DE2818903A1

DE2818903A1 - Vorrichtung zur erzeugung hoher gleichspannungen

Info

Publication number: DE2818903A1
Application number: DE19782818903
Authority: DE
Inventors: Walter Baumann; Paul Dr Petrick
Original assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Current assignee: ROEDERSTEIN KONDENSATOREN; Ernst Roederstein Spezialfabrik fuer Kondensatoren GmbH
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1979-11-08
Also published as: DE2818903C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung hoher
Gleichspannungen aus Wechsel- oder Impulsspannungen, insbesondere für Fernsehgeräte, bestehend aus einem Transformator mit einer Primärwicklung und einer mit Gleichrichterdioden zu einer Vervielfachereinheit zusammengefaßten Sekundärwicklung, wobei die Kapazitäten der Vervielfachereinheit von den Lagenkapazitäten der Sekundärwicklung gebildet sind.
Es ist bekannt, hohe Gleichspannungen aus Wechsel- bzw. Impulsspannungen mittels eines Hochspannungstransformators mit mehreren in Reihe liegenden Dioden und Kapazitäten zu erzeugen, wobei die von der gleichgerichteten Spannung aufgeladenen Kapazitäten nicht als separate Bauelemente vorgesehen sind, sondern vielmehr die Kapazitäten zwischen den einzelnen, konzentrisch ineinander liegenden Lagen von Drahtwindungen ausgenutzt werden.
Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Anordnung die Kontaktierung der vorher von der Isolation zu befreienden dünnen Drähte mit den Anschlußdrähten der Dioden Schwierigkeiten bereitet, ist nachteilig, daß es große Probleme bereitet, die Hochspannungswicklungen des Transformators so auszuführen, daß möglichst gleichmäßige und übereinstimmende Kapazitäten entstehen. Sind die Kapazitäten jedoch nicht im wesentlichen gleich, so resultiert aus den unterschiedlichen Kapazitäten auch eine unterschiedliche Spannungsbelastung der einzelnen Teilkapazitäten, was zur Folge hat, daß die Ausgangsleistung eines derartigen Transformators sehr stark streut.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend erwähnten Mängel zu beseitigen und demgemäß eine einfach zu fertigende, definiert vorgebbare Betriebsdaten besitzende und betriebssichere Vorrichtung zur Hochspannungserzeugung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Sekundärwicklung aus mehreren scheibenförmigen Einzelwickeln besteht, die unter Zwischenschaltung der Gleichrichterdioden nebeneinander auf einem Schenkel des Transformatorkernes angeordnet sind.
Durch die Abkehr von der Verwendung konzentrisch ineinander liegender Wicklungslagen und den Übergang zu scheibenförmigen, auf dem Transformatorkern stapelartig angeordneten Einzelwickeln werden nicht nur fertigungstechnische Vorteile erreicht, sondern es werden weitestgehend übereinstimmende Kapazitäten erhalten, die zu einer gleichmäßigen Spannungsbelastung führen und es ermöglichen, derartige Vorrichtungen zur Erzeugung hoher Gleichspannungen mit jeweils im wesentlichen gleichen Ausgangsleistungen herzustellen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die scheibenförmigen Einzelwickel aus dünnen Metallfolien mit Zwischenlagen aus dünnem Isoliermaterial, insbesondere in Form dünner Kunststoffolien.
Einzelwickel dieser Art können sehr genau hergestellt werden, und sie erbringen die weiteren Vorteile, daß ihr Widerstand aufgrund der Verwendung von Metallfolien mit gegenüber einem Draht größerem Querschnitt niedriger liegt, damit der Innenwiderstand günstig beeinflußt wird und vor allem durch entsprechende Einstellung bzw. Korrektur der Position der einzelnen Wickel die in Serie liegenden Teilkapazitäten besonders genau und gleichmäßig vorgegeben werden können.
Die Metallfolien bestehen dabei bevorzugt aus Aluminium mit einer Stärke von 4 bis 10 /UI während die Kunststoffolien eine Stärke von etwa 1,5 bis 10/u aufweisen.
Ferner sind in den scheibenförmigen Einzelwickeln die Kunststofffolien breiter als die Metallfolien, wodurch sich die vorteilhafte Möglichkeit ergibt, die scheibenförmigen Einzelwickel unmittelbar aneinandergrenzend auf dem Schenkel des Transformators anzuordnen und dabei die über die Metallfolie seitlich überstehenden Randbereiche der Kunststoffolie als Kapazitätsdielektrikum auszunutzen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Einzelwickel problemfrei am Wickelanfang und am Wickelende mit Drähten kontaktierbar sind, deren Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der Diodendrähte entspricht, so daß ein problemfreies Verlöten bzw. Verschweißen dieser Anschlußdrähte mit den Diodendrähten möglich wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest je ein Anschlußdraht der Dioden zur Kontaktierung unmittelbar in einen Einzelwickel eingewickelt. Die Anschlüsse können generell entweder von Anfang zu Anfang, von Anfang zu Ende oder von Ende zu Anfang der nächsten Wicklung geführt werden.
