DE3003321A1

DE3003321A1 - Ferroresonanz-stromversorgungseinrichtung fuer eine ablenk- und hochspannungsschaltung eines fernsehempfaengers

Info

Publication number: DE3003321A1
Application number: DE19803003321
Authority: DE
Inventors: Frank Starr Wendt
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1980-01-30
Publication date: 1980-07-31
Also published as: SE8000548L; HK26784A; PL221592A1; ZA80460B; FI800193A; JPS6028471B2; KR830002465A; NZ192740A; BE881414A; FR2448267A1; ATA45980A; DE3003321C2; IT8019347A0; DK37680A; FI70355B; GB2041668A; MY8500288A; PL125454B1; AU5486180A; FI70355C

Description

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RCA 69827

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung eines Fernsehempfängers

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den Ablenk- und Hochspannungs-Stromversorgungseinrichtungen für Fernsehempfänger wird die gewöhnlich mit B+ bezeichnete Betriebsspannung für die Ablenkschaltungen und die Bildröhrenhochspannung gewöhnlich auf zwei verschiedene Arten erzeugt. Die B+Spannung wird durch Gleichrichten und Glätten aus der Netzwechsel spannung gewonnen, während die Bildröhrenhochspannung durch Gleichrichtung von Rücklaufimpulsen von einem Horizontalausgangs- oder Zeilentransformator erzeugt wird.

™ Bei einer solchen Anordnung werden also zwei relativ unabhängige und kostspielige Stromversorgungseinrichtungen benötigt.

Um die Hochspannung zu stabilisieren wird entweder diese selbst geregelt oder die B+Spannung wird geregelt, typischerweise durch ver-

° hältnismäßig komplizierte elektronische Reihenschaltregler oder Parallel reg!er. Schaltungen dieser Art sind jedoch verhältnismäßig teuer und anfällig für Störungen, welche zusätzliche Schutzschaltungen

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erforderlich machen, die den Fernsehempfänger bei einem anomalen Ansteigen der Hochspannung abschalten.

Viele Fernsehempfänger enthalten Schaltungen, die die Rasterbreite unabhängig von Schwankungen des Bildröhrenstromes konstant halten. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß man die B+Rasterspannung im Gleichlauf mit den Änderungen der Bildröhrenhochspannung so ändert, daß die Rasterbreite und damit die Bildgröße konstant bleiben, auch wenn sich die Bildröhrenhochspannung ändert'. Die Änderung der B+Spannung wird typischerweise durch einen Reihenwiderstand, der mit der Primärwicklung des Zeilentransformators galvanisch gekoppelt ist, oder durch Verwendung einer zusätzlichen B+Regelschaltung bewirkt, die auf die Änderungen des Strahl Stroms anspricht und die B+Spannung entsprechend steuert. Bei der ersterwähnten Schaltung kann eine unerwünschte Verlustleistung im Reihenwiderstand auftreten, während die als zweites erwähnte Schaltung zusätzlichen Schaltungsaufwand und zusätzliche Kosten verursacht.

Es sind auch B+Regler bekannt, die einen regelnden Netztransformator enthalten, wie einen 60 Hz-Ferroresonanztransformator, um eine geregelte B+Spannung zu erzeugen. Wegen der relativ niedrigen Netzfrequenz wird hierfür ein verhältnismäßig großer und schwerer Transformator benötigt. Außerdem muß für die Erzeugung der Hochspannung dann noch ein eigener, relativ großer Zeilentransformator, der für die benötigte Leistung bemessen ist, vorgesehen werden.

Bei anderen Regel schaltungen für Fernsehempfänger ist es bekannt, die Hochspannung mittels eines Rücklaufimpulstransformators zu erzeugen, der selbst mit Ferroresonanz arbeitet. Der Transformator hat eine Primärwicklung, auf die Rücklaufimpulse gekoppelt werden, und eine Hochspannungswicklung für die Bildröhrenhochspannung, die auf eine gewünschte Frequenz abgestimmt wird. Da die B+Spannung eigens erzeugt wird, z.B. durch ein Netzteil, muß für sie eine eigene Regelschaltung vorgesehen werden, wenn sie stabilisiert sein soll. Wenn die B+Span-

^ÖD nung nicht stabilisiert wird, sind im allgemeinen andere Schaltungen erforderlich, um die Rasterbreite konstant zu halten.

