DE19912627A1 - Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung - Google Patents

Abstract

Die Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung für eine Bildröhre enthält einen Hochspannungstranformator (TR), der eine Primärwicklung (W1) und eine Hochspannungswicklung (WH) aufweist, einen Schalter (SP), der in Serie zu der Primärwicklung (W1) geschaltet ist, und eine Regelschleife zur Hochspannungsstabilisierung. Die Regelspannung (UR) der Regelschleife, mit der der Schalter (SP) angesteuert wird, ist hierbei aus zwei Signalen (DC, AC) abgeleitet. Das erste (DC) ist aus einer sekundären Hilfswicklung (W4) am Transformator (TR) abgegriffen und liefert einen statischen Regelspannungsanteil und das zweite Signal (AC) ist direkt von der Hochspannung (HV) abgeleitet und liefert ein Maß für die dynamische Belastung des Hochspannungsgenerators. Der statische Regelspannungsanteil ist insbesondere ein Maß für den Wert der Hochspannung während des vertikalen Zeilenrücklaufs, wenn der Bildschirm schwarz ist und der Hochspannungstransformator minimal belastet ist. Die Hilfswicklung liefert hierbei eine dem sekundären Flybackimpuls proportionale Spannung. Das zweite Signal (AC) ist ein schnelles Regelsignal, da es direkt von der Hochspannung (HV) abgeleitet ist. DOLLAR A Zur Realisierung der Schaltung können kostengünstige Standardkomponenten verwendet werden. Die Stabilisierungsschaltung kann insbesondere in Hochspannungsgeneratoren für hohe Bildleistungen von Bildröhren verwendet werden, wie sie beispielsweise in großen Fernsehgeräten und Computermonitoren eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung für eine Bildröhre mit einem Hochspannungstransformator, der eine Primärwicklung und auf der Sekundärseite eine Hochspannungswicklung aufweist, sowie mit einem Schalter, der in Serie zu der Primärwicklung geschaltet ist, und einer Regelschleife zur Hochspannungs­ stabilisierung. Schaltungen dieser Art werden beispielsweise in Fernsehgeräten oder Computermonitoren zur Erzeugung einer stabilen Hochspannung verwendet.

Aus der EP 0 582 599 B1 ist eine derartige Schaltung bekannt, die eine Regelschleife zwischen der ausgangsseitigen Hochspannung und dem Emitter des Schalttransistors aufweist. Hierbei wird über einen ohmschen Spannungsteiler ein Regelsignal von der Hochspannung abgegriffen und einem Pulsbreitenmodulator zugeführt. Dieser steuert mit dem pulsbreitenmodulierten Signal einen Transistor an, über den der Emitter des Schalttransistors mit einer negativen Spannung verbunden ist, wobei zwischen dem Emitter und dem Transistor eine Induktivität geschaltet ist. Zwischen dem Emitter des Schalttransistors und Masse ist ein Kondensator geschaltet, gegen den der Schalttransistor arbeitet. Die Basis des Schalttransistors wird über einen Übertrager mit einer Spannung angesteuert, die zeilensynchronisiert ist und den Schalttransistor während eines Zeilenrücklaufs durchsteuert.

Aus DE-A-39 31 372, EP 0 592 151 B1, EP 0 483 432 B1 und EP-A 0 414 184 sind weitere Schaltungen zur Stabilisierung einer Hochspannung bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltung zur Erzeugung einer stabilen Hochspannung für eine Bildröhre anzugeben, die in einem weiten Lastbereich arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung für eine Bildröhre enthält einen Hochspannungstransformator, der eine Primärwicklung und eine Hochspannungswicklung aufweist, einen Schalter, der in Serie zu der Primärwicklung geschaltet ist, und eine Regelschleife zur Hochspannungsstabilisierung. Die Regelspannung der Regelschleife, mit der der Schalter angesteuert wird, ist hierbei aus zwei Signalen abgeleitet. Das erste ist aus einer sekundären Hilfswicklung am Transformator abgegriffen und liefert einen statischen Regelspannungsanteil und das zweite Signal ist direkt von der Hochspannung abgeleitet und liefert ein Maß für die dynamische Belastung des Hoch­ spannungsgenerators.

