DE19728875A1 - Hochspannungstransformator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung und mit einer Hochspannungswicklung, die in Kammern eines Spulenkörpers angeordnet ist.

Ein Hochspannungstransformator dieser Art ist beispielsweise aus der EP 0 529 418 B1 bekannt. Dieser enthält einen ersten Spulenkörper, der eine Primärwicklung und mehrere Hilfswicklungen aufnimmt, und einen zweiten Spulenkörper, der Kammern aufweist, in denen eine Hochspannungswicklung angeordnet ist. Diese beiden Spulenkörper werden separat gefertigt und gewickelt und in der Endmontage wird der Spulenkörper der Hochspannungswicklung, der einen entsprechend größeren Durchmesser hat, über den Spulenkörper mit der Primärwicklung geschoben. Die Spulenkörper werden anschließend mit einem Kunststoffgehäuse umgeben und zusätzlich mit einer Kunstharzmasse vergossen. Ausführungen dieser Art werden beispielsweise in Fernsehgeräten verwendet und liefern Hochspannungen im Dauerbetrieb von 25 kV bis über 30 kV.

Aus der DE 38 22 284 A1 ist ein weiterer Hochspannungstransformator bekannt, der Hochspannungen von etwa 7 kV ermöglicht und der beispielsweise für Kopiergeräte verwendbar ist. Dieser besitzt ebenfalls zwei Spulenkörper, wobei der Spulenkörper mit der Primärwicklung über den Spulenkörper mit der Hochspannungswicklung geschoben wird und in diesen einrastet. Dieser Hochspannungstransformator ist nicht als ein Diodensplitt-Hoch­ spannungstransformator ausgelegt und Hochspannungen von 20 kV und mehr lassen sich mit dieser Ausführung nicht erzielen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hochspannungstransformator der eingangs genannten Art anzugeben, der sehr kompakt und kostengünstig aufgebaut ist und Hochspannungen von über 20 kV im Dauerbetrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 12 und 14 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem Hochspannungstransformator der vorliegenden Erfindung ist die Hochspannungswicklung in Kammern angeordnet und liegt unterhalb der Primärwicklung. Zwischen der Hochspannungswicklung und der Primärwicklung ist zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen eine ausreichend dicke Isolierschicht angeordnet, z. B. eine mehrfache Folienwicklung oder eine Kunststoffhülse, die zusätzlich noch vergossen ist. Er enthält vorzugsweise nur einen Spulenkörper sowohl für die Primärwicklung, als auch für die Hochspannungswicklung und eventuell noch weitere Hilfswicklungen.

Zur Unterdrückung von Koronaeffekten ist die Fläche des inneren Hohlraumes des Spulenkörpers mit einem leitenden Belag versehen, der während des Betriebes auf Masse liegen kann. Hierdurch kann in dem an sich nicht vermeidbaren Luftspalt zwischen Kern und Spulenkörper das elektrische Feld abgeschirmt werden, so daß Koronaeffekte und Spannungsüberschläge wirksam unterdrückt werden.

Als leitender Belag muß eine hochohmige Schicht, zum Beispiel kolloidales Graphit verwendet werden, das auf einfache Weise mittels einer in radialer Richtung sprühenden Düse aufgetragen werden kann. Eine niederohmige, zum Beispiel metallische Schicht würde eine Kurzschlußwindung darstellen und zu Verlusten führen.

Alternativ kann auf den leitenden Belag auch verzichtet werden, indem der verbleibende Hohlraum zwischen Kern und Spulenkörper mit einem Material ausgefüllt wird, so daß Koronaeffekte auch hierdurch vermieden werden. Das Material hat vorzugsweise eine möglichst hohe relative Dielektrizitätskonstante ε_r z. B. 2-3 oder 4 und kann beispielsweise eine zähflüssige Paste, eventuell auch daß das Vergußmaterial selbst sein. Das Material kann auch eine geringe Leitfähigkeit aufweisen. Beim Ausfüllen dürfen keine Lufteinschlüsse auftreten, da sich über diesen aufgrund der niedrigen Dielektrizitätskonstante ε_r = 1 eine hohe elektrische Spannung aufbaut und Luft bei den hier vorliegenden Spannungsverhältnissen leicht ionisierbar ist.

