DE2504023C3 - Schutzschaltung gegen Überhöhung einer aus einer Ablenkschaltung abgeleiteten Gleichspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ableitung einer Betriebsgleichspannung aus einer Ablenkschaltung eines Fernsehempfängers, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung Maßnahmen zum Schutz gegen eine übermäßige Erhöhung der abgeleiteten Gleichspannung.

Bei Fernsehempfängern ist es allgemein bekannt (beispielsweise DE-OS 21 03 501 oder das Schaltbild »Ablenkschaltungskonzept »step 3« für Farbbildröhren A67-150X«, ausgelegen auf der Tagung der FKTG in Berlin am 9. Oktober 1973), aus der Zeilenablenkstufe durch Gleichrichtung von infolge der erzeugten Ablenksägezahnströme auftretenden Impulsspannungen Betriebsgleichspannungen für andere Teile des Empfängers abzuleiten und Regeleinrichtungen vorzusehen, mit Hilfe deren diese abgeleiteten Gleichspannungen stabilisiert werden.

In den meisten Fernsehempfängern werden die hohen Spannungen, die der Bildröhre als Fokussierungs- und Anodenspannungen zugeführt werden müssen, mittels einer Wicklung des Horizontalendtransformators erzeugt. Manche Hochspannungserzeuger neigen dazu, unter bestimmten Bedingungen, etwa bei Störungen der an der Hochspannungsregelung beteiligten Elemente oder bei hoher Netzspannung, übermäßig hohe Spannungen abzugeben. Dies kann zum Ausfall von Bauteilen führen, und es besteht gegebenenfalls auch die Gefahr einer Erzeugung möglicherweise schädlicher Röntgenstrahlung durch die Bildröhre. Durch den Hersteller werden daher im allgemeinen Maßnahmen /um Abschalten des F.mpfüngers vorgesehen, wenn die darin erzeugten Hochspannungen bestimmte Grenzen überschreiten. Solche Schutzeinrichtungen sind meist so ausgelegt, daß sie das Fernsehbild unsichtbar machen, wenn die erzeugte Hochspannung so weit ansteigt, daß übermäßige Röntgenabstrahlungen oder Beschädigungen von Bauteilen befürchtet werden müssen.

Eine derartige Schaltung ist in der DE-OS 15 12 131 beschrieben, wobei an den leitenden Außenbelag der Bildröhre ein nach Masse geführter Widerstand angeschlossen ist. Wird der Strahlstrom der Bildröhre zu groß, so fließt von der Hochspannungsquelle ein Impulsstrom über den Kondensator, welcher durch die die Innenseite des trichterförmigen Teils der Bildröhre auskleidende Anode, das Glas des trichterförmigen Teils und den leitenden Außenbelag der Röhre gebildet wird, d'irch den erwähnten Widerstand und hat dort einen Spannungsabfall zur Folge. Durch Gleichrichtung dieses Spannungsabfalls wird eine negative Regelspannung erzeugt, welche an den Wehnelt-Zylinder der kathodenseitig mit dem Videosignal angesteuerten Bildröhre gelegt wird und bei zu starkem Strahlstrom die Röhre dunkel steuert, so daß auf dem Bildschirm kein Bild mehr erscheint