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Bei vielen typischen, durch Rücklaufimpulse gespeisten Hochspannungsschaltungen des Standes der Technik ist der Spitzenwert der erzeugten Hochspannung wesentlich kleiner als die erforderliche Bildröhrenhochspannung, um die Anzahl der Windungen der Hochspannungswicklung nicht zu groß werden zu lass.en. Die Spannung wird dann durch einen Hochspannungsvervielfacher auf den erforderlichen Wert gebracht. Bei vielen Spannungsvervielfachern werden beide Polaritäten der Eingangswechsel spannung ausgenutzt und es ist dann wünschenswert, die Spannungsvervielfacherschaltung mit einer Wechselspannung zu speisen, bei der die Amplituden der positiven und negativen Teile möglichst gleich sind. Wenn die Amplituden der einen Polarität wesentlich kleiner sind als die der anderen, tragen die während der einen Polarität arbeitenden Kondensatoren und Dioden nur sehr wenig zur Ausgangsspannung bei. Dies ist auch der Fall, wenn die Rücklaufimpulse zur Speisung einer Spannungsvervielfacherschaltung verwendet werden. Bei der Speisung einer Spannungsverviel facherschaltung mit Rücklaufimpulsen kleinen Tastverhältnisses (kleinen Stromflußwinkels) wird eine Spannungsversechsfacherschaltung mit sechs Dioden und sechs Kondensatoren benötigt, um die

Eingangsspannung um den Faktor 3 zu erhöhen. 20

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung eines Fernsehempfängers anzugeben, die einen geringeren Schaltungsaufwand erfordert und insgesamt bessere Betriebseigenschaften hat als vergleichbare bekannte Stromversorgungseinrichtungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Stromversorgungseinrichtung gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Stromversorgungseinrichtung gemäß der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung eines Fernsehempfängers mit einer Wechselspannungsquelle und einem Resonanztransformator. Dieser hat einen Magnetkern, eine mit der Wechselspannungsquelle gekoppelte erste Wicklung und eine

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um einen Teil des Magnetkerns gewickelte sowie mit einer Hochspannungsklenime gekoppelte Hochspannungswicklung zum Erzeugen einer Hochspannung. Um den erwähnten Teil des Magnetkernes ist ferner eine zweite Wicklung gewickelt, die mit einer Ablenkversorgungsspannungsklemme für eine Ablenkversorgungsspannung gekoppelt ist. Mindestens eine Wicklung des Ferroresonanztransformators ist mit einer Anordnung genügender Kapazität gekoppelt, so daß kreisende oder Resonanzströme entstehen, die die Kernteile unter der Hochspannungswicklung und der zweiten Wicklung während jedes Zyklus der Wechselspannung sättigen. Hierdurch werden die Hochspannung und die Ablenkversorgungsspannung stabilisiert oder geregelt. Ein Ablenkschalter ist mit einer Ablenkwicklung gekoppelt, um Hinlauf- und Rücklaufintervalle für jeden Ablenkzyklus zu erzeugen. Mit der Ablenkwicklung ist eine Ablenkspannungsquelle gekoppelt, um in der Ablenkwicklung einen Ablenkstrom zu erzeugen. Die geregelte Ablenkversorgungsspannung ist über eine erste Anordnung mit der Ablenkspannungsquelle gekoppelt. Die Bildröhrenhochspannung ist an einer Bildröhrenhochspannungskleinme abnehmbar. Eine Hochspannungsanordnung ist mit der Hochspannungsklemme und mit der Bildröhrenhochspannungsklemme gekoppelt, um die Bildröhrenhochspannung aus der geregelten Hochspannung zu erzeugen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung;

Fig. 2 eine Kern- und Wicklungsanordnung eines Hochfrequenz-Ferro-

resonanztransformators für die Schaltungsanordnung gemäß 30

Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt in einer Ebene 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 einen anderen Kern für den Transformator gemäß Fig. 2; und

Fig. 5 Diagramme von Spannungen und Strömen, die beim Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 1 in dieser auftreten.

