten pro Grad Celsius ist, oder α = ΔΒ /Β,/ Τ.

Wenn der Temperaturkoeffizient α des Permanentmagnetmaterials nicht auf den Temperaturkoeffizienten a_f ' des Sättigungskernmaterials abgestimmt ist, dann kann die maximale senkrechte Flußdichte, die beim Sättigungseintritt erreicht wird, sich bei den beiden Kernbetriebstemperaturen T₁ und T_ unterscheiden, und dies führt zu einer relativ schlechten Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Temperaturkoeffizient α des Magnetmaterials kleiner als notwendig ist, um bei den beiden Temperaturen T₁ und T„ eine exakte Temperaturkompensation der Ausgangsspannung zu erhalten. Dann würde bei der Temperatur T„ die Vormagnetisierungsstärke des Magneten bei einem Wert B, zwischen den Werten B, . und B, ~ liegen. Der resultierende Flußdichte-Vektor beim Sättigungseinsatz ist

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bei der höheren Temperatur T₀ der Vektor B , dessen

£. sva

Vektorspitze am Punkt P in Figur 10 liegt. Die Kom-

ponente des Vektors 5 , die senkrecht zu den Leiter-

SVS

windungen der Spule 20 liegt, hat einen Amplituden-

wert B , der kleiner als der Amplitudenwert Bmax maxa

ist, der bei der niedrigeren Temperatur T. erreicht wird. Somit läßt sich keine Temperaturstabilität der Ausgangsspannung erreichen, wenn die Vormagnetisierungsstärke nicht richtig hinsichtlich α , α, und B ₁ ge-

m χ s a u ι

wählt wird.

Es gibt verschiedene Abwägungsmöglichkeiten bei der Auswahl der Parameter wie Bsat, Bmax, B,, α und a_ bei der Auslegung eines Ferroresonanzsystems mit einer sättigbaren Spule, die mit einem Permanentmagnet vorgespannt wird, um eine temperaturstabilisierte geregelte Ausgangsspannung zu erhalten. Beispielsweise muß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten α im allgemeinen größer als der Temperaturkoeffizient a^ des Sättigungskernmaterials gewählt werden, damit die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung besser wird. Der prozentuale Unterschied zwischen den Temperaturkoeffizienten der beiden Materialien muß verringert werden, falls man lieber einen Vorspannungsmagnet größerer Stärke wählen will.

Es sei im Zusammenhang mit Figur 10 angenommen, daß ein Permanentmagnet bei einer Temperatur T eine Vorspannungsstärke vom Wert B^ habe, die größer als der bereits erwähnte Wert B, _Λ ist. Der resultierende

bl

Flußdichte-Vektor für eine Temperatur T. ist der Vektor B -,, dessen Spitze am Punkt P-. liegt. Die maximale

Flußdichte B¹ senkrecht zu den Leiterwindungen der max

Spule 20, die man bei der Temperatur T₁ erhält, ist die Projektion des Vektors B ₃ auf die Y-Achse in Figur 10. Um dieselbe maximale Flußdichte B' bei der höheren Temperatur T„ zu erhalten, wo die Sättigungsflußdichte des Sättigungskernmaterials

240293 5 auf einen Wert B ₂ abgesunken ist, muß der resultierende Flußdichte-Vektor beim Sättigungseinsatz gleich dem Vektor B . sein, dessen Spitze am Punkt P₄ liegt.

Die Projektion von B . auf die X-Achse gibt den neuen niedrigeren Wert der Permanentmagnetvorspannungsstärke an, der bei der höheren Temperatur T₂ notwendig ist, um die geregelte Ausgangsspannung bei der neuen Temperatur unverändert aufrecht zu erhalten. Die Projektion von B . auf die X-Achse gibt an, daß eine niedrigere Vorspannungsstärke für Β,, bei der Temperatur T_ benötigt wird, wenn man eine Temperaturstabilität erreichen will.

Verwendet man einen Permanentmagnet mit einer höheren Stärke für B₃ bei der Temperatur T., dann muß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten mit einem Wert α¹ gewählt werden, so daß sich im Temperaturbereich ΔΤ = T„ - T₁ eine Änderung der Vorspannungsstärke ΔΒ' = B, - B,₄ ergibt. Bei Betrachtung der Figur 10 stellt man fest, daß das für einen Magnet größerer Stärke benötigte ΔΒ' wesentlich kleiner als das bereits erwähnt ΔΒ, für einen Permanentmagnet geringerer Stärke ist. Hieraus läßt sich schließen, daß der für einen stärkeren Permanentmagnet erforderliche Temperaturkoeffizient, α¹ kleiner als der für einen schwächeren Magneten benötigte Temperaturkoeffizient α ist. Somit läßt sich die Vorspannungsstärke des Permanentmagneten bis zu einem gewissen Ausmaß einstellen, um die gewünschte Temperaturstabilität der Ausgangsspannung zu bekommen, wenn zur Auswahl nur eine begrenzte Anzahl von Materialien für Permanentmagnet und Sättigungskern zur Verfügung stehen.

