DD206617A5 - HIGH FREQUENCY FERRO RESONANCE POWER CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF FERRORESONANZ-STROMVERSORGUNGSSCHALTUNG UNTER VERWENDUNG TEMPERATURSTABILER KERNMATERIALIEN ZUR LIEFERUNG GEREGELTER STABILER AUSGANGSSPANNUNG.ZIEL DER ERFINDUNG IST ES, DIE HYSTERESE- UND WIRBELSTROMVERLUSTE IM SAETTIGUNGSKERN DES FERRORESONANZ-TRANSFORMATORS ZU VERRINGERN. GEMAESS EINER BEVORZUGTEN AUSFUEHRUNG DER ERFINDUNG WEIST EINE MIT SAETTIGUNGSKERN ARBEITENDE GEREGELTE STROMVERSORUNGSSCHALTUNG EINE MIT EINER EINGANGSSPANNUNGSQUELLE GEKOPPELTE ERREGERSTROMSCHALTUNG UND EINEN MAGNETISIERBAREN KERN MIT EINEM SAETTIGBAREN KERNABSCHNITT AUF. AUF DEM KERN IST EINE WICKLUNG ANGEORDNET, UND EINE VON DEM ERREGERSTROM GESTEUERTE EINRICHTUNG ERZEUGT IN DEM MAGNETISIERBAREN KERN EINEN MAGNETFLUSS, DER ZUR ERZEUGUNG EINER AUSGANGSSPANNUNG WECHSELNDER POLARITAET MIT DER WICKLUNG VERKETTET IST. DER SAETTIGBARE KERNABSCHNITT IST AUS EINEM LITHIUMFERIT ODER AUS EINEM SUBSTITUIERTEN LITHIUMFERRIT HERGESTELLT.The invention relates to ferro-resonance power supply circuitry using temperature-stable core materials to supply regulated steady-state output voltage. The object of the invention is to reduce the frequency of the hydrogen saturation and spin current losses in the Ferro-Resonance Transformer Core. According to a preferred embodiment of the invention, a controlled power supply circuit operating with a sealing core has an energizing power circuit coupled to an input power source and a magnetizable core having a sealable core cut. ON THE CORE, A WINDING ARRANGES, AND A DEVICE CONTROLLED BY THE ACTIVITY GENERATES A MAGNETIC FLOW IN THE MAGNETIC CORE, A MAGNETIC FLOW CHAINED WITH THE WINDING FOR PRODUCING AN OUTPUT VOLTAGE CHANGING POLARITY. THE SAFETY NOMINAL CUTTING IS MADE FROM A LITHIUM REFERENCE OR FROM A SUBSTITUTED LITHIUM REFERENCE.
Description
-I 231850 -I 231850
RCA 75551/Sch/Ro.RCA 75551 / Sch / Ro.
Die Erfindung bezieht sich auf Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltungen unter Verwendung temperaturstabiler Kernmaterialien zur Lieferung geregelter stabiler Ausgangsspannungen.The invention relates to ferroresonant power supply circuits using temperature stable core materials to provide regulated stable output voltages.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;Characteristic of the known technical solutions;
Eine Stromversorgungsschaltung mit einem Ferroresonanz-Transformator oder einer sättigbaren Ferroresonanz-Drossel als Regelelement nutzt das Prinzip der magnetischen Sättigung aus, um eine Ausgangsspannung, relativ konstant zu halten. Das Regelelement bewirkt zusammen mit einer Resonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz typischerweise unterhalb der Frequenz der Eingangsspannung gewählt wird, für eine relativ wirksame Regelung der Ausgangsspannung bei Änderungen der Belastung und der Eingangsspannung. Die Verwendung passiver Reaktanzelemente ergibt einen zuverlässigen Betrieb. Das angewandte Ferroresonanzprinzip verhindert auch, daß bei Betriebsfehlern übermäßig große Ausgangsspannungen erzeugt werden.A power supply circuit having a ferroresonant transformer or a saturable ferroresonance reactor as a control element utilizes the principle of magnetic saturation to keep an output voltage relatively constant. The control element, together with a resonant circuit whose resonant frequency is typically chosen below the frequency of the input voltage, provides for relatively effective regulation of the output voltage with changes in the load and input voltage. The use of passive reactance elements results in reliable operation. The applied ferroresonance principle also prevents excessively large output voltages from being generated in the event of operational errors.
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i 2 318 5 0 4i 2 318 5 0 4
] Ein Betrieb bei einer relativ hohen Eingangsfrequenz, wie etwa der Fernseh-Horizontalablenkfrequenz von ungefähr 16 kHz ist ein Ferroresonanz-Transformator relativ kompakt und leicht und ergibt von Haus aus eine Ausgangsspannungsregelung ohne Notwendigkeit einer relativ komplizierten und teueren elektronischen Regelschaltung. ] Operating at a relatively high input frequency, such as the TV horizontal deflection frequency of about 16 kHz, a ferroresonant transformer is relatively compact and lightweight and inherently provides output voltage regulation without the need for a relatively complicated and expensive electronic control circuit.
Im Sinne eines vernünftig guten Wirkungsgrades bei einer hohen Betriebsfrequenz von 16 kHz kann der magnetisierbare Kern eines Ferroresonanz-Transformators aus magnetisierbarem Material relativ hohen spezifischen Widerstandes hergestellt werden, wie beispielsweise einem Ferrit. Selbst wenn man ein Ferritkernmaterial verwendet, können aber Wirbelstromverluste und Hystereseverluste im Kern und Widerstandsverluste infolge des in den mit der Wicklung des Ferroresonanz-Transformators gekoppelten Kondensator fließenden Resonanzstromes zu einer erheblichen Erwärmung des Sättigungskerns über die Umgebungstemperatur führen.In terms of a reasonably good efficiency at a high operating frequency of 16 kHz, the magnetizable core of a ferroresonant transformer made of magnetizable material of relatively high resistivity can be made, such as a ferrite. However, even using a ferrite core material, eddy current losses and core hysteresis losses and resistance losses due to resonant current flowing in the capacitor coupled to the ferroresonant transformer winding can result in significant saturation core heating.
Die Sättigungsflußdichte B .... vieler magnetisierbarer MaterialienThe saturation flux density B .... of many magnetizable materials
sa u.sa u.
nimmt mit wachsender Temperatur ab. Da die Ausgangsspannung eines Ferroresonanz-Transformators zum Teil vom Wert B .... des Sättigungskernmaterials abhängt, kann eine Temperaturerhöhung des Sättigungskerns zu einer unerwünschten Verringerung der Ausgangsspannung führen.decreases with increasing temperature. Since the output voltage of a ferroresonant transformer depends in part on the value B... Of the saturable core material, an increase in the temperature of the saturation core can lead to an undesirable reduction in the output voltage.
Hysterese- und Wirbelstromverluste im Sättigungskern des Ferroresonanz-Transformators oder sättigbaren Reaktanz tragen zu einer Erwärmung des Kerns und des isolierten Spulendrahtes auf, der um den Kern gewickelt ist. Relativ große Verluste sind jedoch unerwünscht, weil sie den Wirkungsgrad der Stromversorgungsschaltung herabsetzen und weil hohe Betriebstemperaturen zu starke Einschränkungen hin-Hysteresis and eddy current losses in the saturable core of the ferroresonant transformer or saturable reactance contribute to heating of the core and insulated coil wire wound around the core. Relatively large losses are however undesirable because they reduce the efficiency of the power supply circuit and because high operating temperatures lead to excessive restrictions.
sichtlich der Isolationserfordernisse ergeben.visibly meet the insulation requirements.
Ein Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung einer Ferroresonanzerscheinungen zur Regelung ausnutzenden Stromversorgungsschaltung, bei welcher das magnetisierbare Material für einen Sättigungskern mit einer relativ stabilen Sättigungsflußdichte B .... und relativ hoher Koerzitivkraft H gewählt ist. Ein Material, das nur eine dieserIt is an object of the present invention to provide a ferro-resonance phenomena for control utilizing power supply circuit in which the magnetizable material is selected for a saturable core having a relatively stable saturation flux density B... And relatively high coercive force H. A material that is just one of those
.{. 231 8 50 4 beiden erwünschten Eigenschaften aufweist, eignet sich nicht für die Verwendung in einer Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung.. {. 231 8 50 4 has two desirable properties is not suitable for use in a ferroresonant power supply circuit.
Gemä3 einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist eine mit Sättigungskern arbeitende geregelte Stromversorgungsschaltung eine mit einer Eingangsspannungsquelle gekoppelte Erregerstromschaltung und einen magnetisierbaren Kern mit einem sättigbaren Kernabschnitt auf. Auf dem Kern ist eine Wicklung angeordnet, und eine von dem Erregerstrom gesteuerte Einrichtung erzeugt in dem magnetisierbaren Kern einen Magnetfluß, der zur Erzeugung einer Ausgangsspannung wechselnder Polarität mit der Wicklung verkettet ist.According to a preferred embodiment of the invention, a saturable core regulated power supply circuit has an exciting current circuit coupled to an input voltage source and a magnetizable core having a saturable core portion. A winding is disposed on the core, and means controlled by the exciting current generates in the magnetizable core a magnetic flux which is chained to produce an output voltage of alternating polarity with the winding.
Der Wicklung ist eine Kapazität zugeordnet, um zusammen mit der Erregerstromschaltung in dem sättigbaren Kernabschnitt ein magnetisches Kraftfeld wechselnder Polarität zu erzeugen. Das magnetisierende Kraftfeld erzeugt einen Magnetfluß, welches den sättigbaren Kernabschnitt während jedes Zyklus der Ausgangsspannung wechselnder Polarität im wesentlichen magnetisch sättigt, so daß ein Resonanzstrom in der Kapazität zur Regelung der Ausgangsspannung wechselnder PoIarität entsteht.The winding is associated with a capacitance for generating a magnetic force field of alternating polarity in the saturable core section together with the energizing current circuit. The magnetizing force field generates a magnetic flux which substantially magnetically saturates the saturable core portion during each cycle of the alternating polarity output voltage to produce a resonant current in the capacitor for regulating the output voltage of varying polarity.