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Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 hat zwei Netzklemmen 21 und 22, über die eine Netzwechsel spannung von z.B. 120 V₉ 60 Hz, zwei Eingangsklemmen 23 und 24 einer Vollweg-Gleichrichterbrücke 25 zugeführt wird. Zwischen den Klemmen 21 und 23 ist ein Strombegrenzungswiderstand 30 geschaltet. An einer nicht geerdeten Ausgangskiemme 26 der Gleichrichterbrücke entsteht eine Gleichspannung von z.B. 150 V, die durch einen Kondensator 27 geglättet wird, der zwischen die Klemme 26 und eine Klemme 28 geschaltet ist, die mit einem galvanisch nicht vom Netz getrennten Masseanschluß verbunden ist. Mit der +150 V führenden Klemme 26 ist ein Anschluß eines Widerstandes 29 gekoppelt, dessen anderer Anschluß mit einer Kathode einer Zenerdiode 33 verbunden ist, deren Anode an Masse liegt. An einer mit der Kathode der Zenerdiode 33 verbundenen Klemme 32 steht eine niedrige Gleichspannung von z.B. +20 V zur Verfugung.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist ferner ein Hochfrequenz-Rechteckschwingungs-Leistungsoszillator 35 vorgesehen, der einen Sinusoszillator 36, eine Gegentaktstufe 37, die die Schwingungen rechteckig macht, und eine Leistungsendstufe 38 enthält. Der Sinusoszillator 36 ist selbstschwingend und enthält einen Transistor 39, dessen Kollektorelektrode mit einem LC-Tankresonanzkreis 45 gekoppelt ist, welcher einen Kondensator 40 und eine Wicklung 41a eines Kopplungstransformators 41 enthält. Dem Transistor 39 wird eine Kollektorspannung von der +20 V führenden Klemme 32 über einen Widerstand 42 und einen Abgriff 48 der Wicklung 41a zugeführt. Mit dem Abgriff 48 ist ein Ableitkondensator 43 gekoppelt. Der Widerstand 42 setzt die Spannung von 20 V auf 17 V herab und der Kondensator 43 verringert die Welligkeit der gleichgerichteten Eingangsspannung. Damit der Oszillator schwingt, ist eine Wechsel Spannungsrückkopplung vom Tankkreis 45 zur Basiselektrode des Transistors 39 über einen Kondensator 44 vorgesehen. Die Basis ist mit einer Gleichspannung vorgespannt, die durch einen Spannungsteiler aus Widerständen 46 und 47 erzeugt wird, welche zwischen den Widerstand 42 und Masse geschaltet sind.

*" Der Oszillator 36 erzeugt eine relativ hochfrequente sinusförmige Spannung in der Wicklung 41 a„ Die Resonanzfrequenz des Parallelresonanz- oder Tankkreises 45 wird beispielsweise etwa gleich der Zeilenfrequenz 1/T_H von etwa 15,75 kHz gewählt. Der Oszillator 36 hat ferner eine

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Synchronisierungseingangsklemme 69, der Zeilenrücklaufimpulse 67 von einem Versorgungs- oder Norm-Rücklauftransformator 68, der gegebenenfalls einfach sein kann, zugeführt werden. Von der Klemme 69 werden die Rück!aufimpulse 67 wechsel spannungsmäßig über einen Kondensator und einen Widerstand 71 eines diesen Widerstand und einen Widerstand 72 enthaltenden Spannungsteilers auf den Emitter des Transistors 39 gekoppelt. Die Rücklaufimpulse 67 synchronisieren die Frequenz des Oszillators 36 mit der Zeilenfrequenz, indem sie den Transistor 39 während der Zeilenrücklaufintervalle sperren.

Die hochfrequente sinusförmige Spannung in der Wicklung 41a des Oszillators 36 wird über eine Wicklung 41b des Transformators 41 und Widerstände 51 bzw. 52 auf die Basiselektroden von Gegentakttransistoren 49 bzw. 50 gekoppelt. Die Wicklung 41b hat einen Mittelabgriff, der an Masse liegt. Die Gegentaktstufe 37 wandelt die vom Oszillator 36 erzeugte sinusförmige Spannung in eine Rechteckspannung der gleichen Frequenz um. Die Rechteckspannung eignet sich besser als eine Sinusspannung für die Ansteuerung der Leistungsendstufe 38.