Man sollte jedoch beachten, daß ein Auswahlgesichtspunkt für die Verwendung eines Permanentmagneten

-£ 24 0 2 93 5

ι mit relativ kleinem Temperaturkoeffizienten seiner Magnetstärke α die Forderung einer Anordnung, die eine relativ große Vormagnetisierungsstärke benötigt, sein kann. Eine solche Anordnung ergibt eine relativ c niedrige maximale Flußdichte Bmax senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20. Um eine relativ hohe Ausgangsspannung Vout bei den entstehenden niedrigen Werten von Bmax beizubehalten, muß man die Anzahl der Leiterwindungen und/oder die Querschnittsfläche IQ des Sättigungskerns innerhalb der Spule vergrößern. Weiterhin kann ein relativ niedriges Verhältnis von Bmax zur Bsat zu einer relativ schlechten Ausgangsspannungsregelung bei Eingangsspannungs- und Lastschwankungen führen, wie noch erläutert wird.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß im Sinne einer Temperaturstabilisierung der geregelten Ausgangsspannung die Temperaturkoeffizienten des Permanentmagneten und des Sättigungskernmaterials sorgfäl-

2Q tig aufeinander abgestimmt werden sollen, wobei der Temperaturkoeffizient des Permanentmagnetmaterials im allgemeinen größer als derjenige des Sättigungskernmaterials ist, und zwar um einen Betrag, der von solchen Faktoren wie die gewünschten Werte von Bmax und der Vorspannungsstärke B, des Permanentmagneten abhängen. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Sättigungskernmaterial mit einem relativ großen Koeffizienten α' der Sättigungsflußdichte gewählt wird, so daß bei der höheren Temperatur T„ die Sättigungsflußdichte von einem Wert B . bei der Temperatur T₁ auf einen niedrigeren B ~ abnimmt. Damit sich beim Sättigungseinsatz eine relativ unveränderte maximale Flußdichte vom Wert B¹ sowohl bei der Temperatur T₁

max ι

wie auch bei der Temperatur T_ ergibt, muß der resultierende Flußdichte-Vektor bei der Sättigung den Winkel ändern, welchen er mit der X-Achse einschließt,

-&Γ-.

2Λ02 93 5

um einen Ausgleich für die absinkende Vektoramplitude wegen der Abnahme der Sättigungsflußdichte zu ergeben. Der resultierende Flußdichte-Vektor ändert sich vom

Vektor B -, zum Vektor B »,, dessen Spitze am Punkt sv3 ' sv2d

Die Änderung der Vorspannungsstärke des Permanentmagneten von ΔΒ^! = B, _ - B' , die bei Verwendung eines Sä'ttigungskernmaterials mit höherem Temperaturkoeffizienten notwendig ist, ist größer als die Änderung der Permanentmagnetvorspannungsstärke ΔΒ/, die bei einem kleineren Temperaturkoeffizienten des Sättigungskernmaterials notwendig ist, und dies zeigt, daß ein Permanentmagnetmaterial mit größerem Temperaturkoeffizienten α" gebraucht wird, wenn man es zusammen mit einem Sättigungskernmaterial mit größerem Temperaturkoeffizienten α!, verwendet.

Wenn das Sättigungskernmaterial für den I-Kernabschnitt 21b als ein Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit gewählt wird, dann kann man ein keramisches Magnetmaterial, wie etwa ein Barium- oder Strontiumferrit als Permanentmagnetmaterial wählen, um eine gute Anpassung der Temperaturkoeffizienten zwischen weichen und harten Ferritmaterialien zu erreichen. Lithiumferrit und substituiertes Lithiumferrit, wie etwa Lithium-Mangan-Zink-Ferrite, haben Temperaturkoeffizienten ihrer Sättigungsflußdichte a_f zwischen ein halb und ein Teil pro Tausend pro Grad Celsius. Barium- und Strontiumferrite haben Temperaturkoeffizienten ihrer Magnetstärke zwischen 1,8 und 2,0 Teilen pro Tausend pro Grad Celsius, ein Wertebereich, der eine relativ gute Temperaturstabilität für die geregelte Ausgangsspannung Vout ergibt, sofern man die richtige Vorspannungsmagnetfeldstärke gewählt hat.

UC

240293 Wählt man im Gegensatz dazu ein Mangan-Zink-Ferrit als Sättigungskernmaterial, dann würde man ein Permanentmagnetmaterial mit relativ hohem Temperaturkoeffizienten benötigen, weil Mangan-Zink-Ferrit einen Temperaturkoeffizienten von etwa drei bis dreieinhalb Teilen pro Tausend aufweist. Wenn der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten etwa zwei-bis viermal so groß wie der Temperaturkoeffizient des weichen Ferrits gewählt wird, damit man Werte von Bmax erhält, welche die Werte Bsat erreichen, dann müßte der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten etwa zwölf bis fünfzehn'Teile pro Tausend pro Grad Celsius betragen. Permanentmagnetmaterial mit einem so hohen Temperaturkoeffizient kann aber nicht verfügbar sein oder, wenn es erhältlich ist, ungeeignet für einen kostengünstigen Stromversorgungsteil sein.