Der sättigbare Kernabschnitt ist aus einem Lithiumferrit oder aus einem substituierten Lithiumferrit hergestellt. Ausführungsbeispiele: In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:The saturable core portion is made of a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite. Exemplary embodiments: In the accompanying drawings:
Fig. 1 eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung mit einer sättigbaren Reaktanz unter Verwendung eines Sättigungskernmaterials, dessen Sättigungsflußdichte relativ temperaturstabil ist und dessen Koerzitivkraft relativ niedrig ist, wie etwa einem Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit, gemäß der Erfindung;1 shows a high frequency ferroresonant power supply device with a saturable reactance using a saturable core material whose saturation flux density is relatively temperature stable and whose coercive force is relatively low, such as a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite according to the invention;
Fig. 2 eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Endanodenstromversorgungsschaltung mit einer sättigbaren Reaktanz unter Verwendung derselben oder eines ähnlichen Sättigungskernmaterials wie im Falle der Fig. 1;Fig. 2 shows a high frequency ferroresonant end anode power supply circuit having a saturable reactance using the same or a similar saturable core material as in the case of Fig. 1;
-'- 2 318 5 0 k Fig. 3 Diagramme der Sättigungsflußdichte über der Temperatur für verschiedene magnetisierbar Ferrite;-'- 2318 5 0 k 3 shows diagrams of the saturation flux density versus temperature for various magnetized ferrites.
Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Konfiguration von Kern und Windung undFig. 4 is a comparison with FIG. 1 modified configuration of core and winding and
Fig. 5-8 Nomarski-Mikrogramme polierter Oberflächen verschiedener Beispiele.Fig. 5-8 Nomarski micrograms of polished surfaces of various examples.
In Fig. 1 ist eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung 10 mit einer sättigbaren Drossel veranschaulicht, welche an den Anschlüssen 18 und 19 eine geregelte Spannung wechselnder Polarität zur Speisung einer in Fig. 1 schematisch mit R, bezeichneten Last erzeugt. Die Stromversorgungsschaltung 10 kann beispielsweise so dimensioniert sein, daß sie eine relativ niedrige geregelte Ausgangsspannung V . von beispielsweise 24 V f^ erzeugt.In Fig. 1, a high-frequency ferroresonant power supply circuit 10 is illustrated with a saturable reactor, which generates at the terminals 18 and 19, a regulated voltage of alternating polarity for feeding a in Fig. 1 schematically denoted by R, load. For example, the power supply circuit 10 may be sized to provide a relatively low regulated output voltage V. of for example 24 V f ^ generated.
Die Stromversorgungsschaltung 10 weist einen Hochfrequenz-Leistungsoszillator 23, der an den Anschlüssen 16 und 17 eine ungeregelte Eingangswechselspannung erzeugt, und eine Eingangsdrossel 25 auf, über welche die Eingangswechselspannung an eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Anordnung 24 mit sättigbarer Reaktanz gekoppelt wird. Die Anordnung 24 enthält einen Resonanzkondensator 26, der über die Ausgangsanschlüsse 18 und 19 und über eine Reaktanzwicklung 22 eines Sättigungsmagnetelementes oder einer sättigbaren Drossel SR geschaltet ist. Die Drossel SR hat eine Wicklung 22, die über einen hohlen Plastikspulenkörper 21 gewickelt ist, und einen magnetisierbaren Kern 20, der sich innerhalb der Wicklung 22 und des Wickelkörpers 21The power supply circuit 10 comprises a high frequency power oscillator 23 which generates an unregulated AC input voltage at the terminals 16 and 17 and an input choke 25 via which the input AC voltage is coupled to a high frequency ferroresonance arrangement 24 of saturable reactance. The assembly 24 includes a resonant capacitor 26 connected across the output terminals 18 and 19 and across a reactance winding 22 of a saturable magnetic element or saturable reactor SR. The reactor SR has a winding 22 wound over a hollow plastic bobbin 21 and a magnetizable core 20 located inside the winding 22 and the bobbin 21
befindetis
30 30
In der Wicklung 22 fließt ein Magnetisierungsstrom zur Erzeugung eines magnetischen Wechselflusses im magnetisierbaren Kern 20, welcher mit der Wicklung verkettet ist, um eine Ausgangsspannung wechselnder Polarität V . zu erzeugen. Der Magnetisierungsstrom, oder derIn the winding 22 flows a magnetizing current for generating a magnetic alternating flux in the magnetizable core 20, which is linked to the winding to an output voltage of alternating polarity V. to create. The magnetizing current, or the
Wicklungsstrom in der sättigbaren Drossel, stammt zum Teil von derWinding current in the saturable reactor is partly due to the
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] Eingangswechselspannungsquelle 23 und wird über die Eingangsdrossel 25 zur Wicklung 22 übertragen, und zum Teil von dem durch den Resonanzkondensator 26 gelieferten Strom. ] AC input voltage source 23 and is transmitted via the input inductor 25 to winding 22, and in part on the delivered by the resonance capacitor 26 current.
Die Ausgangsspannung V t ist gegen Amplitudenä'nderungen der Eingangsspannung und gegen Lastschwankungen geregelt, und zwar infolge der Ferroresonanzwirkung der Anordnung 24, welche bewirkt, daß die Induktivität des Sättigungsmagnetelementes SR während jedes Halbzyklus der Ausgangsspannung V t zwischen einem Zustand relativerhoher induktiver Impedanz und'einem Zustand relativ niedriger induktiver Impedanz umgeschaltet wird. Befindet sich das Element SR im Zustand hoher Impedanz, in welchem seine Impedanz beispielsweise das 10fache oder noch mehr der Lastimpedanz R. beträgt, dann fließt in der Drosselwicklung 22 ein relativ kleiner Magnetisierungsstrom.Wenn in der Wicklung 22 der kleine Magnetisierungsstrom fließt, dann erzeugen die von der Ausgangsspannung V . im Kern 20 eingeprägten Volt-Sekunden eine Flußumkehr im magnetisierbaren Kern 20 und einen nachfolgenden Flußaufbau in der entgegengesetzten Richtung. Wenn das Element SR eine hohe Impedanz hat, dann befindet sich der magnetische Arbeitspunkt des magnetisierbaren Kernes 20 im linearen Bereich der B-H-Kurve des magnetisierbaren Kernmaterials unterhalb des Knickes dieser Kurve.The output voltage V t is controlled against amplitude variations of the input voltage and load variations due to the ferroresonant effect of the device 24 which causes the inductance of the saturable magnetic element SR to alternate between a state of relative high inductive impedance and each half cycle of the output voltage V t State relatively low inductive impedance is switched. When the element SR is in the high impedance state in which its impedance is 10 times or more the load impedance R, for example, a relatively small magnetizing current flows in the reactor winding 22. When the small magnetizing current flows in the winding 22, they generate from the output voltage V. in the core 20 impressed volt-seconds, a flux reversal in the magnetizable core 20 and a subsequent flux build-up in the opposite direction. If the element SR has a high impedance, then the magnetic operating point of the magnetizable core 20 is in the linear region of the BH curve of the magnetizable core material below the bend of this curve.
Wenn die über der Wicklung 22 des sättigbaren Kerns eingeprägten Volt-Sekunden den magnetischen Arbeitspunkt des Kernmaterials über den Knick der B-H-Kurve in das magnetische Sättigungsgebiet verschieben, dann ändert sich die Induktivität des Elementes SR, also der sättigbaren Drossel, auf einen relativ niedrigen Wert. Dann fließt zwischen dem Resonanzkondensator 26 und der Drosselwicklung ein zirkulierender oder Resonanzstrom, der in der Wicklung einen Stromimpuls hervorruft und zu einer Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung VQut führt.When the volt-seconds impressed across the winding 22 of the saturable core displace the magnetic operating point of the core material beyond the bend of the BH curve into the magnetic saturation region, the inductance of the element SR, that is the saturable reactor, changes to a relatively low value , Then, a circulating or resonant current flows between the resonant capacitor 26 and the choke winding, causing a current pulse in the winding and leading to a polarity reversal of the output voltage V Qut .
Im Sinne einer relativ guten Ausgangsspannungsregelung kann es OJ wünschenswert sein, die sättigbare Drossel so auszubilden, daß die Drosselinduktivität während der magnetischen Sättigung des Kerns 20In terms of relatively good output voltage regulation, OJ may be desirable to design the saturable inductor such that the inductor inductance during magnetic saturation of the core
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] so klein wie praktikabel ist. Die Größe der Induktivität der Wicklung 22 im Sättigungsfall oder in dem Intervall, wo der Kern 20 magnetisch gesättigt ist, kann beispielsweise auf ein Zehntel des Impedanzwertes der Lastschaltung R1 gewählt werden. ] is as small as practicable. The magnitude of the inductance of the winding 22 in the saturation case or in the interval where the core 20 is magnetically saturated, for example, to one-tenth of the impedance value of the load circuit R 1 can be selected.
Die Eingangswechselspannungsquelle 23 kann einen Hochfrequenz-Sinusoder -Rechteckleistungsoszillator aufweisen, der mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz von beispielsweise 16 bis 20 kHz arbeitet. Dann kann die Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung 10 als re-]0 lativ kompakte Einheit niedrigen Gewichts ausgeführt werden, welche inhärente Ausgangsspannungsregeleigenschaften hat, ohne daß dazu relativ aufwendige und teuere elektronische Regel schaltungen benötigt würden.The input AC voltage source 23 may comprise a high frequency sine or octane power oscillator operating at a relatively high input frequency of, for example, 16 to 20 kHz. Then, the ferroresonant power supply device 10 may be embodied as a relatively low weight, compact unit having inherent output voltage control characteristics without requiring relatively expensive and expensive electronic control circuits.
Der Betrieb bei hoher Frequenz erlaubt die Verwendung von Induktivitäten niedrigen Wertes für die Eingangsdrossel 25 und Kapazitäten niedrigen Wertes für den Resonanzkondensator 26. Bemißt man die Stromversorgungseinrichtung 10 für eine Lieferung einer geregelten Gleichspannung, dann enthält die Lastschaltung R1 eine Gleichrichteranordnung, die über einen Filterkondensator geschaltet ist, an dem die Gleichspannung auftritt. Ein Betrieb der Stromversorgungseinrichtung 10 bei einer hohen Frequenz erlaubt dann die Verwendung eines Kondensators relativ kleinen Wertes zur Filterung der gleichgerichteten Ausgangsspannung der die sättigbare Drossel aufweisenden Ferroresonanz-Anordnung 24.High frequency operation allows the use of low value inductors for the input inductor 25 and low capacitance values for the resonant capacitor 26. If the power supply 10 is provided for a DC regulated supply then the load circuit R 1 will include a rectifier assembly connected across a filter capacitor is switched, on which the DC voltage occurs. Operation of the power supply 10 at a high frequency then permits the use of a relatively small value capacitor to filter the rectified output voltage of the ferroresonant array 24 having the saturable reactor.