Ein Unsicherheitsfaktur bei vielen dieser Einrichtungen besteht jedoch darin, daß sie vom Empfänger abgetrennt oder im Empfänger überbrückt werden können, ohne daß dadurch der normale Empfängerbetrieb beeinträchtigt v/ird. Wenn also übermäßig hohe Spannungen auftreten, dann kann es vorkommen, daß diese Schutzeinrichtungen infolge ihrer Abtrennung vom Empfänger nicht funktionieren oder daß sie zwar funktionieren, aber wegen einer Überbrückung den Empfangsbetrieb beim Auftreten abnormal hoher Spannung nicht beeinflussen. In ähnlicher Weise kann bei vielen solchen Einrichtungen ein Ausfall eigener Bauteile dazu führen, daß sie keine Warnmeldung mehr geben, wenn übermäßig hohe Spannungen vom Empfänger erzeugt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun in der Schaffung einer Schutzeinrichtung, d·-: so beschaffen ist, daß sie unter normalen Bedingungen den Betrieb des Empfängers nicht beeinflußt, andererseits aber bei Erzeugung zu hoher Spannungen mit Sicherheit die notwendige Warnung durch Abschalten des sichtbaren Bildes abgeben. Außerdem soll eine solche Warnung auch gegeben werden, wenn die Schutzeinrichtung überbrückt oder vom Empfänger abgetrennt ist oder überhaupt, wenn sie fehlerhaft arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hierdurch wird sichergestellt, daß nicht nur im Falle einer übermäßigen Spannungserhöhung, sondern auch im Falle eines Ausfalls der Schutzeinrichtung selbst die erzeugte Gleichspannung so weit herabgesetzt wird, daß der mit ihr versorgte Schaltungsteil des Empfängers die Bildwiedergabe unterdrückt, so daß der Benutzer des Gerätes auf den Fehler aufmerksam gemacht wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert.

F ι g. I zeigt teilweise in Blockform Teile eines Fernsehempfängers mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung;

Fig.2 zeigt die Strom/Spannungs-Kennlinie einer Gleichrichterschaltung in der Anordnung nach Fig. I;

F i g. 3, 4 und 5 zeigen in Schaubildern Wcllcnformcn zur Erläuterung der Arbeitsweise der in F i g. 1

gezeigten Anordnung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung synchronisiert ein auf eine Klemme Si gegebenes Horizontalsynchronsignal den Betrieb einer einen Horizontalablenkgenerator- und Verstärker aufweisenden Horizontalablenkeinheit 14, wie sie üblicherweise in Fernsehempfängern verwendet wird. Die Ablenkeinheit 14 erzeugt einen Horizontalablenkstrom, der über die beiden Anschlüsse X-X auf ein um eine Bildröhre 22 gelegtes Wicklungspaar 16 zur Horizontalablenkung gegeben wird. Die Ablenkeinheit 14 ist außerdem mit einer Primärwicklung 20a eines Horizontalendtransformators 20 gekoppelt Eine Hochspannungswicklung 20b des Horizontalendtransformators 20 ist zwischen Masse und einen Eingang eines Hochspannungsvervielfachers 26 geschaltet. Ein Ausgang des Hochspannungsvervielfachers 26 ist mit einem Hochspannungsanodenanschluß 28 der Bildröhre 22 verbunden. Die Spannungsänderungen, die an der Wicklung 20b infolge des durch die Wicklung 20a fließenden Stroms erscheinen, werden im Hochspannungsvervielfacher 2i> gleichgerichtet und vervielfacht, um der Bildröhre 22 eine hohe Beschleunigungss· annung anzulegen.

Die auf eine Klemme S₂ gegebenen Vertikalsynchronsignale synchronisieren den Betrieb einer Vertikalablenkeinheit 15, die einen Vertikalablenkgenerator und -Verstärker aufweist. Die Einheit 15 liefert über zwei Anschlüsse Y— Y Vertikalablenkstrom an ein um die Bildröhre 22 gelegtes Wicklungspaar 17 zur Vertikalablenkung.

An einer Klemme feiner Anordnung aus Video-Verarbeitungsschaltungen 30 werden Videosignale zugeführt. Von der Schaltungsanordnung 30 führen Ausgänge zu einem oder mehreren Steuergittern der Bildröhre 22, die symbolisch durch ein Steuergitter 24 dargestellt sind. Die Schaltungsanordnung 30 kann unter anderem Videoverstärkerstufen und Farbschaltungen enthalten. Die Schaltungsanordnung 30 liefert Steuerspannungen an die Kathode 23 und das Gitter 24. so daß auf der Bildröhre 27 "in sichtbares Bild entsteht, wenn richtig synchronisierte Vertikal- und Horizontal-Ablenkströme durch die Wicklungen 17 bzw. 16 fließen.