Figur 2 zeigt einen temperaturstabilen Stromversorgungsteil 80 gemäß der Erfindung, der geregelte Ausgangsgleichspannungen einschließlich einer geregelten Anodenspannung für ein Fernsehgerät liefert. Die Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung ist besonders wichtig, wenn es sich um die Hochspannung eines Fernsehgerätes handelt, weil beispielsweise übermäßige Hochspannungen beim Einschalten des Fernsehgerätes oder bei kalter Umgebungstemperatur erzeugt werden können. Die übermäßigen Hochspannungen können zur Erzeugung einer zu starken unerwünschten Röntgenstrahlung führen.

Der Ferroresonanz-Stromversorgungsteil gemäß Figur 2 für einen Fernsehempfänger arbeitet generell ähnlich, wie der in der US-Patentanmeldung USSN 220,847 vom 29. Dezember 1980 (Erfinder D.H. Willis, Titel: "TELE-VISION RECEIVER FERRORESONANT LOW POWER SUPPLY") beschriebene Empfänger. Damit man die geregelte Ausgangs-

-ΙΊ

240293· Spannung temperaturstabil erhält, sind die Gesichtspunkte der Erfindung für die Permanentmagnetvorspannungsanordnung, wie sie oben beschrieben sind, bei der Anordnung FR2 in Figur 2 angewandt.

In Figur 2 ist eine Primärwicklung 62a eines Transformators 62 mit hoher Streuinduktivität an eine Quelle einer ungeregelten Eingangswechselspannung Vin angekoppelt. Die Quelle 71 enthält einen Wechselrichter 61 und einen an eine Mittelanzapfung der Primärwicklung 62a gekoppelten Gleichspannungsanschluß 63. An diesen Anschluß wird eine ungeregelte Gleichspannung

V angelegt. Der Wechselrichter wird mit einer hohen a

Frequenz betrieben, beispielsweise mit der Zeilenablenkfrequenz f von 15,75 KHz.

H *

Wenn die Spannung Vin an die Primärwicklung 62a gelegt wird, dann entstehen horizontalfrequente Ausgangsspannung wechselnder Polarität an den Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62d und an der Hochspannungs-Sekundärausgangswicklung 62e. Eine gemeinsame Mittelanzapfungsleitung 53 für die Wicklungen 62b bis 62d ist mit Masse gekoppelt.

Die an der Wicklung 62b entstehende Ausgangswechselspannung wird mit Dioden 69 und 70 vollweg gleichgerichtet und mit einem Kondensator 34 zu einer Versorgungsgleichspannung am Anschluß 31 von beispielsweise +25 Volt gefiltert, um Schaltungen des Fernsehempfängers wie die Vertikalablenkschaltung und die Tonschaltung _m zu speisen. Die an der Wicklung 62d entstehende Ausgangswechselspannung wird durch Dioden 65 und 6 6 doppelweg gleichgerichtet und durch einen Kondensator 36 zu einer Versorgungsgleichspannung von beispielsweise +210 Volt an einem Anschluß 33 gefiltert, welche Empfängerschaltungen wie die Bildröhrentreiber- . schaltung speist.

240.293 5 Die an der Wicklung 62c entstehende Ausgangswechselspannung wird durch Dioden 67 und 68 doppelweg gleichgerichtet und mit einem Kondensator 35 zu einer Spannung B+ an einem Anschluß 32 gefiltert, welche als Versorgungsspannung für die Ablenkung mittels einer Horizontalablenkwicklung 41 dient. Zur Erzeugung des Horizontalablenkstromes in der Horizontalablenkwicklung 41 ist ein Horizontalablenkgenerator 40 über eine Eingangsdrossel 39 mit dem Anschluß 32 gekoppelt. Der Horizon- talablenkgenerator 40 wird von der Versorgungsspannung B+ gespeist und enthält einen Horizontaloszillator und Treiber 43, einen Horizontalausgangstransistor 44, eine Dämpfungsdiode 45, einen Horizontalrücklaufkondensator 46 und einen S-Formungs- oder Hinlaufkondesator 42, der in Reihe mit der Horizontalablenkwicklung 41 über dem Horizontalausgangstransistor 44 liegt.