Ein Betrieb der Stromversorgungseinrichtung 10 bei hoher Frequenz erlaubt auch eine Realisierung der sättigbaren Drossel SR als kleine kompakte Einheit, wie es Fig. 1 zeigt, deren Kern 20 nur einen einzigen Streifen aus magnetisierbarer!! Material aufweist. Es können auch andere Konfigurationen für die sättigbare Drossel SR benutzt werden. Wie Fig. 4 zeigt, kann die sättigbare Drossel einen Toroidkern 120 aufweisen, um den eine Drosselwicklung 122 herumgewickelt ist, deren nicht dargestellte Wicklungsenden an den Kondensator 26An operation of the power supply device 10 at high frequency also allows a realization of the saturable reactor SR as a small compact unit, as shown in FIG. 1, the core 20 only a single strip of magnetizable !! Material has. Other configurations for the saturable reactor SR may be used. As shown in FIG. 4, the saturable reactor may have a toroidal core 120, around which a choke winding 122 is wound, whose winding ends, not shown, to the capacitor 26
OD in Fig. 1 anzuschließen wären. OD in Fig. 1 would be connected.
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Wenn die Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung 10 bei relativ hohen Eingangsfrequenzen von 16 bis 20 kHz betrieben wird, dann können die Wirbelstromverluste im magnetisi erbaren Kern 20 gemäß Fig. 1 oder im Kern 120 gemäß Fig. 4 übermäßig groß werden, wennman sie bei der Bemessung der sättigbaren Drossel SR nicht berücksichtigt. Als magnetisierbares Material für den Kern der sättigbaren Drossel kann ein magnetisierbarer Ferrit gewählt werden, der so hergestellt wird, daß er einer Wirbel Strombildung einenrelativ hohen Widerstand entgegensetzt, also mit spezifischenIf the ferroresonant power supply device 10 is operated at relatively high input frequencies of 16 to 20 kHz, then the eddy current losses in the magnetizable core 20 of FIG. 1 or in the core 120 of FIG. 4 may become excessively large when measured in terms of saturable Throttle SR not considered. As a magnetizable material for the core of the saturable reactor, a magnetizable ferrite can be selected, which is prepared so that it provides a relatively high resistance to eddy current formation, ie with specific
2 Widerständen im Volumen von mehr als 10 Ohm-cm.2 resistors in the volume of more than 10 ohm-cm.
Weiterhin zeigen viele magnetisierbar Ferrite zufriedenstellend große ungesättigte Permeabilitäten und geeignet große Sättigungsflußdichten, wie es bei sättigbaren Ferroresonanz-Drosseln und-Transformatoren benötigt wird, damit die sättigbare Drossel relativ große ungesättigte Induktivitäten aufweist, ohne daß übermäßig große Querschnittsflächen oder eine übermäßig große Anzahl von Spulenwindungen für eine gegebene Ausgangsspannung benötigt würden.Furthermore, many magnetizable ferrites exhibit satisfactorily large unsaturated permeabilities and suitably high saturation flux densities, as is required with ferro-magnetic ferroresonant chokes and transformers, in order for the saturable reactor to have relatively large unsaturated inductances without requiring excessively large cross-sectional areas or an excessively large number of coil turns a given output voltage would be needed.
Benützt man als Kernmaterial in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer Drossel einen magnetisierbaren Ferrit, dann durchläuft der magnetische Fluß im wesentlichen die gesamte größere B-H-Hystereseschleife des Kernmaterials während jedesZyklus der Ausgangsspannung wechselnder Polarität. Während jedes Zyklus wird Energie als Hitze in der Masse des Kernmaterials verbraucht, die proportional der Fläche der größeren B-H-Hystereseschleife ist. Der magnetisierbar Kern der sättigbaren Drossel heizt sich daher auf eine Betriebstemperatur auf, die über derUmgebungstemperatur liegt und abhängt von 1) den Hysterese- und Wirbel Stromverlusten innerhalb des Materials, 2) der Kerngeometrie und dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und 3) der thermischen Leitfähigkeit des Ferritmaterials. Die Geometrie des Kernes 20 nach Fig. 1 als dünner Streifen und die schmale dünnwandige Form desUsing a magnetizable ferrite as the core material in a saturable choke high frequency ferroresonant array, the magnetic flux traverses substantially all of the larger B-H hysteresis loop of the core material during each cycle of alternating polarity output voltage. During each cycle, energy is consumed as heat in the bulk of the core material, which is proportional to the area of the larger B-H hysteresis loop. The magnetizable core of the saturable reactor therefore heats up to an operating temperature that is above ambient temperature and depends on 1) the hysteresis and vortex current losses within the material, 2) the core geometry and the surface to volume ratio, and 3) the thermal conductivity of the ferrite material. The geometry of the core 20 of FIG. 1 as a thin strip and the narrow thin-walled shape of the
Kernes nach Fig. 4 ergeben ein relativ großes Oberflächen/Volumen-Verhältnis und damit eine relativ gute Kühlung des Kerns.Kernes of Fig. 4 give a relatively large surface / volume ratio and thus a relatively good cooling of the core.
I 2 31850 A I 2 31850 A
] Die geregelte Ausgangsspannung einer Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer Drossel hängt von der Sättigungsflußdichte B ...t des magnetisierbaren Materials des Sättigungskernes ab. Die Ausgangsspannung sinkt beispielsweise mit abnehmender Flußdichte. Die Größe der Änderung der Sättigungsflußdichte mit der Temperatur ist für viele magnetisierbare Ferrite relativ klein, so daß diese Ferrite zur Verwendung in einer Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung mit sättigbarer Drossel, bei welcher eine relativ stabile Ausgangsspannung gefordert wird, relativ ungeeignet sind.] The regulated output voltage of a ferroresonant arrangement with saturable inductor depends on the saturation flux density B ... t of the magnetizable material of the saturation core. The output voltage decreases, for example, with decreasing flux density. The magnitude of the change in saturation flux density with temperature is relatively small for many magnetizable ferrites, so that these ferrites are relatively unsuitable for use in a saturable reactor ferroresonant power supply device in which a relatively stable output voltage is required.
Als magnetisierbares Material des Sättigungskernes einer Ferroresonanzeinrichtung mit sättigbarer Drossel wird ein magnetisierbarer Ferrit mit temperaturstabiler Sättigungsflußdichte B-.. gewählt. Das magnetisierbare Material weist ein Ferrospinell oder magnetisierbares Ferrit auf, das aus einem Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit ausgewählt ist. Ein geeignetes substituiertes Lithiumferrit kann ein Lithiummanganferrit oder Lithiumzinkferrit umfassen. Bei richtiger Herstellung hat ein solches Ferrite enthaltendes Lithiumkation die vorteilhaften Eigenschaften sowohl einer temperaturstabilen Sättigungsflußdichte wie auch relativ niedriger Koerzitivkraft H . Bei Verwendung als Sättigungskernmaterial in einem Ferroresonanzsystem mit sättigbarer Drossel ergibt sich damit bei Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit eine relativ kleine Änderung der geregelten Ausgangsspannung bei Änderungen der Kerntemperatur, und gleichzeitig bleibt der Anstieg der Betriebstemperatur des Kerns infolge von Hysterese- und Wirbel Stromverlusten relativ klein.As a magnetizable material of the saturation core of a Ferroresonanzeinrichtung with saturable throttle a magnetizable ferrite with temperature-stable saturation flux density B- .. is selected. The magnetizable material comprises a ferromagnetic or magnetizable ferrite selected from a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite. A suitable substituted lithium ferrite may include a lithium manganese ferrite or lithium zinc ferrite. When properly prepared, such a lithium cation containing ferritic has the advantageous properties of both a temperature stable saturation flux density and a relatively low coercive force H. When used as a saturant core material in a saturable reactor ferroresonant system, lithium ferrite or a substituted lithium ferrite undergoes a relatively small change in the regulated output voltage with changes in core temperature, and at the same time, the increase in core operating temperature due to hysteresis and eddy current losses remains relatively small.
Lithiumferrite haben die nominelle Formel Lin cFe0 c0*. Die Lithium-Lithium ferrites have the nominal formula Li nc Fe 0 c 0 *. The lithium
U,D £ ,0 <tU, D £, 0 <t
und Eisenmetallionen können bekanntermaßen teilweise durch kleinere Mengen eines oder anderer Metalle ersetzt werden, wie Mangan, Zink, Nickel oder Cobalt. Die als Teil der hier beschriebenen Erfindung verwendeten Lithiumferrite haben jedoch eine Koerzitivkraft Hc von um 1,5 Oersted oder weniger bei Raumtemperatur. Sie haben auch eineand iron metal ions can be known to be partially replaced by smaller amounts of one or other metals, such as manganese, zinc, nickel or cobalt. However, the lithium ferrites used as part of the invention described herein have a coercive force H c of about 1.5 oersted or less at room temperature. You also have one
*" große Korngröße von etwa 50 bis 200μ oder darüber.* "large grain size of about 50 to 200μ or above.
231850 k Die als Teil der Erfindung benutzten Ferrite werden hergestellt durch Zumischen der Ferritbestandteile, beispielsweise Fe^CL und l^COg· zu Βΐ2θο als Sintermittel, vorzugsweise in einer Menge von mindestens 1 bis zu etwa 3 Gew.% von den Lithiumferritbestandteilen. Andere Materialien wie Mangan, Zink und dergleichen können ebenfalls in gewünschten Mengen in Form ihrer Carbonate hinzuaddiert werden. Nach dem Brennen, vorzugsweise bei etwa 800 bis 9500C, Mahlen und Formgeben des Ferritmaterials in üblicher Weise wird das Material dann bei Temperaturen von mindestens um 1200 bis 15000C und vorzugsweise bei etwa 1250 bis 14500C nochmals gebrannt. Wenn die Sintertemperatur zu niedrig ist, dann wird die Koerzitivkraft zu hoch. Ist dagegen die Sintertemperatur zu hoch, dann wirftdas Material Blasen und bildet Hohlräume, die das optische Aussehen und die mechanische Festigkeit beeinträchtigen.231850 k The ferrites used as part of the invention are prepared by admixing the ferrite constituents, for example Fe 1 Cl and 1 COg, to 2O as sintering agent, preferably in an amount of at least 1 to about 3% by weight of the lithium ferrite constituents. Other materials such as manganese, zinc and the like can also be added in desired amounts in the form of their carbonates. After firing, preferably at about 800 to 950 0 C, grinding and shaping of the ferrite material in a conventional manner, the material is then fired at temperatures of at least about 1200 to 1500 0 C and preferably at about 1250-1450 0 C again. If the sintering temperature is too low, the coercive force becomes too high. On the other hand, if the sintering temperature is too high, the material will blister and form voids that affect the optical appearance and the mechanical strength.