Die Betriebsgleichspannungen für die Schaltungsanordnung 30 und die Vertikalablenkeinheit 15 erhält man durch Gleichrichtung der Spannungsänderungen, die an einer Hilfswicklung des Endtransforr. ators 20 erscheinen, ähnlich wie es oben in Verbindung mit der Hochspannungserzeugung an der Wicklung 206 erläutert wurde. Hierzu ist eine Wicklung 20c des Horizontalendtransforma ors 20 zwischen Masse und eine Klemme Cgeschaltet.

Zwischen der Klemme C und einer Klemme A liegt ein Zweipol, der aus einer Gleichrichterdiode 35 und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter oder »Thvristör« 36 besteht, die antiparallel geschaltet sind. Dieser Zweipol sei vorzugsweise eine integrierte Thyristor-Gleichrichter-Srhaltung. Die Anode der Diode 35 und die Kathode des Thyristors 36 liegen an der Klemme C. und die Kathode der Diode 35 und die Anode des Thyristors 36 sind mit der Klemme A verbunden. Eine Steuerelektrode G des Thyristors 36 bleibt ohne Anschluß und braucht bei der Herstellung des hier verwendeten Thyristors/Gleichrichter-Zweipols in integrierter Bauweise nicht einmal mit einer äußeren b5 Zuleitung versehen zu werden.

Ein zwischen die Klemme A und Masse geschalteter Kondensator 40 dient zur Olättung und Speicherung des in der Wicklung 20c erzeugten und durch die Diode 35 des integrierten Thyristor/Gleichrichter-Zweipols gleichgerichteten Wechselstroms. Dieser gleichgerichtete und geglättete Strom wird von der Klemme A auf die Video-Verarbeitungsschaltungen 30 und die Vertikalablenkeinheit 15 gegeben, um diese Schaltungen mit Betriebsgleichstrom zu versorgen. In F i g. 1 ist der Horizontalendtransformator 20 als Trenntransformator dargestellt, die Erfindung kann jedoch auch mit einem Horizontalablenksystem realisiert werden, welches ein Autotransformator enthält

Es sei erwähnt daß die Hilfsleistung auch aus anderen Quellen gewonnen werden kann, an denen sich fühlen läßt, wann der Bildröhre 22 eine Überspannung angelegt wird. So ist es beispielsweise bekannt daß die Hilfsleistung bei einem thyristorgesteuerten Horizontalablenksystem, wie es z. B. in der USA-Patentschrift 34 52 244 beschrieben ist durch Gleichrichtung der an der Eingangsdrossel erscheinenden Spannungsänderungen erhalten werden kann. Die Erfindung eignet sich zur Leistungsversorgung der Video-Verar^itungsschaltungen 30 und der Vertikalablenken.neit 15 durch Gleichrichtung solcher Spannungsänderungen an der Eingangsdrossel. Durch Überwachung der Amplitude der Spannungsänderungen an der Eingangsdrosse' läßt sich bei einem solchen System erkennen, wann der Hochspannungserzeuger Überspannung liefert Während die F i g. 1 ein System veranschaulicht welches sowohl die Video-Verarbeitungsschaltungen 30 als auch die Vertikalablenkeinheit 15 versorgt, kann andererseits auch nur die eine oder die andere dieser Funktionsgruppen mit aus der Horizontalablenkung abgeleiteter Hilfsleistung versorgt werden.