Die an der Hochspannungsausgangswicklung 62e entstehen-20_ . de Ausgangswechselspannung wird einer Hochspannungsschaltung 64 zur Erzeugung einer Anoden- oder Beschleunigungsspannung an einem Anschluß U für die nicht dargestellte Bildröhre des Fernsehempfängers zugeführt. Die Hochspannungsschaltung 64 kann eine übliche Spannüngsvervielfacherschaltung vom Cockroft-Walton-Typ aufweisen oder eine Halbwellengleichrichterschaltung mit einer Mehrzahl von Dioden, die mit einer Mehrzahl von Wicklungsabschnitten der Hochspannungswicklung 62e, die nicht einzeln veranschaulicht sind, zu einer einzigen Einheit einstückig zusammengegossen sind.

Die Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62d und die Hochspannungs-Sekundärausgangswicklung 62e sind magnetisch eng miteinander gekoppelt. Zur Regelung der Spannungen der Sekundärausgangswicklungen gegen Änderungen der Amplitude der Eingangsspannung Vin und gegen Lastschwankungen der an die Anschlüsse 31 bis 33

24 0 2 93 angekoppelten Lastschaltungen sowie gegen Strahlstrombelastungsänderungen am Anschluß U und zur Temperaturstabilisierung dieser Ausgangsspannungen ist eine Schaltung FR2 mit sättigbarer Spule gemäß der Erfindung als eine Lastschaltung über eine der eng miteinander gekoppelten Sekundärausgangswicklung des Transformators 62 gekoppelt. In Figur 2 liegt die Lastschaltung FR2 beispielsweise über der Sekundärausgangswicklung 62d.

Die Lastschaltung FR2 enthält eine Wicklung 37, die um mindestens einen Teil des magnetisierbaren Sättigungskerns 137 einer sättigbaren Spule FR2 gewickelt ist, einen Permanentmagnet 237, welcher den Kern vorspannt, und einen über die Spule 37 geschalteten Resonanzkondensator 38.

Die Ausgangsspannung Vout an der Sättigungsspule 37 wird durch die Wirkung der Lastschaltung FR2 geregelt.

Durch Kopplung der Spule 37 über die Sekundärausgangswicklung 62d des Transformators 62 arbeitet die Lastschaltung FR2 als mit der Wicklung 62d gekoppelte regelnde Lastschaltung, um die Spannung an der Wicklung 62d als die geregelte Ausgangsspannung aufrecht-ν zuerhalten. Da die Spannung über der Sekundärwicklung 62d durch die Lastschaltung FR2 geregelt wird, sind auch die Ausgangsspannungen an den anderen Sekundärwicklungen, die eng mit der Wicklung 62d gekoppelt sind, geregelt. Somit werden die Ausgangsspannungen über den Wicklungen 62b und 62c und die Hochspannung an der Ausgangswicklung 62e durch die Regelwirkung der Spannung Vout der Lastschaltung FR2 geregelt. Wegen der losen magnetischen Kopplung zwischen der Primärwicklung 62a und den Sekundärwicklungen 62b bis 62e können die Spannungen an diesen Sekundärwicklungen hinsichtlich Amplitude oder Halbperiodenflache relativ unverändert bleiben, obwohl sich die Amplitude

-& 240293 5

der Spannung über der Primärwicklung ändert.

Der Permanentmagnet 237 spannt den Sättigungskern 137 so vor, daß sich eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung Vout und der anderen, an den Sekundärwicklungen des Transformators 62 entstehenden Spannungen sowie der Gleich- und Anodenspannungen ergibt. Die sättigbare Spule SR2 der Lastschaltung FR2 gemäß Figur 2 kann ähnlich aufgebaut sein, wie die oben beschriebene sättigbare Spule SR gemäß den Figuren 3 bis 5, oder ähnlich wie die sättigbare Spule SRA in den Figuren 6 bis 8.

Die sättigbare Spule SRA nach den Figuren 6 bis 8 ist toroidförmig konstruiert. Figur 7 zeigt einen Endquerschnitt längs der Linie 7-7 von Figur 6 des Kern- und Permanentmagnetteiles der sättigbaren Spule SRA, wobei die Spule 37 in Figur 7 weggelassen ist. Figur zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Kern- und Permanentmagnetteiles der Anordnung nach Figur 6.

Der Kern der sättigbaren Spule SRA weist zwei Ringe oder Scheiben 137a und 137b aus einem weichen Ferritmaterial, wie etwa Lithiumferrit auf. Zwischen den beiden Weichferritteilen sind zwei konzentrisch zusammengesetzte Permanentmagnetringe 237a und 237b eingefügt, welche beispielsweise aus einem harten Ferritmaterial wie Barium oder Strontiumferrit bestehen können. Jedes dieser Permanentmagnetringglieder wird durch eine Fläche magnetisiert, wobei die Fläche eines der Permanentmagnetringe in der entgegengesetzten Polarität magnetisiert ist wie die angrenzende Fläche des anderen Permanentmagnetringes. Wie die Figuren 7 und 8 zeigen, ist die Fläche 81a des Permanentmagnetringes 237a beispielsweise als Nordpol magnetisiert und die

240293

-3-Θ--

gegenüberliegende Fläche 81b desselben Ringes ist als Südpol magnetisiert; dagegen ist die Fläche 82a des anderen Permanentmagnetringes 237b als Südpol magnetisiert, und die gegenüberliegende Fläche 82b ist als Nordpol magnetisiert. Die beiden Permanentmagnetringe 237a und 237b können auch durch einen einzigen Ring mit zwei konzentrisch magnetisierten Abschnitten ersetzt werden.