Es ist ferner zweckmäßig, in die aus gestapelten Einzelwickeln mit zwischengeschalteten Dioden aufgebaute Vervielfachereinheit bereits einen Schutzwiderstand zu integrieren.
Um der Gesamtanordnung die erwünschte Unempfindlichkeit und Kompaktheit zu verleihen, wird die Vervielfachereinheit vorzugsweise mit Kunstharz umgossen oder in einem Becher mit einem wärmeleitenden und flammwidrigen Umhüllmaterial vergossen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Hochspannungserzeugung gemäß Stand der Technik, Fig. 2 eine schematische Detaildarstellung der bei der Vorrichtung nach Fig 1 verwendete Hochspannungswicklung, Fig. 3 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 4 eine schematische Darstellung eines scheibenförmigen Einzelwickels nach der Erfindung im Schnitt und in Stirnansicht, und Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Hochspannungserzeugung nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Hochspannungstransformator mit einem Kern 1, einer Primärwicklung 2 und einer Hochspannungswicklung 3, die unter Ausnutzung der zwischen den einzelnen Windungslagen vorhandenen Kapazitäten und durch eine Reihenschaltung der einzelnen Windungslagen mit Gleichrichterdioden D1, D2,D3, D4 als Vervielfachereinheit ausgebildet ist.
Bei dieser bekannten Vervielfachereinheit liegen die einzelnen, auf einen rohrförmigen Kern 4 gewickelten Windungslagen L1, L2, L3, L4 konzentrisch ineinander, wobei diese Lagen aus sehr dünnen isolierten Kupferdrähten mit einem Durchmesser von beispielsweise 40 bis 50 /u bestehen.
In Fig. 3 ist zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 das elektrische Prinzipschaltbild dargestellt.
Wie dieses Prinzipschaltbild erkennen läßt, müssen zwischen die einzelnen Teilwicklungen L1, L2, L3 und L4 Gleichrichterdioden D1, D2, D3, D4 geschaltet werden, um ein Aufladen der von den Windungslagen gebildeten Kapazitäten zu ermöglichen.
Das Anbringen dieser Dioden stellt bei der bekannten Ausführungsform eines Hochspannungserzeugers ein gravierendes Problem dar, da es schwierig ist, den vorher abzuisolierenden dünnen Wicklungsdraht mit den Diodenanschlüssen zu verlöten.
Außerdem ist verständlich, daß es bei der bekannten Anordnung Schwierigkeiten bereiten muß, die einzelnen Lagen L1 bis L4 der Hochspannungswicklung so auszubilden, daß möglichst gleichmäßige und übereinstimmende Kapazitäten entstehen.
Im Falle von Abweichungen in diesen Teilkapazitäten tritt eine stark unterschiedliche Spannungsbelastung der einzelnen Teilkapazitäten auf, wodurch die zu fordernde Zuverlässigkeit und Störungsfreiheit nicht mehr gewährleistet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird das Prinzip der Verwendung konzentrisch ineinanderliegender Windungslagen verlassen und dazu übergegangen, scheibenförmige Einzelwickel aus dünner Metallfolie mit Zwischenlagen aus Isoliermaterial zu verwenden und diese Einzelwickel stapelförmig auf einem Schenkel des Transformatorkerns anzuordnen.
Fig. 4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines derartigen scheibenförmigen Einzelwickels, wobei in der schematischen Schnittansicht zu sehen ist, daß die dünne Metallfolie 5 zusammen mit der bevorzugt aus einer Kunststoffolie bestehenden Isolierfolie 6 auf ein Kernrohr 4 gewickelt und dabei mit Anschlüssen 7 und 8 am Anfang und am Ende der Wicklung versehen wird. Der fertige Scheibenwickel 9 ist ebenfalls in Fig. 4 gezeigt, wobei auch die Lage der Anschlußdrähte 7, 8 angedeutet ist.