Zwar ist der genaue Grund, warum sich das vorliegende Lithiumferrit von dem bekannten Material unterscheidet, nicht bekannt, jedoch glaubt man, daß das Vorhandensein von Wismutoxid als eine flüssige Phase für die Bildung eines Lithiumferrites wirkt, das eine große kristalline Korngröße aufweist, die sich während des Hochtemperaturbrennens ausbildet.While the exact reason why the present lithium ferrite differs from the known material 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 crystalline grain size which is found throughout of high temperature burning trains.
Das Wismutoxid wird vorzugsweise vor dem Brennvorgang der niedrigeren Temperatur hinzugefügt, man kann es aber auch danach dazu tun. Das Wismutoxid kann dem gebrannten Ferrit während des Mahlvorgangs zugefügt werden, wo sich eine gut gleichmäßige Mischung von Ferrit und Wismutoxid vor dem Brennen ergibt.The bismuth oxide is preferably added to the lower temperature before firing, but it may be added afterwards. The bismuth oxide may be added to the calcined ferrite during the milling process, where a well uniform mixture of ferrite and bismuth oxide before firing results.
Das Material-Herstellungsverfahren wird anhand der nun folgenden Beispiele weiter erläutert.The material manufacturing method will be further explained by the following examples.
Ein Lithiumferrit wurde hergestellt durch Zusammenmischen von 18,08 g Lithiumcarbonat mit 194,04 g eisenhaltigem Oxid. Die Bestandteile wurden zwei Stunden lang in Isopropanol gemischt, dasA lithium ferrite was prepared by mixing together 18.08 g of lithium carbonate with 194.04 g of iron-containing oxide. The ingredients were mixed for two hours in isopropanol, the
2318523185
Lösungsmittel wurde abgefiltert, das Material getrocknet und zweiSolvent was filtered off, the material dried and two
Stunden lang in Sauerstoff bei 875°C gebrannt. Das FerritmaterialBurned for hours in oxygen at 875 ° C. The ferrite material
wurde dann 24 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen, und es wurdewas then ground in a ball mill for 24 hours, and it became
ein Paraffin-Bindemittel von 3 Gew.% der Ferritmenge hinzugefugt.a paraffin binder of 3 wt.% Added to the ferrite.
Die Mischung wurde gepreßt und in Sauerstoff bei verschiedenenThe mixture was pressed and oxygenated at various
Temperaturen zwei Stunden lang erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.Heated temperatures for two hours and then cooled to room temperature.
Der Wert H und die Kerntemperatur wurden bei einer Anwendung in einem Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformator gemessen und bestimmt. Die oben erläuterten Exemplare oder Proben wurden mit einer handelsüblichen Probe von Lithiumferrit, Trans-Tech Inc. 71-3750, verglichen, welches mit Kontrolle bezeichnet ist.The value H and the core temperature were measured and determined when used in a high-frequency ferroresonant transformer. The specimens or samples discussed above were compared to a commercial sample of lithium ferrite, Trans-Tech Inc. 71-3750, designated Control.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengefaßt.The results are summarized in Table I below.
Diese Angaben zeigen, daß der Wert H und die Betriebstemperatur abnehmen, wenn die Sintertemperatur eines Lithiumferrites zunimmt.These data indicate that the value H and the operating temperature decrease as the sintering temperature of a lithium ferrite increases.
Ein Lithiumferrit wurde wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde die Menge des Sintermittels, Wismutoxid, verändert, das während des anfänglichen Mischvorgangs hinzugefügt worden war. Die Sintertemperatur betrug in allen Fällen 13000C. Die Ergebnisse sind in Tabelle IIA lithium ferrite was prepared as in Example 1, but the amount of sintering agent, bismuth oxide, added during the initial mixing operation was changed. The sintering temperature was 1300 ° C. in all cases. The results are shown in Table II
zusammengefaßtsummarized
35 35
J1 2 31850 J 1 2 31850
Die vorstehenden Angaben zeigen, daß H und die Kerntemperatur abnehmen, wenn die zugefügte Wismutoxidmenge gesteigert wird.The above information shows that H and the core temperature decrease as the amount of bismuth oxide added is increased.
Ein Lithiumferrit wurde folgendermaßen hergestellt: 6,027 g Lithiurocarbonat, 64,679 g Eisenoxid und 2,121 g Wismutoxid wurden in Isopropanol zwei Stunden lang miteinander gemischt, zur Entfernung des Lösungsmittels gefiltert, getrocknet und dann zwei Stunden lang in Sauerstoff bei 875°C gebrannt. Die sich ergebende Substanz wurde 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen, im Vakuum gefiltert, und dann wurden 3 Gew.% eines Paraffin-Bindemittels hinzugefügt. Die Mischung wurde dann in einer Stahlform zu der gewünschten Gestalt gepreßt und in Sauerstoff bis zu einer Temperatur von 14300C gebrannt, die zwei Stunden lang gehalten wurde, dann auf 8700C abgekühlt und auf dieser Temperatur 12 Stunden lang gehalten und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt.A lithium ferrite was prepared as follows: 6.027 g of lithiurocarbonate, 64.679 g of iron oxide and 2.121 g of bismuth oxide were mixed in isopropanol for two hours, filtered to remove the solvent, dried and then fired in oxygen at 875 ° C for two hours. The resulting substance was ball milled for 24 hours, filtered in vacuo, and then 3 wt% of a paraffin binder was added. The mixture was then pressed into a desired shape in a steel mold and fired in oxygen to a temperature of 1430 ° C. which was maintained for two hours, then cooled to 870 ° C. and maintained at that temperature for 12 hours and then at room temperature cooled.
Aus diesem Material gepreßte Proben hatten günstigere Hysteresever-30Samples pressed from this material had more favorable hysteresis rates
lusteigenschaften und einen H -Wert von 0,6 Oersted.Lost properties and an H value of 0.6 Oersted.
Aus 888,1 Teilen Eisenoxid, 82,8 Teilen Lithiumcarbonat und 27,1 Teilen Wismutoxid wurde eine trockene Mischung hergestellt, zu Kügelchen geformt und dann eine Stunde lang bei 9000C gebrannt.From 888.1 parts of iron oxide, 82.8 parts of lithium carbonate and 27.1 parts of bismuth oxide, a dry mixture was prepared, pelletized and then fired at 900 ° C for one hour.
-"Wr- "Wr
231850231850
Das Material wurde dann pulverisiert (50% der Partikel passieren einen 40-Maschen-Schirm) und mit 2000 Teilen entionisiertem Wasser aufgeschlämmt, das 25 Teile Glacerin, 25 Teile Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200, 100 Teile Polyvinylalkohol, Gelvatol 20-30 (erhältlich von der Firma duPont de Nemours und Co.), 0,15 Teile Octylalkohol, 0,16 Teile Siliciumdioxid (erhältlich unter dem Namen Cabosil MS7 von der Firma Cabot Corporation), 0,16 Teile Calciumcarbonat (als Marmorpulver erhältlich) und 10 Teile eines Lösungsmittels Tamol 901 (erhältlich von der Rohm und Haas Company), enthielt. Die Aufschlämmung wurde in einer Kugelmühle bis zu einer Teilchengröße von 10μ gemahlen, zur Entfernung des Wassers sprühgetrocknet und abgekühlt, und dann wurden 5 Teile eines Lithiumstearat-Schmiermittel hinzugefügt und das Material wurde zu einer Dichte von 2,91 g pro Kubikzentimeter in einer Form in die gewünschte Gestalt gepreßt.The material was then pulverized (50% of the particles pass a 40 mesh screen) and slurried with 2000 parts of deionized water containing 25 parts of glacerin, 25 parts of 200 molecular weight polyethylene glycol, 100 parts of polyvinyl alcohol, Gelvatol 20-30 (available from duPont de Nemours and Co.), 0.15 parts octyl alcohol, 0.16 parts silica (available under the name Cabosil MS7 from Cabot Corporation), 0.16 parts calcium carbonate (available as marble powder) and 10 parts of a Solvent Tamol 901 (available from Rohm and Haas Company). The slurry was milled to a particle size of 10μ in a ball mill, spray dried and cooled to remove the water, and then 5 parts of a lithium stearate lubricant was added and the material was added to a density of 2.91 g per cubic centimeter in a mold pressed the desired shape.
Die Kerne wurden bei 13000C acht Stunden lang in Sauerstoff gebrannt, auf 9000C abgekühlt und sechs Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, und dann auf Raumtemperatur heruntergekühlt. Das so erhaltene Lithiumferrit hat bei 250C eine Koerzitivkraft von Hc gleich 1,0 Oersted.The cores were fired at 1300 ° C. for eight hours in oxygen, cooled to 900 ° C. and held at this temperature for six hours, and then cooled down to room temperature. The lithium ferrite thus obtained has a coercive force of H c equal to 1.0 Oersted at 25 ° C.
Die Oberflächen mehrerer Lithiumferritproben, wie sie nach den Beispielen 1 und 2 hergestellt worden sind, wurden poliert, und die Korngröße wurde aus Nomarski-Mikrographien, wie sie in den Fig. 5-8 dargestellt sind, gemessen. Die Ergebnisse sind in derThe surfaces of several lithium ferrite samples prepared according to Examples 1 and 2 were polished and the grain size was measured from Nomarski micrographs as shown in Figs. 5-8. The results are in the
nachstehenden Tabelle III wiedergegeben. 30Table III below. 30
2 31850 42 31850 4
Eine Anzahl von Lithiumferriten wurde hergestellt, welche zusätzlich zu dem Lithium entsprechend dem allgemeinen Verfahren gemäß ^ Beispiel 1 Mangan bzw. Mangan und Zink enthielten, jedoch wurde die Brenntemperatur verändert. Alle Proben enthielten 1 Gew.% Wismutoxid.A number of lithium ferrites were prepared which contained manganese and manganese and zinc in addition to the lithium according to the general procedure of Example 1, but the firing temperature was changed. All samples contained 1 wt% bismuth oxide.
Im allgemeinen nahm der Wert H ab, wenn Mangan allein oder Mangan 2Q und Zink hinzugefügt wurden, jedoch nahm auch die Temperaturstabilität der Sättigungsflußdichte ab. Diese wird bestimmt durch Messung von B bei Raumtemperatur und bei 1500C und Berechnung der Stabilität nach der folgenden GleichungIn general, the value of H decreased when manganese alone or manganese 2Q and zinc were added, but the temperature stability of the saturation flux density also decreased. This is determined by measuring B at room temperature and 150 ° C. and calculating the stability according to the following equation
B RT - B 150°C B RT - B 150 ° C
max maxmax. max
ΔΒ =ΔΒ =
B RT maxB RT max
in welcher RT die Raumtemperatur ist. Die Flußdichte B wurdein which RT is the room temperature. The flux density B was
lud A bei einer Magnetfeldstärke von 25 Oersted erhalten.Loaded A at a magnetic field strength of 25 oersteds.