Die Strom/Spannungs-Kenniinie des aus dem Gleichrichter 35 und dem Thyristor 36 bestehenden Zweipols ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schalteigenschaften von integrierten Thynstor/Gleichrichter-Schaltungen sind ausführlich in einem Aufsatz von R. W. A I d r i c h und N. H ο I ο η y a k . Jr, mit dem Titel »Two-Terminal Asymmetrical and Symmetrical Silicon Negative Resistance Switches« (siehe Journal of Applied Physics. Banrf 30, Nr. Π vom November 1959. Seiten 1819 bis 1824) und in den darin angegebenen Literaturstellen beschrieben. Sie seien jedoch an dieser Stelle kurz erläutert um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Die Strom/Spannu^s-Kurze im ersten Quadranten der grafischen Darstellung nach F i g. 2 (d. h. für positive Strom- und Spannungswerte) ist die Durchlaßkennlinie des Gleichrichters 35. Diese Durchlaßkennlinie gilt für eine Diode mit kurzer Erholungszeit, wie sie für einen Betrieb mit Horizontalablenkgeschwindigke.it geeignet ist. Die Sperrkennlinie des aus dem Gleichrichter 35 und dem Thyristor 36 bestehenden Zweipols ist ähnlich der Durchlaßkennlinie eii.es typischen Thyristors bei einem Gitter- oder Steuerstrom von annähernd Null. Der Thyristor 36 bleibt im »gesperrten« Zustand, wobei er eint'n relativ niedrigen Durchlaßstrom etwa in der Größenordnung von 10 Mikroampere führt, bis die an ihm liegende Spannung den Wer· Verne erreicht. Bei diesem Strom und bei dieser Spannung (dem sogenannten Sättigungsstrom Isit und der sogenannten Düfchbfüchsspänfiüng Vflyje) schaltet der Thyristor 36 in den durchlässigen Zustand, bei welchem er gut leitend wird und eine Durchlaßspannung Vn₆ von etwa 1 Volt an ihm abfällt. Der Thyristor 36 blf iht in diesem durchlässigen oder eingeschalteten Zustand, bis der durch ihn fließende Strom unter einen sogenannten Haltestrom Inu, abfällt.

womit der Thyristor 36 wieder in den gesperrten Zustand zurückschaltet.

Man erkennt somit, daß der aus dem Gleichrichter 35 und dem Thyristor 36 gebildete Zweipol die Spannung an der Klemme A auf einen niedrigen Wert herabsetzt, wenn die Spannung am Thyristor 36 die Durchbruchsspannung Vflcne des Thyristors überschreitet. Diese schnelle Spannungsabnahme an der Klemme A unterbricht die Zufuhr von Betriebsgleichstrom an die Video-Verarbeitungsschaltungen 30 und die Vertikalablenkeinheit IS.

Die Funktion der in F i g. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform sei nun anhand der Wellenform in den Fig. 3, 4 und 5 näher erläutert. Wenn an der Primärwicklung 20a des Horizontaltransformators ein Horizontalrücklaufimpuls erscheint, dann erscheint an der Hilfsversorgungswicklung 20c ein ähnlicher Spannungsimpuls, der ΓΠ>· V^ in F i o. 1 gP7eigt ist. Dieser Spannungsimpuls, der die Spannung an der Klemme C der Wicklung 2Ocdarstellt, wird durch den Gleichrichter 35 des aus diesem Gleichrichter und dem Thyristor 36 gebildeten Zweipols gleichgerichtet. Die gleichgerichtete und geglättete Spannung wird im Kondensator 40 gespeichert, wie es mit der Wellenform Va (der an der Klemme A erscheinenden Spannung) gezeigt ist.