Nach Fig. 5 werden mehrere derartige Scheibenwickel 9 in Form eines Stapels auf einen Schenkel des Trafokerns 1 aufgebracht, wobei unter Verwendung der bereits bei der Fertigung der Scheibenwickel vorgesehenen Anschlüsse 7, 8 ein problemfreies Anschließen der Dioden D1, D2, D3, D4 möglich ist. Bei der praktischen Ausführung einer solchen Vervielfachereinheit werden die bevorzugt aus Siliciumdioden bestehenden Dioden nicht in den Bereichen zwischen den einzelnen Scheibenwickeln 9, sondern vielmehr außerhalb dieser Wicklungen angeordnet, da diese einzelnen Scheibenwicklungen 9 dicht aneinander angeordnet werden, um möglichst hohe Teilkapazitäten zu erhalten. Dabei ist vorteilhaft, daß - wie Fig. 4 zeigt -die Isolierfolien 6 seitlich über die Metallfolie 5 vorstehen, so daß bei einer stapelförmigen Anordnung dieser Scheibenwickel die Randbereiche der Isolierfolie 6 gleichzeitig die Funktion des Dielektrikums der Teilkondensatoren übernehmen.
Der Erhalt gleichförmiger Teilkapazitäten wird durch die Erfindung auch deshalb wesentlich erleichtert, weil durch entsprechende Korrektur der Position der einzelnen Scheibenwrklungen die einzelnen Teilkapazitäten mit relativ großer Genauigkeit vorgegeben werden können.
Günstig ist auch, daß bei einem Fehler in einer der übereinanderliegenden Scheibenwicklungen nicht die gesamte Vervielfachereinheit unbrauchbar wird, sondern lediglich die in einem Prüfvorgang ermittelbare defekte Scheibenwicklung ersetzt werden muß.
Die Vervielfachereinheit nach Fig. 5 kann im Zuge ihrer Fertigstellung und ggf. nach Einbau eines Schutzwiderstandes in einer Form mit Kunstharz umgossen oder in einem Becher mit einem gut wärmeleitenden und flammwidrigen Umhüllmaterial vergossen werden, so daß eine robuste, betriebssichere und einen stabilen Hochspannungsausgang gewährleistende Gesamtanordnung erhalten wird.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung hoher Gleichspannungen Patentansprüche S Vorrichtung zur Erzeugung hoher Gleichspannungen aus Wechsel- oder Impulsspannungen, insbesondere für Fernsehgeräte, bestehend aus einem Transformator mit einer Primärwicklung und einer mit Gleichrichterdioden zu einer Vervielfachereinheit zusammengefaßten Sekundärwicklung, wobei die Kapazitäten der Vervielfachereinheit von den Lagenkapazitäten der Sekundärwicklung gebildet sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sekundärwicklung aus mehreren scheibenförmigen Einzelwickeln (9) besteht, die unter Zwischenschaltung der Gleichrichterdioden (D1-D4) nebeneinander auf einem Schenkel des Transformatorkernes (1) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die scheibenförmigen Einzelwickel (9) aus dünnen Metallfolien (5) mit Zwischenlagen (6) aus dünnem Isoliermaterial bestehen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Zwischenlagen (6) aus dünr,en Kunststofffolien, insbesondere Polyester-, Polypropylen- oder Polykarbonat folien bestehen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kunststoffolien (6) breiter sind als die Metallfolien (5).
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die scheibenförmigen Einzelwickel (9) unter Zwischenschaltung eines das Kapazitätsdielektrikum bildenden Isoliermaterials aneinandergrenzend in Form eines Stapels auf dem Schenkel des Transformatorkerns (1) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die scheibenförmigen Einzelwickel (9) unmittelbar aneinandergrenzend auf dem Schenkel des Transformatorkerns (1) angeordnet sind und dabei die über die Metallfolie (5) überstehenden Randbereiche der Kunststoffolien (6) das Kapazitätsdielektrikum bilden.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Metall- und Kunststoffolien jeweils auf einen auf den Transformatorschenkel (1) aufschiebbaren Trägerkern (4) gewickelt sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einzelwickel (9) am Wickelanfang und am Wickelende mit Drähten (7, 8) kontaktiert sind, deren Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der Diodendrähte im wesentlichen entspricht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest je ein Anschlußdraht der Dioden (D1-D4) zur Kontaktierung unmittelbar in einen Einzelwickel (9) eingewickelt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dioden (D1-D4) außerhalb der dicht aneinander liegenden Einzelwickel (9) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in die aus gestapelten Einzelwickeln (9) mit zwischengeschalteten Dioden (D1-D4) aufgebaute Vervielfachereinheit ein Schutzwiderstand integriert ist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vervielfachereinheit mit Kunstharz umgossen oder in einem Becher mit einem wärmeleitenden und flammwidrigen Umhüllmaterial vergossen ist.