Eine erste Reihe mit Zinkgehalt ist in der nachstehenden Tabelle IV zusammengestellt. Diese Proben waren bei 1435°C gebrannt worden.A first series with zinc content is summarized in Table IV below. These samples had been fired at 1435 ° C.
231850231850
25 Man sieht, daß bei niedrigeren Brenntemperaturen die Temperaturstabilität etwas besser ist.It can be seen that at lower firing temperatures the temperature stability is slightly better.
Bei einer dritten Reihe wurden der Mangangehalt und die Brenntemperatur verändert, und die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammenge-30 stellt.In a third series, the manganese content and the firing temperature were changed and the results are summarized in Table VI.
3 1 8 5 O A3 1 8 5 O A
wurden hergestellt und bei 13000C gebrannt, jedoch wurde der Wismutoxidgehalt verändert. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII dargestellt.were prepared and fired at 1300 ° C., but the bismuth oxide content was changed. The results are shown in Table VII.
In Fig. 3 sind die Sättigungsflußdichtekurven B-vt+ über der Temperatur für verschiedene magnetisierbare Ferritzusammensetzungen, die durch ihre Mol-Anteil-Formel bezeichnet sind, dargestellt. Die Flußdichte, die man bei einer Erregerfeldstärke von 50 Oersted erhielt, wurde der Einfachheit halber als Sättigungsflußdichte Bsa-+t bezeichnet. Die Steigung jeder Kurve ist ein Maß für die Temperaturstabilität des Wertes Bsv4-4. der betreffenden Ferritverbindung. Die Steigung der Kurve bestimmt den Temperaturkoeffizienten a„ des Materials, wobei aD = (ΔΒ^··.+/Β W4..) (1/ΔΤ) oder ao, also gleichIn Fig. 3, the saturation flux density curves Bv t + are plotted against temperature for various magnetizable ferrite compositions denoted by their mole fraction formula. The flux density obtained at an excitation field strength of 50 oersteds has been referred to as saturation flux density B sa - + t for the sake of simplicity. The slope of each curve is a measure of the temperature stability of the value B s v4-4. the relevant ferrite compound. The slope of the curve determines the temperature coefficient a "of the material, where a D = (ΔΒ ^ ··. + / Β W4 ..) (1 / ΔΤ) or a o , ie the same
ο satL satL βο SatL satL β
der ßruchteilsänderung von Bc.a>+ pro 0C ist. 35the change of fraction of B c . a> + per 0 C is. 35
231850231850
] Allgemein gilt, je flacher die Neigung der Kurve in Fig. 3 ist, desto temperaturstabiler ist die Ferritverbindung und desto geeigneter ist sie für die Verwendung als magnetisierbares Kernmaterial in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung, vorausgesetzt, daß die Koerzitivkraft H des Materials nicht zu groß ist. Generell können gemäß der Erfindung Lithiumionen enthaltende Ferrospinelle eine Rezeptur, welche den Kurven B, C und E entsprechende Kurven ergibt, als magnetisierbares Material für Sä'ttigungskerne in einer geeignet bemessenen Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungseinheit verwendet werden. Jede der drei Lithiumverbindungen B, C und E in Fig. 3 wurde hergestellt unter Verwendung einer vorbestimmten Menge eines Wismutoxidzusatzes als Sintermittel zur Förderung des Wachstums großer mikroskopischer Ferritkörner und damit zur Bildung eines Lithiumferrites mit relativ kleiner Koerzitivkraft Hc· In general, the flatter the slope of the curve in Figure 3, the more temperature stable the ferrite compound is and the more suitable it is for use as a magnetizable core material in a high frequency ferroresonant power supply, provided that the coercivity H of the material is not too high is great. In general, according to the invention, ferro-spinels containing lithium ions can be used as a magnetizable material for saturation cores in a suitably sized high-frequency ferroresonant power supply unit, a formulation giving curves corresponding to curves B, C and E. Each of the three lithium compounds B, C and E in Fig. 3 was prepared by using a predetermined amount of a bismuth oxide additive as a sintering agent to promote the growth of large microscopic ferrite grains and thus to form a lithium ferrite having a relatively small coercive force H c .
Die Kurve E erhält man für eine einzige Ferrospinellverbindung von Lithiumferrit, das nach obiger Rezeptur hergestellt wurde. Das Lithiumferrit gemäß Kurve E hat einen relativ kleinen Temperaturkoeffizienten von ctg gleich -0,63 Einheiten pro Tausend, zum Teil wegenseiner relativ hohen Curie-Temperatur von Tc um 67O0C. Die Koerzitivkraft Hc beträgt 0,85 Oersted und ist genügend klein, um einen übermäßigen Kerntemperaturanstieg im Betrieb einer geeigneten Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsschaltung zu verhindern.Curve E is obtained for a single ferrofinsel compound of lithium ferrite prepared according to the above recipe. The lithium ferrite according to curve E has a relatively small temperature coefficient of ctg equal to -0.63 units per thousand, in part because of its relatively high Curie temperature of T c around 67O 0 C. The coercive force H c is 0.85 oersted and is sufficiently small to prevent excessive core temperature rise in the operation of a suitable high frequency ferroresonant power supply circuit.
Wenn es wünschenswert wird, den Kerntemperaturanstieg im Betrieb einer Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung weiter zu begrenzen, dann können Lithiumferritverbindungen einer gemischten oder substituierten Ferrospinellstruktur, wie sie durch die Kurven B und Cin Fig. 3 dargestellt werden, benutzt werden. Kurve B stellt ein Misch-Ferrospinell mit einem für die Substitution benutzten Zinkkation dar, während die Kurve C ein Misch-Ferrospinell mit einem für die Substitution benutzten Mangenkation darstellt. Bei Verwendung eines Lithiumzinkferrites oder Lithiummangangferrites ge-eigneter Zusammensetzung und Herstellung kann die Koerzitivkraft Hc für ein Lithiumzinkferrit gemäß Kurve B reduziert werden auf ; If it becomes desirable to further limit the core temperature increase in the operation of a ferroresonant power supply circuit, then lithium ferrite compounds of a mixed or substituted ferrospinellic structure, as represented by curves B and C in FIG. 3, may be used. Curve B represents a mixed ferrospinell with a zinc cation used for the substitution, while the curve C represents a mixed ferrospinell with a manganese cation used for the substitution. When using a lithium zinc ferrite or lithium manganese ferrite of suitable composition and preparation, the coercive force H c for a lithium zinc ferrite according to curve B can be reduced to ;
2 318 5 0 A2 318 5 0 A
einen Wert von Hc von 0,72 Oersted und für ein Lithiummanganferrit gemäß Kurve C auf H gleich 0,78 Oersted. Die Benutzung von Zink und Mangan als Substitute in einem Misch-Ferrospinell, das Lithium als eines der Kationen enthält, setzt die KoerzitivkraftHc des Materials im Vergleich zur Koerzitivkraft-Fühler-Rezepturen eines Lithiumferrites mit einem einzigen Ferrospinell herab. Die verringerte Koerzitivkraft erhält man auf Kosten einer sinkenden Curie-Temperatur T der Misch-Ferrospinell-Zusammensetzung, wobei Lithiumzinkferrit eine Curie-Temperatur von 5700C und Lithiummangan von 5000C hat. Wegen der verringerten Curie-Temperaturen von Lithiumzink- und Lithiummangan-Ferrospinellen steigt der Temperaturkoeffizient cu etwas auf einen Wert von -0,72 Teilen pro Tausend pro 0C für Lithiumzinkferrit und -0,96 Teilen pro Tausend pro 0C für Lithiummanganferrit. Obwohl der Temperaturkoeffizient dieserMisch-Ferrospinelle höher als der Temperaturkoeffizient eines Lithiumferrites mit nur einem Ferrospinell ist, eignet er sich dennoch zur Verwendung in einer geeignet bemessenen Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungseinrichtung.a value of H c of 0.72 oersted and for a lithium manganese ferrite according to curve C to H equals 0.78 oersted. The use of zinc and manganese as substitutes in a mixed ferro-spinel containing lithium as one of the cations lowers the coercive force H c of the material as compared to the coercive-force recipes of a single ferro-spinel lithium ferrite. The reduced coercive force is obtained at the expense of a decreasing Curie temperature T of the mixed ferrospinell composition, lithium zinc ferrite having a Curie temperature of 570 ° C. and lithium manganese of 500 ° C. Because of the reduced Curie temperatures of Lithiumzink- and lithium manganese ferro spinels the temperature coefficient cu rises slightly to a value of -0.72 parts per thousand per 0 C for Lithiumzinkferrit and -0.96 parts per thousand per 0 C for Lithiummanganferrit. Although the temperature coefficient of this mixed ferro-spinel is higher than the temperature coefficient of a single-ferrite lithium ferrite, it is still suitable for use in a properly sized high frequency ferroresonant power supply.
Lithium-Ferrospinell und geeignete Misch-Ferrospinelle, die Lithiumkationen enthalten, wie oben beschrieben, eignen sich gut als magnetisierbares Ferritmaterial für Sättigungskerne in Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtungen, weil die Lithium enthaltenden Ferrospinelle einen relativ kleinen Temperaturkoeffizientena„ der Sättigungsflußdichte und eine relativ kleine Koerzitivkraft H aufweisen. Diese beiden Eigenschaften sind für ein magnetisierbares Ferritmaterial für die Verwendung in einer Ferroresonanz-Einrichtung mit sättigbarer Drossel erwünscht, weil ein kleiner Temperaturkoeffizient aß ein Zeichen dafür ist, daß eine relativ große Ände-Lithium ferro-spinel and suitable mixed ferrous spinels containing lithium cations as described above are well suited as magnetizable ferrite material for high frequency ferroresonic power supplies because the lithium-containing ferromagnets have a relatively small temperature coefficient of saturation flux density and relatively low coercive force H respectively. These two properties are desired for a magnetizable ferrite material for use in a ferroresonant saturable reactor means with, because a small temperature coefficient of a SS is a sign that a relatively large amendments
rung der Kerntemperatur nur eine kleine Änderung der Ausgangsspannung mit sich bringt, und daß nur ein relativ kleiner Abfall der geregelten Ausgangsspannung auftritt, wenn der magnetisierbare Kern sich auf seine Betriebstemperatur erwärmt hat. Eine relativ kleine Koerzitivkraft H bedeutet, daß der Anstieg der durch das Kernmaterialerreichten Betriebstemperatur nicht sehr groß ist.tion of the core temperature brings only a small change in the output voltage, and that only a relatively small drop in the regulated output voltage occurs when the magnetizable core has warmed to its operating temperature. A relatively small coercive force H means that the increase in the operating temperature reached by the core material is not very large.