Der statische Regelspannungsanteil ist insbesondere ein Maß für den Wert der Hochspannung während des vertikalen Bildrücklaufs, wenn der Bildschirm schwarz ist, der Hochspannungstransformator also minimal belastet ist. Die Hilfswicklung liefert hierbei eine dem sekundären Flybackimpuls proportionale Spannung.

Das zweite Signal ist ein schnelles Regelsignal, da es direkt von der Hochspannung abgeleitet ist. Dieses Signal läßt sich vorteilhafterweise über einen kapazitiven Spannungsteiler von der Hochspannung ableiten, wobei die eine Kapazität der sowieso vorhandene Aquadagkondensator der Bildröhre ist, und die zweite ein Niederspannungs­ kondensator.

Das erste Signal wird mittels eines Zeitfensters während des Zeilenrücklaufs detektiert und anschließend auf einen Spitzenwertgleichrichter, gefolgt von einem Impedanzwandler, gegeben. Dessen Ausgangsspannung wird integriert und synchron zum Vertikalrücklaufimpuls abgetastet durch eine Sample & Hold-Schaltung.

Das Ausgangssignal des kapazitiven Spannungsteilers ist auf ein Begrenzungsnetzwerk mit Impedanzwandler gegeben und wird über eine Schaltlogik nach jedem Bild bzw. Halbbild zurückgesetzt durch einen Resetschalter, der mit dem Vertikalrücklaufimpuls synchronisiert ist. Die Schaltlogik steuert gleichzeitig die Sample & Hold-Schaltung des ersten Signals. Die Ausgangssignale der Sample & Hold- Schaltung und der Resetschaltung werden auf ein Differenzbildungsmittel gegeben, beispielsweise einen Differenzverstärker, der die Differenz beider Signale und hierdurch das Regelsignal für den Schalter erzeugt.

Die Schaltung hat den Vorteil, daß für die Regelung zum einen ein Signal verwendet wird, das durch die Last bzw. Belastung sehr wenig beeinflußt wird (erstes Signal über sekundäre Hilfswicklung) und ein zweites Signal, das der Hochspannungsbelastung im Mikrosekundenbereich folgt. Zur Realisierung der Schaltung können gleichzeitig kostengünstige Standardkomponenten verwendet werden. Die Regelschaltung benötigt insbesondere keinen teuren Hochspannungsteilerblock.

Die Schaltung zur Stabilisierung kann insbesondere in Hochspannungsgeneratoren verwendet werden, die hohe mittlere Bildleistungen bereitstellen, beispielsweise bis zu 100 Watt für 36"-Bildröhren, und separat zur Ablenkschaltung ausgebildet sind. Hierdurch wird für große Bildröhren eine hohe Bildhelligkeit und ein hoher Bildkontrast bei gleichzeitig verbesserter Bildgeometrie ermöglicht. Sie ist insbesondere bei höheren Ablenkfrequenzen im Bereich von 30-­ 50 kHz verwendbar. Hierbei ist eine Synchronisation mit der Ablenkfrequenz optional.

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

Fig. 1 ein Blockschaltbild mit einer Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung;

Fig. 2 die Regelspannung sowie die beiden Signale bei einem Videosignal mit einem horizontalen Weißbalken;

Fig. 3 Steuerimpulse zur Ermittlung des ersten Signals.

In der Fig. 1 ist ein Hochspannungstransformator TR dargestellt mit einer Primärwicklung W1 und sekundärseitig angeordneten Wicklungen, einer Hochspannungswicklung WH und einer Hilfswicklung W4. An der Primärwicklung W1 liegt eine Gleichspannung an, beispielsweise von 300 V, und zu ihr ist ein Schalter SP in Serie geschaltet zur Erzeugung der Ausgangsspannungen. An den sekundärseitigen Wicklungen WH und W4 liegen zum Flybackimpuls proportionale Spannungen. Die Hochspannungswicklung WH ist insbesondere eine Wicklung nach dem Diodensplitprinzip. Als Schalter SP sind Schalttransistoren oder MOSFETs verwendbar, wie in Hochspannungsgeneratoren von Fernsehgeräten oder Monitoren üblich. Der Hochspannungstransformator TR enthält üblicherweise noch weitere Wicklungen (W2), beispielsweise zur Erzeugung von Versorgungsspannungen.