Da die Primärwicklung zusammen mit der Isolierschicht direkt auf der Hochspannungswicklung aufliegt, wird die gesamte Anordnung sehr kompakt. Die Kammern des Spulenkörpers liefern auch mit einer mehrfachen Folienwicklung eine ausreichend glatte Fläche, auf die die Primärwicklung bei einer Drahtstärke von beispielsweise 0,3 bis 0,8 mm gleichmäßig und dicht aufgewickelt werden kann. Dadurch, daß die Primärwicklung außen liegt und zusätzlich dicht gewickelt ist, bietet der Hochspannungstransformator eine sehr gute Unterdrückung von höherfrequenten Störstrahlungen. Dies ist insbesondere wichtig für moderne Fernsehgerätechassis, die inzwischen aufgrund von immer höher integrierten Schaltungen sehr kompakt geworden sind und hierbei auch die hochempfindlichen Eingangsstufen beinhalten. Die Störstrahlung wird durch diese Anordnung um einen Faktor 100 reduziert. Durch die kompakte Anordnung des Hochspannungstransformators wird zudem eine sehr gute Kopplung zwischen der Hochspannungswicklung und der Primärwicklung erreicht.

Die Wandstärken unter den Kammern der Hochspannungswicklung zu dem Kern hin werden vorteilhafterweise mit ansteigender Hochspannung am Kammerboden ebenfalls ansteigend gewählt.

Die Hochspannungsdioden können auf dem Spulenkörper seitlich von den Hochspannungskammern angeordnet werden, aber sie können auch zwischen die Hochspannungswicklung und die Primärwicklung integriert werden. Zur Erzielung einer sehr preiswerten Ausführungsform ist die Hochspannungswicklung in vier Wicklungen unterteilt, wobei jeweils zwischen die erste und die zweite und die dritte und die vierte Wicklung eine Diode angeschlossen ist und zwischen der zweiten und der dritten Wicklung ein Abgriff herausgeführt ist für die Fokusspannung einer Bildröhre.

Durch den kompakten Aufbau des Spulenkörpers kann nicht nur das Gehäuse des Hochspannungstransformators, sondern auch sein Kern erheblich verkleinert werden. Hierdurch kann auch die Vergußmasse erheblich reduziert werden, da sich auf der Außenseite des Hochspannungstransformators keine Hochspannungspotentiale mehr befinden. Dies führt nicht nur zu einer beträchtlichen Kostenreduzierung, sondern bietet auch Platz- und Gewichtsvorteile. So ist eine Gewichtsreduktion um 25% bei gleichen elektrischen Eigenschaften mit einem Diodensplitt-Hoch­ spannungstransformator (DST) mit zwei Dioden verglichen mit einem Diodensplitt-Hochspannungstransformator mit drei Dioden erreichbar. Zudem werden RLC-Kreise zur Dämpfung der Störstrahlung eingespart.

Anwendungen für den Hochspannungstransformator ergeben sich insbesondere für Fernsehgeräte und Computermonitore.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einem Diodensplitt-Hoch­ spannungstransformator zur Erzeugung einer Hochspannung für eine Bildröhre,

Fig. 2 einen Spulenkörper mit Wicklungen und Dioden für einen Hochspannungstransformator.

Die Fig. 1 zeigt einen mit einer Schaltspannung 1 gesteuerten Schalttransistor 2, einen Diodensplitt-Hoch­ spannungstransformator Tr mit einer Primärwicklung W1, an der an einem Ende eine Gleichspannung UB und an dem anderen Ende der Schalttransistor 2 angeschlossen ist, und mit Hochspannungswicklungen W2-W5, einen Glättungskondensator 6 und eine Bildröhre 7, an der die geglättete Hochspannung angeschlossen ist. Schaltungen dieser Art werden beispielsweise in Fernsehgeräten oder Computermonitoren verwendet.