* 231850* 231850
-n--n-
] Andere magnetisierbare Ferrite, die in Hochfrequenz-Leistungstransformatoren verwendet werden, eignen sich nicht für die Verwendung in Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltungen, wo die Ausgangsspannung stabil gegen Temperaturänderungen sein soll, undwo ein übermäßiger Kerntemperaturanstieg vermieden werden soll. Beispielsweise stellt Kurve A die Sättigungsflußdichte über der Temperatur für ein als Kernmaterial eines üblichen Rücklauftransformators eines Fernsehempfängers verwendetes Manganzinkferrit dar. Ein solches Manganzinkferrit kann beispielsweise ein Ferrit RCA 540 derRCA Corporation, Indianapolis, Indiana sein und als Kern für einen Rücklauftransformator in einem Farbfernsehempfänger der Serien RCA CTC-85 verwendet werden. Da Manganzinkferrite allgemein niedrige Curie-Temperaturen haben - das Manganzinkferrit gemäß Kurve A hat eine Curie-Temperatur von T von 2000C - ist der Temperaturkoeffizient aß extrem groß, nämlich etwa -3,3 Teile pro Tausend pro 0C. ] Other magnetizable ferrites used in high frequency power transformers are not suitable for use in high frequency ferroresonant power supply circuits where the output voltage is to be stable against temperature changes and where excessive core temperature rise is to be avoided. For example, curve A represents the saturation flux density versus temperature for a manganese zinc ferrite used as the core material of a conventional flyback transformer of a television receiver. Such a manganese zinc ferrite may be, for example, RCA 540 ferrite from RCA Corporation, Indianapolis, Indiana, and as a core for a flyback transformer in a RCA series color television receiver CTC-85 can be used. Since manganese zinc ferrites generally have low Curie temperatures - the Manganzinkferrit according to curve A has a Curie temperature of T of 200 0 C - is the temperature coefficient of a SS extremely large, namely about 3.3 parts per thousand per 0 C.
über einen typischen Betriebstemperaturbereich eines Kerns von 800C, nämlich beispielsweise von 2O0C bis 1000C, nimmt die Sättigungsflußdichte des Manganzinkferrites der Kurve Aetwa 25% ab von einemWert von 4400 Gauss bis 3300 Gauss. Eine solche prozentuale Änderung der Sättigungsflußdichte würde eine entsprechend große unerwünschte prozentuale Änderung der geregelten Ausgangsspannung eines Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformators ergeben. Obwohl die Koerzitivkraft Hc des Manganzinkferrites nach Kurve A wesentlich kleinerover a typical operating temperature range of a core of 80 0 C, namely, for example, from 2O 0 C to 100 0 C, the saturation flux density of the manganese zinc ferrite of the curve takes Aetwa 25% from a value of 4400 Gauss to 3300 Gauss. Such a percentage change in saturation flux density would result in a correspondingly large undesirable percentage change in the regulated output voltage of a high frequency ferroresonant transformer. Although the coercive force H c of the manganeseinkferrites after curve A much smaller
als die Koerzitivkräfte der Lithium enthaltenden Ferrite nach den Kurven B, C und E sind, womit der Manganzinksättigungskern einen erheblich kleineren Kerntemperaturanstieg hat, macht der außerordentlich große Temperaturkoeffizient der Sättigungsflußdichte von Manganzinkferrit dieses Material ungeeignet zur Verwendung ineiner Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsschaltung, wenn nicht aufwendige Kühlungsmaßnahmen vorgesehen werden, um den Kerntemperaturanstieg erheblich einzuschränken. Selbst dann führt eine Umgebungstemperaturänderung unabhängig von den vorgesehenenWhen the coercivities of the lithium-containing ferrites are as shown by curves B, C, and E, with which the manganese saturated core has a significantly smaller core temperature rise, the extremely large temperature coefficient of saturation flux density of manganese zinc ferrite makes this material unsuitable for use in a high frequency ferroresonant power supply circuit, if not expensive Cooling measures are provided to significantly limit the core temperature increase. Even then, an ambient temperature change will be independent of the intended ones
thermischen Maßnahmen zu einer erheblichen Flußdichtenänderung. 35thermal measures to a significant flux density change. 35
-2fr--2fr-
231850 A231850 A
Ferrospinelle wie das Nickel-Ferrospinell der Kurve D können ebenfalls ungeeignet als Sättigungskernmaterial sein, obwohl Nickelferrit eine relativ hohe Curie-Temperatur Tc von 58O0C und einen relativ kleinen Temperaturkoeffizient ou von -0,9 Teilen pro Tausend pro 0C hat. Die Koerzitivkraft Hc von Nickelferrit liegt jedoch um 5,0 Oersted herum oder beim 7fachen der Koerzitivkraft des Lithiumferrites und substituierte Lithiumferrite gemäß den Kurven B, C und E. Die relativ hohe Koerzitivkraft von Nickelferrit führt zu einem außerordentlich hohen Kerntemperaturanstieg, wenn man dieses Ferritals Sättigungskernmaterial in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung benutzt. Obwohl der relativ kleine Temperaturkoeffizient von Nickelferrit einen relativ kleinen temperaturbedingten Abfall der geregelten Ausgangsspannung führt, läßt der außerordentlich hohe Temperaturanstieg des Sättigungskerns über dieUmgebungstemperatur das Kernmaterial relativ ungeeignet für solche Anwendung sein, wenn nicht spezielle Kühlkonstruktionen oder besonders temperaturfeste Wicklungsdrahtisolationen und Wickelkörpermaterialien verwendet werden. Die relativ hohe Koerzitivkraft von Nickelferrit, die ein Anzeichen für relativ große Hystereseverlusteist, die im Sättigungskern während jedes Zyklus der Ausgangswechselspannung auftreten, führt auch zu einem schlechten Wirkungsgrad beim Betrieb als Leistungsstromquelle.Ferro spinels, such as nickel-Ferrospinell the curve D may also be unsuitable as a saturable core material, although nickel ferrite having a relatively high Curie temperature T c of 58o 0 C and a relatively small temperature coefficient ou -0.9 parts per thousand per 0C. However, the coercive force H c of nickel ferrite is around 5.0 oersted or 7 times the coercive force of the lithium ferrite and substituted lithium ferrites according to curves B, C and E. The relatively high coercive force of nickel ferrite leads to an extremely high core temperature increase when this ferrite Saturation core material used in a high-frequency ferroresonant power supply circuit. Although the relatively small temperature coefficient of nickel ferrite results in a relatively small temperature-induced drop in the regulated output voltage, the excessively high temperature rise of the saturable core above ambient temperature makes the core material relatively unsuitable for such use unless special cooling constructions or particularly temperature resistant winding wire insulations and core materials are used. The relatively high coercive force of nickel ferrite, which is indicative of relatively large hysteresis losses occurring in the saturable core during each cycle of AC output voltage, also results in poor efficiency in operation as a power current source.
Fig. 2 veranschaulicht eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstrontversorgungsqueile unter Verwendung eines temperaturstabilen Lithiumferrites oder substituierten Lithiumferrites, welches eine geregelte Anoden-Hochspannung für einen Fernsehempfänger liefert. In Fig. 2 ist eine Quelle 27 niedrigfrequenter Netzwechselspannung über Eingangsanschlüsse 32 und 33 eines Vollweg-Brückengleichrichters ^O 28 geschaltet, der an einem Ausgangsanschluß 30 eine ungeregelte Gleichspannung V. liefert. Zwischen den Ausgangsanschluß 30 und einen Stromrückschlußanschluß 31 des Brückengleichrichters 28 ist ein Filterkondensator 29 geschaltet. Die Eingangsspannung Vin wirdeiner Eingangsdrossel 34 zur Speisung eines Horizontalablenkgenera-Figure 2 illustrates a high frequency ferroresonant power current supply source using a temperature stable lithium ferrite or substituted lithium ferrite which provides a regulated anode high voltage for a television receiver. In Fig. 2, a source 27 low-frequency AC line voltage via input terminals 32 and 33 of a full-wave bridge rectifier ^ O 28 is connected, which provides an unregulated DC voltage V at an output terminal 30. Between the output terminal 30 and a current return terminal 31 of the bridge rectifier 28, a filter capacitor 29 is connected. The input voltage V in our input choke 34 is fed to supply a horizontal deflection generator.
tors 35 zugeführt, der in einer Horizontalablenkwicklung 36 einensupplied in a horizontal deflection winding 36 a
_» 2 318 5 0_ »2 318 5 0
Der Horizontalablenkgenerator 35 enthält einen Horizontaloszillator und -treiber 41, einen Horizontalausgangstransistor 40, eine Dämpfungsdiode 39, einen Rücklaufkondensator 38 und die Reihenschaltung einer Horizontalablenkwicklung 36 und eines S-Formungs- oder Hinlaufkondensator 37. Die Horizontalrücklaufimpulsspannung 42, die mit der Horizontalablenkfrequenz 1/T., periodisch ist, entsteht am Kollektor des Horizontalausgangstransistors 40 an der Klemme 43 und wird über einen Gleichspannungsblockkondensator 44 und eine Eingangsinduktivität 45 zur Erregung einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Einrichtung 46 mit sättigbarer Drossel gekoppelt.The Horizontalablenkgenerator 35 includes a horizontal oscillator and driver 41, a horizontal output transistor 40, a damping diode 39, a flyback capacitor 38 and the series connection of a horizontal deflection winding 36 and an S-shaping or trace capacitor 37. The horizontal flyback pulse voltage 42, with the horizontal deflection frequency 1 / T. , is periodic, formed at the collector of the horizontal output transistor 40 at terminal 43 and is coupled via a DC block capacitor 44 and an input inductor 45 for exciting a high frequency ferroresonance means 46 with saturable inductor.