Benutzt man eine derartige Ringkonstruktion für die sättigbare Spule SRA, dann verläuft das Flußdichtenfeld, welches von den Permanentmagnetringen 237a und 237b in den Sättigungskernringen 137a und 137b erzeugt wird, im wesentlichen rechtwinklig zu dem Flußdichtenfeld, das der in der Spule 37 fließende Magnetisierungsstrom erzeugt, und zwar im wesentlichen im gesamten Volumen der Sättigungskernringe 137a und 137b. Wegen der toroidförmigen Wicklungsform der Spule 37 verläuft das Vorspannungsfeld 83, welches von den Permanentmagnetringen 237a und 237b erzeugt wird und nur teilweise in Figur 7 gezeigt ist, durch im wesentlichen das gesamte Volumen der Sättigungskernringe 137a und 137b generell rechtwinklig zum Flußdichtenfeld, welches der in der Spule fließende Strom hervorruft. Weiterhin ist das Vorspannungsfeld hauptsächlich in den Weichferritkernringen anstatt in der Luft konzentriert.

Ein Vorteil bei der Verwendung der Ringgeometrie für die sättigbare Spule SRA in den Figuren 6 bis 8 ist die Fähigkeit dieser Geometrie, die durch die Permanentmagnetringe erzeugten Feldlinien innerhalb der Weichferritkernringe zu konzentrieren, so daß sich ein relativ großes Vorspannungs-Flußdichtenfeld im Weichferritkern für eine gegebene Permanentmagnet-. polstärke ergibt. Auch kann das Gesamtvolumen des bei der Herstellung der sättigbaren Spule verwendeten Kernmaterials verringert werden.

240293 5

Zur Konzentration der vom Permanentmagnetstab 2 2 in den Figuren 3 bis 5 erzeugten Feldlinien innerhalb des sich sättigenden Weichferrit-I-Kernabschnittes 21b kann der Permanentmagnet 22 so magnetisiert werden, daß er die in Figur 4 gestrichelt gezeichnete Polanordnung ergibt. Die Oberfläche des Permanentmagneten 22 neben der durch die Flächen 16 und 17 gebildeten Kante ist ein Norpolbereich, während die Oberfläche des Permanentmagneten 22 neben der von den Flächen 15 und 27 gebildeten Kante ein Südpolbereich ist.

Vorteile der Anwendung der Geometrie der sättigbaren Spule SR nach den Figuren 3 bis 5 sind die Einfachheit der Wicklungsherstellung und Montage, die Verringering des Volumens des Sättigungskernteiles und damit die Verringerung der Verluste und die geringere erforderliche Windungszahl.

Figur 13 veranschaulicht einen Teil des Strornversorgungsteils 80 des Fernsehempfängers gemäß Figur 2, welcher eine andere Ausführungsform der Lastschaltung mit sättigbarer Spule enthält. Die in den Figuren 2 und 13 in gleicher Weise bezeichneten Elemente arbeiten auch in gleicher Weise. In der Lastschaltung FR2 der Figur 13 ist eine Wicklung 62f eines Transformators 62 mit hohen Streuinduktivität in Reihe mit dem Resonanzkondensator 38 über die Wicklung 37 der mit einem Permanentmagnet vorgespannten sättigbaren Spule SR2 geschaltet. Wie in Figur 2 entsteht am Kondensator 38 eine geregelte Ausgangsspannung Vout, die unmittelbar der Sekundärausgangswicklung 62d zugeführt wird und auf diese Weise die an allen anderen Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62e entstehenden Ausgangsspannungen regelt.

Die Transformatorwicklung 62f ist magnetisch eng mit der Primärwicklung 62a gekoppelt, jedoch lose mit der Sekundärausgangswicklung 62d gekoppelt. Wenn die