Wenn mit der Entladung des Kondensators 40 ein Bciriebsgleichstrom an die Video-Verarbeitungsschaltungen 30 und die Vertikalablenkeinheit 15 gesendet wird, dann nimmt die Spannung Va ab. Wenn der nächstfolgende Rücklaufimpuls an den Wicklungen 20a und 20c erscheint und mit dem Gleichrichter 35 gleichgerichtet wird, dann lädt sich der Kondensator 40 wieder aus dem an der Wicklung 20c erscheinenden Impuls Vc auf. Wie die F i g. 3 zeigt, kommt es während des Normalbetriebs der Horizontalablenkeinheit zu keiner Zeit vor, daß die gesamte Spannungsdifferenz Vac zwischen Vr (d. h. der Spannung an der Klemme C bezüglich Masse) und Va (d. h. der Spannung an der Klemme A bezüglich Masse) die Durchbruchsspannung Vac« des Thyristors 36 überschreitet. Da die an der Wicklung 2OC erzeugte Spannung und somit auch die Spannung zwischen den Klemmen A-C in direkter Beziehung zu der an den Wicklungen 20a und 20b erzeugten Spannungen steht, zeigt ein Leitendwerden des Thyristors 36 an, wann die erzeugte Hochspannung an der Wicklung 20b die Grenzen für den Normalbetrieb überschreitet.

Die Spannung, bei welcher der Thyristor 36 in seinen Zustand hoher Durchlässigkeit übergeht, d. h. bei welcher der Thyristor »einschaltet«, ist ein Parameter, der sich bei der Herstellung des Thyristors einstellen läßt. Wie die Fig.4 zeigt, ist der Thyristor auf eine solche Durchbruchsspannung Vacm eingestellt, daß diese Spannung V_Bo36 erreicht wird und der Thyristor 36 in seinen gut leitenden Zustand übergeht, wenn die an der Wicklung 20b erscheinende Spannung, d. h. die Differenzspannung zwischen Va und Vc gemäß Fig. 4 übermäßig hoch wird. Der Fall ist beim Zeitpunkt I₀ in F i g. 4 dargestellt. Die Folge ist, daß die Spannung an der Klemme A auf einen niedrigen Wert absinkt, womit die Zufuhr von Betriebsgleichstrom an die Video-Verarbeitungsschaltungen 30 und die Vertikalablenkeinheit 15 unterbrochen wird. Hierdurch verschwindet das mit der Bildröhre dargestellte Bild, was dem Zuschauer anzeigt, dsß der Hochspannungsgenerator im Empfänger fehlerhaft arbeitet und einer Wartung bedarf.

Die Fig.5 zeigt den Spannungsverlauf an den Klemmen A und Cder F i g. 1 für den Fall, daß nach dem erstmaligen Erreichen der Durchbruchsspannung Vgou (vergl. Fig.4) die Spannung an der Wicklung 20b und somit auch an der Wicklung 20c während der nachfolgenden Perioden der Horizontalablenkung weiterhin übermäßig hoch ist. Nachdem der Wert Vgox einmal erreicht worden ist, bleibt der Thyristor 36 in seinem gut leitenden Zustand, bis der durch ihn fließende Strom unter den Haltestrom Ihm* sinkt, wie e< in F i g. 2 gezeigt ist.

ίο Nachdem also an der Wicklung 20b zum ersten Ma eine Überspannung aufgetreten ist und die übermäßige Spannung weiterhin erzeugt wird, bleibt die Spannung an der Klemme A des Horizontalablenkintervall« weiterhin auf etwa dem Wert der Spannung an dei

Klemme C. bis die Überspannung beseitigt ist. Wie die F i g. 5 zeigt, steigt die Spannung Va an der Klemme A mit der Impulsspannung Vc an der Klemme C, wie sie der Gleichrichter 35 gleichrichtet und im Kondensatoi 40 speichert. Wenn die Spannung V_Ac zwischen der Klemmen A und C den Wert Vgcm erreicht, wird dei Thyristor J6 leitend und läßt die Spannung an dei Klemme A auf einen Wert abfallen, der etwa dei Spannung an der Klemme Centspricht.

Wenn der Thyristor 36 ein langsamschaltende!