Die von der Hochspannungswicklung WH erzeugte Hochspannung HV liegt zum einem an einer Bildröhre CRT an und ist außerdem verwendbar für eine Fokusspannung UF, die aus der Hochspannung HV über einen Fokusblock FB abgeleitet wird. Die Hochspannung HV wird üblicherweise über Kapazitäten geglättet, wozu insbesondere eine Aquadagkapazität CA der Bildröhre CRT verwendet wird. Diese wird gebildet durch eine innere und eine äußere Beschichtung um den hinteren Glasmantel der Bildröhre CRT, wobei die innere Seite, mit der Hochspannung sowie mit der Anode der Bildröhre, verbunden ist. Der äußere Belag, der üblicherweise mit Masse verbunden ist, liegt hier an einem Kondensator C1 zur Bildung eines Spannungsteilers. Über dem Mittenabgriff des kapazitiven Spannungsteilers kann daher ein schnelles Regelsignal, das proportional der Hochspannung HV ist, abgeleitet werden.

Die an dem kapazitiven Spannungsteilers abgegriffene Spannung liegt an einem Begrenzungsnetzwerk mit Impedanzwandler BI an, so daß für den Kondensator C1 ein Niederspannungskondensator, beispielsweise mit einer maximalen Spannungsbelastung von 300 V, verwendet werden kann. Als Begrenzer kann beispielsweise eine Zenerdiode oder eine Varaktordiode verwendet werden. Dem Begrenzungsnetzwerk BI folgt ein Umkehraddierer mit einstellbarem Ausgangswert AD und nachfolgend eine Resetschaltung AR, die von einer Schaltlogik SL angesteuert wird.

Die Hilfswicklung W4 liefert eine dem sekundären Flybackimpuls proportionale Spannung, die nachfolgend durch einen Spitzenwertgleichrichter und Integrator RI aufbereitet wird und einer Sample & Hold-Schaltung SH zugeführt wird. Über diese Sample & Hold-Schaltung SH wird das Signal der Hilfswicklung WH synchron zum Vertikalrücklaufimpuls VF, der an der Schaltlogik SL anliegt, abgetastet.

Durch die Hilfswicklung W4 wird hierdurch ein Signal abgegriffen, das einen statischen Regelspannungsanteil liefert und dem Wert der unbelasteten Hochspannung HV entspricht. Das von dem kapazitiven Spannungsteiler C1, C2 gelieferte Signal liefert ein Maß für die dynamische Belastung des Hochspannungstransformators TR und liefert eine schnelle Regelinformation für die Hochspannungsregelung. Beide Signale werden nachfolgend auf einen Differenzverstärker DA gegeben, dessen Ausgangsspannung die Regelspannung UR bildet. Das Signal AC kann gleichzeitig zur Ost-West-Korrektur des Bildes verwendet werden. Die Steuerung der Schaltlogik SL wird nachfolgend anhand der Fig. 3 erläutert.

Die Regelspannung UR kann beispielsweise von einer Kontrollschaltung PWM genutzt werden, die ein pulsbreitenmoduliertes Signal erzeugt, mit dem über eine Treiberstufe DR der Schalter SP angesteuert wird. Das pulsbreitenmodulierte Signal kann beispielsweise erzeugt werden durch einen Oszillator, der über einen Sägezahngenerator ein Sägezahnsignal erzeugt. Dieses und die Regelspannung UR wird auf einen Komparator gegeben, wodurch ein pulsbreitenmoduliertes Signal in Abhängigkeit der Regelspannung UR entsteht. Der Oszillator kann mit dem horizontalen Ablenksignal synchronisiert sein, dies ist jedoch nicht erforderlich.

Die in der Fig. 1 dargestellten Baugruppen sind nur beispielhaft, um die Funktion der Schaltung zu verdeutlichen. Die einzelnen Baugruppen können auch anders gruppiert sein bzw. in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sein.