Die Einrichtung 46 enthält einen Resonanzkondensator 47, der über eine Wicklung 48 geschaltet ist, welche um einen magnetisi erbaren Sättigungskern gewickelt ist, der aus dem obenerwähnten Lithiumferrit oder substituierten Lithiumferrit besteht. Die ungesättigte Induktivität der Drosselwicklung 48 beträgt beispielsweise 2 mH, während die gesättigte Induktivität beispielsweise 100 μΗ beträgt. Die durch die Ferroresonanz-Einrichtung 46 mit sättigbarer Drossel erzeugte geregelte Ausgangsspannung V . wird an die Primärwicklung eines hoch transformierenden Hochspannungs-Autotransformators 50 gelegt, dessen Sekundärwicklung an eine Hochspannungsschaltung 51 angeschlossen ist, die beispielsweise eine Hochspannungs-Vervielfacherschaltung enthalten kann, um eine Anoden-Gleich-Hochspannung zur Zuführung an einen Anodenanschluß einer nicht dargestellten Fernsehbildröhre zu erzeugen.The device 46 includes a resonant capacitor 47 connected across a winding 48 which is wound around a magnetizable saturable core consisting of the above-mentioned lithium ferrite or substituted lithium ferrite. The unsaturated inductance of the choke winding 48 is for example 2 mH, while the saturated inductance is, for example, 100 μΗ. The regulated output voltage V generated by the saturable reactor ferroresonance means 46. is applied to the primary winding of a high-voltage transform high-voltage autotransformer 50 whose secondary winding is connected to a high-voltage circuit 51 which may, for example, contain a high-voltage multiplier circuit to produce an anode DC high voltage for supply to an anode terminal of a television picture tube, not shown.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung 60 zur Erzeugung der Anoden-Hochspannung eines Fernsehempfängers umfaßt die Rücklaufimpulsspannung 42, welche der Ablenkgenerator 35 erzeugt, die Eingangswechselspannung für die Ferroresonanz-Einrichung 46 mit sättigbarer Drossel.In the high-frequency ferroresonant power supply circuit 60 shown in Fig. 2 for generating the anode high voltage of a television receiver, the flyback pulse voltage 42 which the deflection generator 35 generates comprises the AC input voltage to the saturable reactor ferroresonance device 46.
Bei einer bevorzugten Anordnung enthält die Quelle ungeregelter Hochfrequenz-Eingangswechselspannung einen Hochfrequenz-Inverter, der aus der ungeregelten Eingangsgleichspannung eine hochfrequente Rechteckspannung erzeugt. Die Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer Drossel enthält einen Ferroresonanz-Transformator, dessenIn a preferred arrangement, the source of unregulated high frequency AC input voltage includes a high frequency inverter which generates a high frequency square wave voltage from the unregulated DC input voltage. The ferroresonant arrangement with saturable reactor contains a ferroresonant transformer whose
£2318504£ 2318504
Primärwicklung die vom Inverter abgeleitete Rechteckeingangsspannung zugeführt wird, und einen Resonanzkondensator, der über eine mit der Primärwicklung magnetisch lose gekoppelte Sekundärwicklung des Ferroresonanz-Transformators geschaltet ist. Die an der Sekundärwicklung auftretende geregelte Wechselspannung wird dann zur Ableitung einer geregelten Versorgungsspannung B+ für die Speisung eines Horizontalablenkgenerators benutzt. Eine Hochspannungswicklung ist magnetisch eng mit der Sekundärwicklung des Ferroresonanz-Transformators gekoppelt, und über ihr entsteht eine geregelte Wechselspannung, aus der eine geregelte Anoden-Hochspannung erzeugt wird. Eine solche Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung für Fernsehempfänger ist in der US-Patentanmeldung Nr. 144 150 des Erfinders F.S. Wendt beschrieben, die unter der Bezeichnung "HIGH FREQUENCY FERRORESONANT POWER SUPPLY FOR A DEFLECTION AND HIGH VOLTAGE CIRCUIT" am 28. April 1980 eingereicht ist und der englischen Offenlegungsschrift 2 041 668A, veröffentlicht am 10. September 1980, entspricht, eine weitere Beschreibung befindet sich im US-Patent Nr. 4 262 245 ebenfalls von F.S. Wendt, erteilt am 14. April 1981 mit der Bezeichnung "HIGH FREQUENCY FERRORESONANT TRANSFORMER".Primary winding is supplied from the inverter derived rectangular input voltage, and a resonant capacitor, which is connected via a magnetically loosely coupled to the primary winding secondary winding of the ferroresonant transformer. The regulated alternating voltage occurring at the secondary winding is then used to derive a regulated supply voltage B + for the supply of a Horizontalablenkgenerators. A high voltage winding is magnetically coupled tightly to the secondary winding of the ferro-resonance transformer and creates a regulated AC voltage across it, from which a regulated anode high voltage is generated. Such a high frequency ferroresonant power supply circuit for television receivers is disclosed in U.S. Patent Application No. 144,150 by inventor F.S. Wendt, filed under the designation "HIGH FREQUENCY FERRORESONANT POWER SUPPLY FOR A DEFLECTION AND HIGH VOLTAGE CIRCUIT" on April 28, 1980, and corresponding to the British Patent Application 2,041,668A, published on September 10, 1980, for further description in U.S. Patent No. 4,262,245 also to FS Wendt, issued on April 14, 1981, entitled "HIGH FREQUENCY FERRORESONANT TRANSFORMER".
Gemäß den Lehren der vorstehend im Hinblick auf die Verwendung von Lithiumferrit oder substituiertem Lithiumferrit in einer Hochfrequenz- Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsscha Hung beschriebenen Erfindung kann der magnetisi erbare Kern des Fernsehempfänger-Ferroresonanz-Transformators, wie er in der obenerwähnten US-Anmeldung und dem Patent von Wendt beschrieben ist, vorteilhafterweise Lithiumferrit oder substituiertes Lithiumferrit als Transformator-According to the teachings of the invention described above with respect to the use of lithium ferrite or substituted lithium ferrite in a high frequency ferroresonant power supply scheme, the magnetizable core of the television receiver ferroresonant transformer as described in the aforementioned U.S. application and Wendt advantageously, lithium ferrite or substituted lithium ferrite as transformer
Sättigungskernmaterial aufweisenHave saturable core material
30 30
Gemäß der Offenbarung der gleichlaufenden US-Patentanmeldung von W.E. Babcock et al, Ser.No. 250,130 vom 2. April 1981 mit der Bezeichnung "TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT POWER SUPPLY USING A TWO-MATERIAL MAGNETIZABLE CORE ARRANGEMENT", braucht weiterhin auchAccording to the disclosure of the co-pending U.S. patent application by W.E. Babcock et al, Ser. No. 250,130 of 2 April 1981 entitled "TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT POWER SUPPLY USING A TWO-MATERIAL MAGNETIZABLE CORE ARRANGEMENT" is still in demand
nur der Sekundärwicklung-Sättigungskernteil des magnetisierbaren Kerns des Ferroresonanz-Transformators aus Lithiumferrit oderonly the secondary winding saturable core portion of the magnetizable core of the Ferroresonant transformer made of lithium ferrite or
-ä 2 318 5 0 4-e 2 318 5 0 4
] substituiertem Lithiumferrit hergestellt zu sein, um die hier erläuterten vorteilhaften Ergebnisse der Verwendung von Lithium enthaltenden Ferrospinell als Sättigungskernmaterial zu ergeben. Der Primärwicklung-Kernteil des in der obenerwähnten Babcock-Anmeldung beschriebenen Ferroresonanz-Transformators kann, wie dort beschrieben, so gewählt werden, daß er magnetische Eigenschaften besitzt, die dann vorteilhaft sind, wenn der magnetisierbare Kern im praktisch linearen Bereich seiner B-H-Kennlinie betrieben wird, wie dies bei dem Primär-Kernteil des in der Babcock-Anmeldung beschriebenen Ferroresonanz-Transformators der Fall ist. ] substituted lithium ferrite to give the advantageous results explained herein of using lithium-containing ferrospinell as the saturable core material. The primary winding core portion of the ferroresonant transformer described in the aforementioned Babcock application can be chosen as described therein to have magnetic properties which are advantageous when the magnetizable core is operated in the substantially linear region of its BH characteristic as is the case with the primary core portion of the ferroresonant transformer described in the Babcock application.
Die nachstehenden Tabellen I und II veranschaulichen die Auswirkungen bei Verwendung verschiedener Sättigungskernmaterialien für den Sekundär-Abschnitt in einem aus zwei Materialien bestehenden Ferritkern beim Betrieb eines Ferroresonanz-Transformators eines Fernsehempfängers zur Lieferung einer geregelten Versorgungsspannung B+ für die Ablenkung und einer geregelten Anoden-Hochspannung, wie es in der obenerwähnten US-Patentanmeldung Nr. 250 130 beschrieben ist. Das Primär-Kernmaterial für jedes der Beispiele eines Sekundär-Kernabschnittmaterials ist ein Manganzinkferrit. Der Ferroresonanz-Transformator wurde benutzt für die Stromversorgung eines abgewandelten Farbfernsehempfängers vom Typ CTC-99 der RCA Corporation, dessen Bildröhre eine 19 Zoll-Röhre mit 100° Weitwinkelablenkung war. Die Leistungsaufnahme des gesamten Fernsehempfängers betrug bei einem Milliampere Strahlstrom 98 Watt.Tables I and II below illustrate the effects of using different saturable core materials for the secondary section in a ferrite core made of two materials when operating a ferroresonant transformer of a television receiver to provide a regulated supply voltage B + for the deflection and a regulated anode high voltage, such as it is described in the above-mentioned U.S. Patent Application No. 250,130. The primary core material for each of the examples of a secondary core section material is a manganese zinc ferrite. The ferroresonant transformer was used to power a modified CTC-99 color television receiver of the RCA Corporation, the picture tube of which was a 19 inch 100 ° wide deflection tube. The power consumption of the entire television receiver at a milliampere beam current was 98 watts.
Die Beispiele 1 und 2 der Tabellen zeigen die Vorteile bei einer Verwendung entweder eines Lithiumferrites (Beispiel Nr. 1) oder eines substituierten Lithiumferrites, wie eines Lithiummanganzinkferrites (Beispiel 2) gemäß den Lehren der Erfindung hinsichtlich der Verwendung von Lithiumferrit oder substituiertem Lithiumferrit in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung. Als Gegensatz sind auch die Ergebnisse bei Verwendung eines Manganzinkferrits (Beispiel 3) oder eines Nickelferrits (Beispiel 4) alsExamples 1 and 2 of the Tables show the advantages of using either a lithium ferrite (Example No. 1) or a substituted lithium ferrite, such as a lithium manganese zinc ferrite (Example 2), according to the teachings of the invention in terms of using lithium ferrite or substituted lithium ferrite at a high frequency -Ferroresonanz power supply circuit. As a contrast, the results when using a Manganzinkferrits (Example 3) or a nickel ferrite (Example 4) as
OJ Sekundär-Sättigungskernabschnittsmaterial angegeben. OJ secondary saturating core section material indicated.