Die Hochspannungswicklung ist in vier Wicklungen W2, W3, W4 und W5 unterteilt, wobei zwischen der ersten und der zweiten und der dritten und der vierten jeweils eine Hochspannungsdiode 3 bzw. 5 zur Gleichrichtung dazwischengeschaltet ist. Zwischen der zweiten und der dritten Hochspannungswicklung W3, W4 ist ein Abgriff A zur Bereitstellung einer Hochspannung für die Fokuselektrode der Bildröhre 7 herausgeführt.

Der Schalttransistor wird hier in der kurzen Zeit des horizontalen Zeilenrücksprungs gesperrt. Hierdurch entsteht für den Hochspannungstransformator Tr eine hohe Impulsbelastung, die bei dessen Konstruktion berücksichtigt werden muß. Da in der Anordnung der Fig. 1 die gleichrichtenden Dioden zwischen die Wicklungen des Hochspannungstransformators integriert sind, ist ersichtlich, daß die äußeren Enden der Hochspannungswicklung wechselspannungsfrei sind. Die impulsförmigen Belastungen liegen daher nur an den Dioden 3 und 5 und an den benachbarten Wicklungsenden an.

In der Fig. 2 ist in einer Schnittzeichnung ein Spulenkörper 9 dargestellt, der sowohl die Primärwicklung W1 als auch die in die einzelnen Wicklungen W2-W5 unterteilte Hochspannungswicklung aufnimmt, wobei die Wicklungen W2-W5 unterhalb der Primärwicklung W1 liegen. Der Spulenkörper 9 enthält einen axialen Hohlraum 11, der den Ferritkern (nicht dargestellt) aufnimmt. Der Spulenkörper 9 enthält eine Vielzahl von Kammern 8, deren Boden in Richtung des Hohlraumes etwa eine Dicke von 1 mm aufweist, und in die die einzelnen Wicklungen W2-W5 der Hochspannungswicklung gewickelt sind. Der Spulenkörper 9 enthält vorteilhafterweise zwölf Kammern 8, wobei in jeweils drei dieser Kammern 8 eine der Wicklungen W2-W5 angeordnet ist. Die Bodendicke der Kammern 8 in Richtung des Hohlraumes 11 kann entsprechend der gleich- und wechselspannungsförmigen Hochspannungsbelastung variiert werden. Dies ist beispielsweise aus der EP 0 028 383 B1 bekannt.

Über den Kammern 8 liegt eine Isolierschicht 10, die in diesem Ausführungsbeispiel aus einigen Lagen einer Folienwicklung besteht. Direkt auf diese Isolierschicht 10 ist die Primärwicklung W1 in einer oder mehreren dichtgewickelten Lagen aufgewickelt. Zusätzlich sind auf der Primärwicklung W1 außerdem noch zwei Hilfswicklungen WH aufgebracht, die vorteilhafterweise mit der gleichen Drahtstärke wie die der Primärwicklung W1 in einem Arbeitsgang gewickelt werden können. Sinnvolle Drahtstärken sind beispielsweise für die Primärwicklung W1 0,335 mm und für die Hochspannungswicklung 0,05 mm Kupferlackdraht.

Der Spulenkörper 9 weist an den Kammerenden seitliche Ränder 13 auf zur Aufnahme der Folienwicklung 10 und der Primärwicklung W1. Diesen Erhöhungen folgen nach außen hin zwei weitere Kammern 14, 16 die der Aufnahme der beiden Hochspannungsdioden 3, 5 dienen. Die Dioden 3, 5 sind auf bekannte Weise mit den Wicklungen W2-W5 der Hochspannungswicklung verbunden.

Durch diese Ausführung sind die Kammern 8 mit der Hochspannungswicklung vollständig durch die Folienwicklung 10 und die Primärwicklung W1 überdeckt, so daß die niederohmige Primärwicklung W1 eine effektive Abschirmung der hochfrequenten starken Störstrahlung, die ja mit dem Transformationsverhältnis hochtransformiert wird, bewirkt. Wegen der geringen Windungslänge (Spulenkörperumfang im Kammerboden) der Hochspannungswicklungen W2-W5 und der dadurch bedingten kleineren Eigenkapazität der Hochspannungswicklungen ist es möglich, mit nur zwei Hochspannungsdioden 3, 5 eine ausreichend stabile Hochspannung zu erreichen, deren Stabilität besser ist als bei bisher bekannten Diodensplitt-Hoch­ spannungstransformatoren mit drei Dioden. Es können selbstverständlich auch drei oder mehr Dioden verwendet werden, durch die die Hochspannungsstabilisierung noch besser werden und auch höhere Leistungen ermöglichen würde, aber dies wäre ein zusätzlicher Kostenfaktor.