Element ist, dann wird er zwischen den Rücklaufimpulsen Vc nicht in den gesperrten Zustand übergehen. Ir diesem F"ll bleibt die Spannung Va vom Zeitpunkt de; ersten Erscheinens der Überspannung bis zur Korrektui der Überspannungsbedingung auf etwa dem Wert füi Vr. Unabhängig davon, ob der Thyristor 36 während de; Abtastintervalls in den nichtleitenden Zustand umschal tet oder nicht, in jedem Fall bleibt das Bild auf dei Bildröhre unsichtbar, bis die Bedingung, die zu einei übermäßigen Spannung an den Wicklungen 20b und 20( geführt hatte, beseitigt ist.

Da die aus der Diode 35 und dem Thyristor/Gleich richter-Schaltung ein Zweipol ist, ist es unmöglich, diesf Schaltung durch ihre Abtrennung vom Empfänger odei ihrer Überbrückung aus ihrer aktiven elektrischer Verbindung zu nehmen. In keinem dieser Fälle würdf der Empfänger noch ein sichtbares Bild erzeuger können, da der Klemme A keine gleichgerichtet« Spannung mehr angelegt werden würde, um der Video-Verarbeitungsschaltungen 30 oder die Vertikale blenkeinheit 15 zu betreiben.

Wenn anstelle der Elemente 35 und 36 ein« integrierte Thyristor-Gleichrichter-Schaltung verwen det, dann wird in ähnlicher Weise das Bild unsichtbar sobald diese Schaltung selbst fehlerhaft arbeitet. Da di<

so Elemente 35 und 36 in einer integrierten Scha'^jnf gemeinsame Übergangszonen haben würden, könnt« der Thyristor 36 nicht kurzgeschlossen oder offen sein wenn nicht mit dem Gleichrichter 35 dasselbe geschieh! Man erkennt somit, daß bei Verwendung eine:

integrierten Schaltung für die Funktionen des Gleich richters 35 und des Thyristors 36 ein kurzgeschlossene Thyristor 36 dazu führt, daß an der Klemme A di< Wellenform Vc eier F i g. 3 erscheint. Da die Spannunj an der Klemme A nicht gleichgerichtet ist und für einei großen Teil jedes Horizontalablenkzyklus keine positi ve Betriebsgleichspannung für die Video-Verarbei tungsschaltungen 30 oder die Vertikalablenkeinheit i; zur Verfügung steht, wird das Bild durch di< resultierenden Störungen unsichtbar.

Wenn andererseits der Thyristor 36 in der integrier ten Thyristor-Gleichrichter-Schaltung den Schadei einer offenen Stelle hat, dann bildet auch de Gleichrichter 35 einen offenen Stromkreis und dei

Schaltungen 30 dew. 15 wird kein Betriebsgleichstrom zugeführt, so daß auch kein Bild erzeugt wird. Das gleiche gilt auch für den Fall, daß die Hilfswicklung 20c kurzgeschlossen ist oder eine offene Stelle hat, wie es bei einer Funktionsstörung vorkommen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche.·

1. Schutzschaltung gegen Überhöhung einer aus einer Ablenkschaltung abgeleiteten Betriebsgleichspannung für einen die Bildwiedergabe bestimmenden Schaltungsteil eines Fernsehempfängers mit einem an die Ablenkschaltung angeschlossenen Gleichrichter und einer bei einer Erhöhung der abgeleiteten Gleichspannung diese zur Unterdrükkung der Bildwiedergabe herabsetzenden Schaltungsanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Gleichrichter (3S) ein mit diesem zu einer Baueinheit zusammengefaßter, spannungsgesteuerter Schalter (36) liegt, der bei Überschreiten eines vorbestimmten Spannungswertes (Vbox>) der gleichzurichtenden Spannung in den leitenden Zustand geschaltet wird, so daß die Betriebsgleichspannung für die Bildwiedergabe auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem der die Bildwiedergabe bestimmend«. Schaltungsteil (30) nicht mehr arbeitet.

2 Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Schalter (36) ein Thyristor ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (36) in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Gleichrichter (35) zusammengebaut ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (36) und der Gleichrichter (35) in einer einzigen integrierten Schaltung zusammengefaßt sind.