2 Λ Ο 2 9 3 5 Wicklungspolarität der Wicklung 62f gegenüber der Wicklung 62d so ist, wie es Figur 13 zeigt, dann ist die geregelte Ausgangsspannung Vout gleich dem Unterschied zwischen der Spannung V , die an der Wicklung 37 der sättigbaren Spule SR2 entsteht, und der Spannung V ,, die an der Transformatorwicklung 62f entsteht. Eine solche Anordnung führt zu einer verbesserten . Ausgangsspannungsregelung, wenn nötig, in einer Weise, wie es in der US-Patentanmeldung von D.H. Willis, USSN 255,396 vom 20. April 1981 mit dem Titel: "TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT LOAD POWER SUPPLY WITH REDUCED SATURABLE REACTOR CIRCULATING CURRENT" beschrieben ist. Wegen der Differenzbeziehung zwischen der Spannung V und der Spannung V , bei deren algebraischer Zusammenfassung zur Ausgangsspannung Vout wird einem Anwachsen der Spannung V der sättigbaren Spule beispielsweise infolge eines Anwachsens der ungeregelten Spannung, welche der Primärwicklung 62a des Transformators zugeführt wird, durch ein Anwachsen der Spannung V , begegnet, welche an der Transformatorwicklung 62f entsteht, so daß die Amplitude und die Halbperiodenflache oder beides der Ausgangsspannung Vout im wesentlichen unverändert bleiben.

Die in Figur 13 gezeigte Anordnung, welche die kompensierende Treiberwicklung 62f in der Lastschaltung FR3 enthält, kann nützlich sein, wenn die sättigbare Spule ⁽ der Lastschaltung zur Temperaturstabilität der Ausgangsspannung Vout eine Permanentmagnetvorspannung aufweist. Wenn man die sättigbare Spule mit einem Permanentmagnet vormagnetisiert, dann kann die Regelung der Ausgangsspannung Vout gegenüber der ungeregelten Eingangsspannung und Lastschwankungen jedoch etwas

schlechter sein

35

Es sei beispielsweise die in Figur 11 veranschaulichte Kennlinie des magnetischen Flusses φ über der magnetomotorischen Kraft F betrachtet. Solche Kurven können

240293 5 für den Betrieb einer Anordnung mit sättigbarer Spule, wie sie in den Figuren 3 bis 5 veranschaulicht ist und bei welcher Lithiumferrit als magnetisierbares Sättigungskernmaterial benutzt wird, zutreffen. Die Flußkoordinatenachse φ stellt den mit der Wicklung 20 der sättigbaren Spule verketteten magnetischen Fluß dar, oder den im Inneren der Spule senkrecht zu ihren Leiterwindungen fließenden Magnetfluß.

Die φ-F 90 und 91 in Figur 11 betreffen den Betrieb der sättigbaren Spule SR nach den Figuren 3 bis 5, wenn der Permanentmagnet entfernt ist und der Kern 21 nicht magnetisch vorgespannt wird. Die ausgezogene Kurve 90 entspricht einer Kernbetriebstemperatur von beispielsweise +25°C, während die gestrichelte Kurve 91 einer höheren Betriebstemperatur von beispielsweise 100 C entspricht. Wie aus Figur 11 ersichtlich ist, sind selbst bei Verwendung eines Materials mit relativ temperaturstabilem Bsat, wie Lithiumferrit, die Flußwerte oberhalb des Kurvenknickes, die man im Sättigungskernteil des Kernes 21 während der Sättigungsintervalle der Ausgangsspannung Vout erhält, bei den höheren Kerntemperaturen gemäß der Kurve 91 niedriger als bei den kühleren Kerntemperaturen gemäß der Kurve 90.

Die Kurve 92 stellt den normalen Zusammenhang zwischen Fluß und magnetomotorischer Kraft für die sättigbare Spule gemäß den Figuren 3 bis 5 dar, wenn der Permanentmagnet 22 über den I-Kernabschnitt 21b gefügt ist.

Die Kurve 92 gilt für eine Kern- und Permanentmagnet-Betriebstemperatur von beispielsweise 25 C. Durch geeignete Wahl der Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten und durch geeignete Abstimmung der Temperaturkoeffizienten a_f und α des Sättigungskernmaterials und des Permanentmagnetmaterials läßt sich eine Kurve bei einer höheren Kern- und Magnetbetriebstemperatur durch im wesentliche dieselbe Kurve 92

et

0 293 5 darstellen, die bei der kühleren Betriebstemperatur aufgenommen ist, und daraus sieht man, daß bei den beiden Temperaturen eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung erreicht ist.

Vergleicht man die unter Verwendung einer Permanentmagnetvorspannung aufgenommene Kurve 92 mit den Kurven 90 und 91, die ohne permanente Vormagnetisierung aufgenommen sind, dann stellt man fest, daß durch die Ver-

]Q wendung einer Permanentmagnet-Vormagnetisierung der maximale Flußwert, der im Sättigungskern bei einer gegebenen maximalen magnetomotorischen Kraft herrscht, reduziert ist. Diese Verringerung des maximalen Flußpegels führt zu einer Amplitudenverringerung der geregelten Ausgangsspannung, sofern andere Faktoren wie die Anzahl der Spulenwindungen und die Querschnittsfläche des Sättigungskerns unverändert bleiben. Man sieht auch, daß die Vormagnetisierung mit einem Permanentmagnet zu einer flacheren Steigung der Kurve 92 im ungesättigten Betrieb unterhalb'des Kurvenknicks führt, und dabei wird die Induktivität der sättigbaren Spule im ungesättigten Zustand etwas herabgesetzt.