Der innere Hohlraum 11 des Spulenkörpers 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner Fläche 15 vollständig mit einem leitenden Belag versehen, der geerdet sein kann, beispielsweise über den Ferritkern (nicht dargestellt) . Als leitender Belag kann vorteilhafterweise eine kolloidale Graphitschicht verwendet werden, die sich in einem Sprühverfahren auftragen läßt und die eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist. Hierdurch wird der an sich nicht vermeidbare, mit Luft gefüllte Zwischenraum zwischen dem Ferritkern und dem Spulenkörper 9 gegen die Hochspannung abgeschirmt, so daß durch diese Maßnahme die Koronabildung völlig unterdrückt wird.

Die Schicht mit dem kolloidalen Graphit kann vorzugsweise mittels eines flüssigen Sprühmittels aufgetragen werden, das kolloidales Graphit und Klebemittel in einem Lösungsmittel enthält und das den Kunststoff des Spulenkörpers 9 zusätzlich leicht anlöst, um die Haftfähigkeit zu erhöhen. Dieses Sprühmittel kann beispielsweise mit einer in radialer Richtung sprühenden Düse, die durch den Hohlraum 11 des Spulenkörpers 9 durchgeführt wird, auf einfache Weise aufgetragen werden.

Der Spulenkörper 9 enthält an seiner Unterseite elektrische Anschlüsse 12, mit dem der Hochspannungstransformator direkt auf einer Platine befestigt wird. Er wird zusätzlich noch mit einem Kunststoffgehäuse umgeben (nicht dargestellt), das nach unten offen ist, und mit diesem mittels einer Kunststoffharzmasse vollständig vergossen.

Alternativ zu einer mehrfachen Folienwicklung ist auch eine Kunststoffhülse als Isolierschicht zwischen der Primärwicklung und der Hochspannungswicklung möglich, die über den Spulenkörper 9 mit der Hochspannungswicklung W2-W5 aufschiebbar ist. Die Primärwicklung kann dann zusammen mit den Hilfswicklungen direkt auf die Kunststoffhülse gewickelt werden. Werden beide Dioden 3, 5 in der Kammer 14, die am Fuße des Hochspannungstransformators zu den Anschlüssen 12 hin liegt, angeordnet, so kann auch bei Verwendung einer Hülse der gesamte Spulenkörper sehr kompakt gehalten werden. Die Hülse liegt dann formschlüssig über den Kammern 8 der Hochspannungswicklung W2-W5 und überdeckt diese vollständig.

Die Fläche 15 des inneren Hohlraumes 11 kann auch mittels einer metallisierten Folie, insbesondere Kunststoffolie, mit einem leitenden Belag versehen sein. Die metallisierte Folie ist hierbei zwischen Kern und Spulenkörper überlappend eingewickelt und sollte sich möglichst dicht mit der metallisierten Seite an die Fläche des inneren Hohlraumes anschmiegen, so daß Koronaeffekte vermieden werden. Eine niederohmige Metallfolie allein ist nicht geeignet, da sie eine Kurzschlußwicklung bilden würde. Eine metallisierte Kunststoffolie, z. B. aluminisiertes Mylar, bildet auch bei einer Überlappung keine Kurzschlußwicklung über dem Umfang. Denkbar ist auch die Verwendung von zwei Folien, z. B. einer Kunststoffolie und einer Metallfolie, die derart überlappend gewickelt sind, daß die Metallfolie keinen elektrischen Kontakt an dem überlappenden Ende aufweist.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einem Diodensplitt-Hochspannungstransformator. Eine sinngemäße Anwendung der Erfindung ist aber auch auf andere Hochspannungstransformatoren übertragbar.