In Fig. 2 ist der Verlauf der Regelspannung UR dargestellt für ein Videosignal mit einem horizontalen Weißbalken 2 zusammen mit den beiden Signalen DC und AC. Diese sind als Oszillogramme dargestellt mit einer Zeitbasis von 2 msec pro Einheit. Der Weißbalken hat hierbei eine Größe von 50% horizontal und 20% vertikal des Bildes. Der Weißbalken 2 des Videosignals 1 hat hierbei eine vertikale, zeitliche Breite von knapp 2 msec, die Auflösung der einzelnen Bildzeilen ist noch erkennbar. Das Signal DC steigt etwas an durch den Weißbalken 2, wird durch diesen aber relativ wenig beeinflußt. Das Signal AC zeigt hingegen einen starken Ausschlag, der in etwa dem Weißbalken 2 entspricht. Die Regelspannung UR, die aus der Differenz der beiden Signale DC und AC gebildet wird, ergibt hierdurch in etwa einen rechteckförmigen Impuls entsprechend der vertikalen Breite des Weißbalkens 2.

In der Fig. 3 ist das Zeitverhalten für die einzelnen Signale dargestellt. Die Zeitbasis ist hier 1 msec pro Einheit. Wie vorangehend beschrieben, liegt der Aquisitionsimpuls (Setimpuls) DCS für die Sample & Hold - Schaltung SH innerhalb des vertikalen Flybackimpulses VF. Der Rücksetzimpuls ACR für die Resetschaltung AR findet gleichzeitig mit dem Rücksetzimpuls DCS statt. Die Breite sowie das Timing dieser beiden Signale kann mittels der Schaltlogik SL eingestellt werden. Zum Vergleich hierzu ist in Fig. 3 als unterste Kurve die Regelspannung UR dargestellt. Der Vertikalrücklaufzeitbereich TF ist bei den Signalen DC und AC, Fig. 2, ebenfalls deutlich zu erkennen.

Claims (11)

1. Schaltung zur Stabilisierung einer Hochspannung (HV) für eine Bildröhre (CRT) mit einem Hochspannungstransformator (TR), der eine Primärwicklung (W1) und auf der Sekundärseite eine Hochspannungswicklung (WH) aufweist, einem Schalter (SP), der in Serie zu der Primärwicklung (W1) geschaltet ist, und mit einer Regelschleife zur Hochspannungsstabilisierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelspannung (UR) zur Ansteuerung des Schalters (Sp) aus zwei Signalen (DC, AC) abgeleitet ist, wobei das erste (DC) aus einer sekundären Hilfswicklung (W4) am Transformator (TR) abgegriffen ist und einen statischen Regelspannungsanteil liefert und das zweite (AC) von der Hochspannung (HV) abgeleitet ist und ein Maß für die dynamische Belastung des Hochspannungstransformators (TR) liefert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schaltlogik (SL) enthält, über die das erste Signal (DC) mittels eines Zeitfensters während des Zeilenrücklaufs gewonnen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswicklung (W4) ein Spitzenwertgleichrichter und Integrator (RI) und eine Abtast- und Halteschaltung (SH) nachgeschaltet ist zur Erzeugung des ersten Signals (DC).

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal (AC) über einen kapazitiven Spannungsteiler (C1, CA) von der Hochspannung (HV) abgeleitet ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kapazitäten des Spannungsteilers (C1, CA), die Aquadagkapazität (CA) der Bildröhre ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem kapazitiven Spannungsteiler (C1, CA) ein Begrenzungsnetzwerk mit Impedanzwandler (BI) und ein Umkehraddierer (AD) mit einstellbarem Ausgangswert nachgeschaltet ist.

7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein Differenzbildungsmittel (DA) aufweist, das die Regelspannung (UR) aus der Differenz der beiden Signale (DC, AC) erzeugt.

8. Schaltung nach einer der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal (AC) über eine Schaltlogik (SL) und eine Resetschaltung (AR) nach jedem Halbbild zurücksetzbar ist.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal (AC) gleichzeitig zur Ost-West- Korrektur des Bildes verwendbar ist.

10. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Kontrollschaltung (PWM) enthält mit einem Oszillator, aus dessen Ausgangssignal über einen Sägezahngenerator ein Sägezahnsignal erzeugt wird, das zusammen mit dem Regelsignal (UR) auf einen Komparator gegeben wird zur Erzeugung eines pulsbreitenmodulierten Rechteck-Signals, das der Ansteuerung des Schalters (SP) dient.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator mit dem horizontalen Ablenksignal synchronisierbar ist.