Eine andere Auswirkung der Vormagnetisierung mit einem Permanentmagnet ist die Ausbildung eines stärker abgerundeten Knickes und einer relativ steileren Steigung im Sättigungsbereich der Kurve 92 gerade unmittelbar jenseits des Knickes. Die Regelung der Ausgangsspannung gegen Änderungen der Eingangsspannungsamplitude und gegen Laständerungen kann zu einer Verschlechterung neigen. Um jegliche Beeinträchtigung der Ausgangsspannungsregelung zu kompensieren, die durch die Einführung der Permanentmagnetvorspannung für die sättigbare Spule einer solchen Anordnung entsteht, kann man wie bereits beschrieben eine Schaltung wie die Schaltung FR3 der Figur 13 benutzen.

240293 5

-3-5-

] Die Anordnung des Permanentmagneten neben dem Sättigungskern erfolgt so, daß ein orthogonales Vormagnetisierungsfeld im Kernteil innerhalb der Sättigungsspule entsteht. Ein im wesentlichen orthogonales Vormagnetisierungsfeld führt zu einer φ-F Kurve 92, welche praktisch symmetrisch bezüglich positiver und negativer Werte der magnetomotorischen Kraft F ist. Der Permanentmagnet erzeugt ein temperaturempfindliches Vormagnetisierungsgleichfeld im Sättigungskern, welches bei ^vektorieller Addition zu dem von der sättigbaren Spule erzeugten Wechselfeld insgesamt zu einem zur Zeitachse symmetrischen Wechselfeld führt. Eine solche Symmetrie ist erwünscht im Sinne einer guten Regelung der Ausgangsspannung.

Temperaturungleichförmigkeiten im Permanentmagnetmaterial und in dem sich sättigenden weichen Ferritmaterial sowie die Unfähigkeit des Permanentmagneten Temperaturanstiegen im weichen Ferritmaterial während der Aufwärmungsphase des Stromversorgungsteils genau zu folgen, können die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung nachteilig beeinflussen. Solche Wirkungen lassen sich minimalisieren durch richtige Wahl der Geometrie des Permanentmagneten und des sich sättigenden weichen Ferrits.

Die Vormagnetisierung mittels Permanentmagnet verringert auch Hystereseverluste, so daß die Betriebstemperaturen des Sättigungskerns bei einer gegebenen Form der Wärmesenke niedriger werden.

Ein weiterer Faktor, der die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung beeinflußt, ist der Grad der Ungleichförmigkeit der Vormagnetisierungsstärke innerhalb des Volumens des Sättigungskernmaterials. In dem Maß, wie die Vormagnetisierungsstärke sich dem Ideal für einen gegebenen Wert Bmax an dieser Kernstelle und für

U- 240293

] gegebene Werte a_f und α nähert, verbessert sich die Temperaturstabilität. Die Größe der Vormagnetisierung hängt von der Kristallorientierung des Barium- und Strontiumferrits bezüglich der durch den Magnet verlaufenden Flußlinien ab.

Bei dem Aufbau der vormagnetisierten sättigbaren Spule nach den Figuren 3 bis 5 kann für das magnetisierbare Material des sättigbaren I-Kernabschnittes 21b Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit gewählt werden. Da der C-Kernabschnitt 21a sich größtenteils nicht sättigt, kann für sein magnetisierbares Material ein Mangan-Zink-Ferrit gewählt werden. Für den Permanentmagnet 22 kann man ein orientiertes Barium- oder Strontiumferrit wählen.

Claims

240293

P at entansprüche

1· Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem mit einem geregelten Anodenstromversorgungsteil enthaltend eine Eingangsspannungsquelle, eine mit dieser gekoppelte Quelle zur Erzeugung eines Erregerstroms, einen magnetisierbaren Kern mit einem sättigbaren Kernabschnitt, auf dem eine Wicklung sitzt, eine aufgrund des Erregerstroms in dem magnetisierbaren Kern einen magnetischen Fluß, der mit der Wicklung verkettet ist und eine Ausgangsspannung wechselnder Polarität hervorruft, erzeugende Einrichtung, eine der Wicklung zugeordnete Kapazität zur Erzeugung eines zirkulierenden Stromes, der eine erste magnetische Kraft (Magnetfeldstärke) in dem sättigbaren Kern erzeugt, einen Anodenanschluß und eine aufgrund der Ausgangsspannung wechselnder PoIa-