231850 4 Die in Tabelle I in der Spalte "ΔΤ" angegebenen Werte stellen den Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur von 250C dar, der in den sättigbaren Kernabschnitt des Ferroresonanz-Transformators im Bereich der Sekundärwicklung nach Einschalten des Fernsehempfängers auftritt, wenn der Kern seine Betriebstemperatur erreicht hat. Die Werte in der Spalte "AU" geben den Abfall der Anoden-Hochspannung unter den Nominalwert von 32 kV im Ferroresonanz-Transformator nach dem erstmaligen Einschalten des Fernsehempfängers wieder. Die Nominalspannung von 32 kV ergab sich bei Verwendung der Materialien nach den Beispielen 1 bis 4, obwohl sich diese in ihrer Sättigungsflußdichte B .... unterscheiden, indem der Gesamtsättigungsfluß durch Einstellung der Kernquerschnittsfläche des Sättigungskerns konstant gehalten wurde. Die Werte für die bei einer Magnetisierungsfeldstärke von 25 Oersted erhaltenen Flußdichte wurde üblicherweise als B -1 bezeichnet. Die in Tabelle II angegebenen Werte für H und B -tt ergeben sich bei 15,75 kHz und bei einer Raumtemperatur von 25°C.231850 4 The values given in Table I in the column "ΔΤ" represent the temperature rise above ambient temperature of 25 0 C is occurring in the saturable core portion of the ferroresonant transformer in the secondary winding by switching on the television receiver, when the core operating temperature has reached. The values in the column "AU" represent the drop of the anode high voltage below the nominal value of 32 kV in the ferroresonance transformer after the television receiver is switched on for the first time. The nominal voltage of 32 kV was obtained using the materials of Examples 1 to 4, although they differ in their saturation flux density B... By keeping the total saturation flux constant by adjusting the core cross-sectional area of the saturation core. The values for the flux density obtained at a magnetization field strength of 25 Oersteds were commonly referred to as B- 1 . The values for H and B - tt given in Table II result at 15.75 kHz and at a room temperature of 25 ° C.
Aus den Tabellen sieht man, daß die Große des Temperaturkoeffizienten otn von Lithiumferrit und Lithiummanganzinkferrit unter 1 bis 1,5 Teilen pro Tausend und pro 0C liegen und daß die Koerzitivkraft bei 25°C kleiner als 1,0 Oersted ist: Damit wird der Spannungsabfall der Hochspannung kleiner als 2,4 kV vom Nominalwert von 32 kV.From the tables, it can be seen that the magnitudes of the temperature coefficient otn of lithium ferrite and lithium manganese zinc ferrite are below 1 to 1.5 parts per thousand and per 0 C, and that the coercive force at 25 ° C is less than 1.0 oersted: Thus, the voltage drop the high voltage is less than 2.4 kV from the nominal value of 32 kV.
Bei dem Manganzinkferrit (Beispiel 3 in den Tabellen) entsteht teilweise infolge der relativ niedrigen Koerzitivkraft H von Manganzinkferrit ein relativ kleiner Kerntemperaturanstieg ΔΤ. Dennoch kann ein Manganzinkferrit ein für die Verwendung unbrauchbares Sättigungskernmaterial sein wegen des übermäßigen Anoden-Hochspannungsabfalls von 3,5 kV, zum Teil bedingt durch den relativ ου hohen Temperaturkoeffizienten aß des Materials. Der Manganzinkferrit führt zu einer relativ großen Änderung der Anoden-Hochspannung von 110 Teilen pro Tausend und kann daher als Sättigungskernabschnittsmaterial für die Sekundärwicklung unbrauchbar sein.In the case of the manganese zinc ferrite (Example 3 in the Tables), a relatively small core temperature increase ΔΤ arises in part due to the relatively low coercive force H of manganese zinc ferrite. Nevertheless, a Manganzinkferrit may be an unusable for use saturable core material because of excessive high anode voltage drop of 3.5 kV, partly due to the relatively ß ου high temperature coefficient a of the material. The manganeseinkferrit leads to a relatively large change of the anode high voltage of 110 parts per thousand, and thus may be useless as a saturable core section material for the secondary winding.
Das im Beispiel 4 in den Tabellen angeführte Nickelferrit hat einen relativ guten Temperaturkoeffizienten für die SättigungsflußdichteThe nickel ferrite given in Example 4 in the Tables has a relatively good temperature coefficient of saturation flux density
-»- 2 3 1 8 5 O 4 - »- 2 3 1 8 5 O 4
-4-4
von -9,0x10 /0C. Dennoch kann auch das Nickelferrit ein unbrauchbares Sättigungskernmaterial sein wegen seiner relativ großen Koerzitivkraft von 5,0 Oersted. Die große Koerzitivkraft ergibt einen außerordentlich hohen Temperaturanstieg ΔΤ und einen sehr großen Anoden-Hochspannungsabfall von 3,4 kV.of -9.0x10 / 0 C. Nevertheless, the nickel ferrite may also be a unusable saturable core material because of its relatively large coercive force of 5.0 oersted. The large coercive force gives rise to an extraordinarily high temperature rise ΔΤ and a very large anode high voltage drop of 3.4 kV.
Eine vernünftigerweise akzeptable Änderung der Anoden-Hochspannung AU/U kann beispielsweise eine Änderung von 75 Teilen pro Tausend oder weniger zwischen den Endpunkten des normalen Betriebstemperaturbereichs einer Leistungsstromversorgungsanordnung sein. Ein akzeptabler Wert der Größe von aD des Materials über den normalen Be-For example, a reasonably acceptable change in the anode high voltage AU / U may be a change of 75 parts per thousand or less between the endpoints of the normal operating temperature range of a power supply assembly. An acceptable value of the size of a D of the material above the normal
triebsbereich der Kerntemperatur kann gleich oder weniger als 1,5 Teile pro Tausend pro 0C sein. Ein brauchbarer Wert für die Koerzitivkraft kann bei oder unter 1,5 Oersted liegen. Akzeptable Werte von otn, H und AU/U hängen von Parametern ab wie dem Maß der gewünschten Ausgangsspannungsregelung, dem Temperaturbereich einschließlich Umgebungstemperaturänderungen, innerhalb dessen die Stromversorgungsanordnung zufriedenstellend arbeiten soll, die Größe des Bildschirm und der Leistungsverbrauch, die maximal zulässige Temperatur der Bauelemente und das im Betrieb des Fernsehers zulässige Maß an Überabtastung (über die Bildränder hinaus).The operating range of the core temperature may be equal to or less than 1.5 parts per thousand per 0 C. A useful coercive value may be at or below 1.5 oersted. Acceptable values of otn, H, and AU / U depend on parameters such as the amount of output voltage regulation desired, the temperature range including ambient temperature changes within which the power supply assembly is to operate satisfactorily, the size of the display and power consumption, the maximum allowable temperature of the components, and the amount of oversampling allowed during TV operation (beyond the edges of the picture).
Somit ist gemäß der Erfindung die Verwendung von Lithiumferrit und substituiertem Lithiumferrit, welches die Eigenschaften eines kleinen Temperaturkoeffizienten der Sättigungsflußdichte und einer kleinen Koerzitivkraft aufweist, außerordentlich günstig für die Konstruktion einer Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungseinrichtung, welche eine Ausgangsspannung liefert, die relativ unempfindlich gegen Temperaturänderung ist, und welche zu einem sehr begrenzten TemperaturanstiegThus, according to the invention, the use of lithium ferrite and substituted lithium ferrite having the characteristics of a small temperature coefficient of saturation flux density and a small coercive force is extremely favorable for the construction of a ferroresonant power supply device which provides an output voltage which is relatively insensitive to temperature change, and which leads to a very limited increase in temperature
ου des Sättigungskerns über die Umgebungstemperatur führt. ου of the saturation core exceeds the ambient temperature.
Andere erwünschte Eigenschaften, die das Lithiumferrit besitzen kann, sind ein relativ hoher spezifischer Widerstand und eine ziemlich rechteckige B-H-Hysteresekennlinie. Ein Rechteckverhältnis kannOther desirable properties that the lithium ferrite can have are a relatively high resistivity and a fairly rectangular B-H hysteresis characteristic. A rectangle ratio can
definiert werden als BJBm^„, wobei B,„ die Remanenzinduktion desare defined as BJB m ^ ", where B," is the remanent induction of the
r max rr max r
Materials und ßm u die bei einer Magnetisierungsfeldstärke von maxMaterial and ß mu at a magnetization field strength of max
-S- 2 318 5 0-S- 2 318 5 0
50 Oersted erhaltene Flußdichte ist. Ein Rechteckverhältnis gleich oder größer als 0,6 kann für die Verbesserung der Ausgangsspannungsregelung anzustreben sein.50 Oersted obtained flux density is. A squareness ratio equal to or greater than 0.6 may be desirable for improving the output voltage control.
Claims (10)
Geregelte Stromversorgungsschaltung mit Sättigungskern, mit einerEingangsspannungsquelle, einer an diese gekoppelten Einrichtung zur Erzeugung eines Erregerstroms, einem magnetisierbaren Kern, der einen sättigbaren Kernabschnitt enthält, einer auf dem Kern angeordneten Wicklung, einer aufgrund des Erregerstroms in demmagnetisierbaren Kern einen zur Erzeugung einer Ausgangsspannung wechselnder Polarität mit der Wicklung verketteten Magnetfluß erzeugenden Einrichtung, einer der Wicklung zugeordneten Kapazität zur Erzeugung eines magnetisierenden Kraftfeldes wechselnder Polarität in dem sättigbaren Kernabschnitt im Zusammenwirken mit derden Erregerstrom erzeugenden Einrichtung, wobei das magnetisierende Kraftfeld einen magnetischen Fluß hervorruft, der den sättigbaren1.)
A saturated saturable core power supply circuit having an input voltage source, excitation current generating means coupled thereto, a magnetizable core containing a saturable core portion, a winding disposed on the core, a polarity alternating to produce an output voltage due to the energizing current in the magnetizable core the winding chained magnetic flux generating means, one of the winding associated capacity for generating a magnetizing force field of alternating polarity in the saturable core portion in cooperation with the exciting current generating means, wherein the magnetizing force field causes a magnetic flux, the saturable
153.) power supply circuit according to item 1, characterized gekennzei chnet that the substituted lithium ferrite lithium manganese ferrite comprises.
15
35per thousand per 0 C.
35
30is less than 75 parts per thousand.
30
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