Claims (14)

1. Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung (W1) und einer Hochspannungswicklung (W2-W5), die in Kammern (8) eines Spulenkörpers (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (8) mit der Hochspannungswicklung (W2-W5) unterhalb der Primärwicklung (W1) liegen, und daß die Fläche (15) des inneren Hohlraumes (11) des Spulenkörpers (9) mit einem leitenden Belag versehen ist.

2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Primärwicklung (W1) und der Hochspannungswicklung (W2-W5) eine Isolierschicht (10) angeordnet ist, die entweder aus einer mehrfachen Folienwicklung (10) oder einer Hülse besteht.

3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (W1) in einer oder mehreren dichtgewickelten Lagen auf der Isolierschicht (10) angeordnet ist, so daß höherfrequente Störstrahlungen im Betrieb möglichst weitgehend unterdrückt werden.

4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er nur einen Spulenkörper (9) enthält, der sowohl die Primärwicklung (W1) als auch die Hochspannungswicklung (W2-W5) aufnimmt, und daß die Hochspannungsdioden (3, 5) zur Gleichrichtung seitlich von den Hochspannungskammern (W2-W5) angeordnet sind oder zwischen Hochspannungswicklung (W1) und Primärwicklung (W2-W5) in axialer oder tangentialer Richtung liegen.

5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er nur zwei Dioden (3, 5) aufweist, die zwischen jeweils zwei Kammerwicklungen (W2, W3; W4, W5) geschaltet sind.

6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (W2-W5) in vier Wicklungen (W2-W5) unterteilt ist, daß jeweils zwischen die erste (W2) und die zweite (W3) und die dritte (W4) und die vierte Wicklung (W5) eine Diode (3, 5) angeschlossen ist, und daß zwischen der zweiten (W3) und der dritten (W4) Wicklung ein Abgriff (A) herausgeführt ist.

7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Belag kolloidales Graphit enthält.

8. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Belag durch eine metallisierte Kunststoffolie realisiert ist, die zwischen dem Spulenkörper (9) und einem Kern überlappend gewickelt ist.

9. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er Hilfswicklungen (WH) enthält, die direkt auf die Primärwicklung (W1) gewickelt sind, und daß nur eine Drahtstärke sowohl für die Primärwicklung (W1) als auch für die Hilfswicklungen (WH) verwendet wird.

10. Hochspannungstransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken zwischen den Kammern (8) der Hochspannungswicklung (W2-W5) und der Fläche des inneren Hohlraumes (11) derart gewählt sind, daß sie mit steigender Hochspannung ansteigen.

11. Hochspannungstransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Dioden (3) zur Gleichrichtung auf dem Spulenkörper (9) seitlich von der Hochspannungswicklung (W2-W5) am Fuße des Hochspannungstransformators angeordnet sind, und daß eine Hülse, die die Primärwicklung (W1) und eventuell weitere Hilfswicklungen (WH) aufnimmt, über den Spulenkörper (9) mit der Hochspannungswicklung (W2-W5) aufschiebbar ist.

12. Diodensplit-Hochspannungstransformator (Tr) mit einer Primärwicklung (W1) und einer Hochspannungswicklung (W2-W5), die in Kammern (8) eines Spulenkörpers (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er nur einen Spulenkörper (9) enthält, der sowohl die Primärwicklung (W1) als auch die Hochspannungswicklung (W2-W5) aufnimmt, wobei die Hochspannungswicklung (W2-W5) unterhalb der Primärwicklung (W1) liegt.

13. Hochspannungstransformator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (15) des inneren Hohlraumes (11) des Spulenkörpers (9) mit einem leitenden Belag versehen ist, vorzugsweise mit kolloidalem Graphit.

14. Hochspannungstransformator mit einem Kern, einer Primärwicklung (W1) und einer Hochspannungswicklung (W2-W5), die in Kammern (8) eines Spulenkörpers (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (8) mit der Hochspannungswicklung (W2-W5) unterhalb der Primärwicklung (W1) liegen, und daß der innere Hohlraum (11) zwischen dem Kern und dem Spulenkörper (9) ohne Lufteinschlüsse mit einem Material ausgefüllt ist.