2aMAH982*01SÜG4

24 0 2 93

rität eine Anodenspannung an dem Anodenanschluß erzeugende Einrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß zur Vormagetisierung des Kerns (21; 137) ein Permanentmagnet (22; 23y),vorgesehen ist derart, daß in dem sättigbaren Kernabschnitt eine zweite magnetische Kraft (Magnetfeldstärke) erzeugt wird und die resultierende aus diesen beiden Magnetisierungskräften einen magnetischen Fluß hervorruft, welcher den sättigbaren Kernabschnitt zur Regelung der Ausgangsspannung wechselnder Polarität im wesentlichen magnetisch sättigt.
2. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Neigung der geregelten Ausgangsspannung wechselnder Polarität, sich mit Temperaturschwankungen im magnetisierbaren Material des sättigbaren Kernabschnittes infolge von Temperaturschwankungen der Sättigungsf lußdi'chte in dem magnetisierbaren Material des sättigbaren Kernabschnittes zu ändern, im wesentlichen durch die zugehörigen Temperaturänderungen der Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten (.2 2; 2 37) kompensiert werden.
3. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach den Punkten 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung der zweiten Magnetisierungskraft allgemein quer zur Richtung der ersten Magnetisierungskraft in einem wesentlichen Volumen des magnetisierbaren Materials des sättigbaren Kernabschnittes verläuft.
4. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Darstellungs-

240293 5 system eine Ablenkwicklung (41), einen Ablenkgenerator (40), der aufgrund der geregelten B+ Ablenkversorgungsspannung in der Ablenkwicklung einen Ablenkstrom erzeugt, und eine aufgrund der geregelten Ausgangsspannung wechselnder Polarität die geregelte B+ Versorgungsspannung erzeugende Einrichtung (67, 68) enthält.
5. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet , daß der negative Temperaturkoeffizient der flußdichten Stärke des Permanentmagneten (22; 237) einen größeren Wert als der negative Temperaturkoeffizient der Sättigungsflußdichte des magnetisierbaren Materials des sättigbaren Kernabschnittes über den normalen Betriebstemperaturbereich des Stromversorgungsteils ist.
6. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet , daß der magnetisierbare Kern (137) und der Permanentmagnet (237) jeweils in der Gestalt eines ringförmigen Teils ausgebildet sind·.
·
7. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet

(237) zwei zueinander konzentrische Ringteilabschnitte (237a, 237b) enthält, von denen jedes

durch einander gegenüberliegende Flächen magnetisiert ist und daß einander angrenzende Flächen der beiden Ringteilabschnitte mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert sind. 35

2AO293 5
8. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt "7, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierbare Ringteilkern zwei Ringe (137a, 137b) aus magnetisierbarem Material aufweist, zwischen die der Permanentmagnet (237) eingesetzt ist.
9. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet , daß der raagnetisierbare Kern einen Rechteckkern (21) aufweist und daß der Permanentmagnet (22) einen mit einem Schenkel des Rechteckkerns in Berührung stehenden Stab aufweist.
10. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 9, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der Nordpol als auch der Südpol des Permanentmagneten sich auf derjenigen Fläche (27) des Stabes (22) befinden, der den rechteckigen Kernschenkel (21b) des magnetisierbaren Kerns berührt.
11. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Erregerstromquelle einen Transformator (62) hoher Streuinduktivität aufweist, von dem eine Primärwicklung (62a) mit der Eingangsspannungsquelle (61) gekoppelt ist und von dem eine Sekundärwicklung (62d) mit der auf dem magnetisierbaren Kern sitzenden Wicklung (37) gekoppelt ist und daß die geregelte Ausgangsspannung wechselnder Polarität über der Sekundärwicklung (62d) dieses Transformators entsteht.

240293 5
12. Stromversorgungsteil für ein Fernsehdarstellungssystem nach Punkt 11/ dadurch gekennzeichnet , daß die die Anodenspannnng erzeugende Einrichtung eine Hochspannungswicklung (62c), die magnetisch mit der Sekundärwicklung (62d) des Transformators hoher Streuinduktivität gekoppelt ist, um die geregelte Spannung wechselnder Polarität hoch zutransformieren, und eine Hochspannungsgleichrichterschaltung (64) aufweist, die mit der Hochspannungswicklung (62e) zur Erzeugung einer Hochspannung aus der an der Hochspannungswicklung (62e) entstehenden Spannung gekoppelt ist.
13. St ronivertiorgungsteil jiach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten (23; 237) mindestens zweimal so groß wie der Temperaturkoeffizient des magnetisierbaren Materials des sätt igbaren Kernabschnittes über den normalen Be triebstemperaturbereich des Stromversorgungsteils i s t .
14. Stromversorgungsteil nach Punkt 5, d a -

d u r r h gekennzeichnet, daß das magnetisierbare Material des sättigbaren Kern·- abschnittes ein Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit ist.
15. Stromversorgungsteil nach Punkt 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Permanentmagnet (23; 237) ein Keramikmagnet ist.
16. Stronwersorgungsteil nach Punkt 15, d a ^OJ durch gekennzeichnet , daß

der Keramikmagnet ein Bariumferrit oder ein Strontiumferrit ist.

- Hierzu 8 Blatt Zeichnungen -