Die durch die Gegentaktstufe 37 erzeugte hochfrequente Rechteckspannung wird von einer Wicklung 53a eines Kopplungstransformators 53 über eine Wicklung 53b dieses Transformators und entsprechende Widerstände 56 und 57 den Basiselektroden von im Gegentakt geschalteten Leistungstransistoren 54 und 55 zugeführt. Zwischen einen Mittelabgriff der Wicklung 53b und einen gemeinsamen Anschlußpunkt für die Emitter der Transistoren 54 und 55 ist eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 58 und einem Kondensator 59 geschaltet. Der Widerstand 58 und der Kondensator 59 erzeugen eine negative Vorspannung an den Basen der Leistungstransistoren der Endstufe. Zwischen die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode des Transistors 54 ist eine Diode 60 gekoppelt, deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 54 verbunden ist. In entsprechender Weise ist zwischen die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode des Transistors 55 eine Diode 61 geschaltet, deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 55 gekoppelt ist. Die Dioden 60 und 61 dienen zur Begrenzung des Spitzenwertes von unerwünschten Spannungsspitzen, die die Transistoren beschädigen könnten.

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Die Leistungsendstufe 38 liefert an Ausgangsklemmen 62 und 63_S die mit der Kollektorelektrode des Transistors 54 bzw. 55 verbunden sind, eine verhältnismäßig hochfrequente, rechteckförmige Wechselspannung 64. Die Wechselspannung 64 dient als ungeregelte Energie oder Erregungsspannung zur Speisung eines Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformators 65. An die Ausgangsklemmen 62 und 63 der Endstufe 38 ist eine Eingangsoder Primärwicklung 65a des Transformators 65 gekoppelt. Die Speisespannung für die Endstufe 38 ist die ungeregelte Gleichspannung von z.B. +150 V an der Klemme 26, die einem Mittelabgriff 66 der Primärwicklung 65a zugeführt wird.

Der Regel- oder Resonanztransformator 65 enthält außer der Primärwicklung 65a eine Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b, eine Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c und einen Magnetkern 165. Wie Fig. 2 zeigt, kann der Magnetkern 165 zwei Kernteile 165a und 165b enthalten. Das Kernteil 165a ist etwa C-förmig. Das Kernteil 165b ist eine verhältnismäßig dünne, rechteckige, streifenförmige Platte aus Magnetmaterial mit einem verhältnismäßig großen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Primärwicklung 65a um den mittleren Abschnitt des C-förmigen Kernteils 165a gewickelt. Die Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b ist um den streifenförmigen Magnetkernteil 165b gewickelt. Die Hochspannungswicklung 65c ist konzentrisch auf die Niederspannungswicklung 65b gewickelt. Die Sekundärwicklungen 65b und 65c können jeweils lagenweise auf zylindrische Spulenkörper 265b bzw. 265c gewickelt sein. Man kann stattdessen auch andere Wicklungsanordnungen verwenden, z.B. kann die Hochspannungswicklung 65c lagenweise direkt auf die Niederspannungswicklung 65b gewickelt sein. Ferner kann man segmentierte Pi-Wicklungen für die Niederspannungsund Hochspannungswicklungen verwenden. Alternativ kann, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, ein rechteckiger Magnetkern 165 verwendet werden, der aus zwei C-förmigen Kernteilen 765 und 865 besteht, deren Schenkel stumpf aneinanderstoßen, wobei die einen Schenkel 765a und 865a der beiden C-förmigen Kernteile eine wesentlich geringere QuerschnittsfTäche haben als der Rest der Kernteile. Die Niederspannungswicklung 65b und die Hochspannungswicklung 65c, die in Fig. 4 nicht dargestellt sind, werden dann ganz entsprechend wie in Fig. 2 konzentrisch um die Schenkel 765a und 865a gewickelt, während die Eingangs-

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1 oder Primärwicklung 65a um die anderen Schenkel gewickelt ist, wie es in Fig. 2 bzw. 3 dargestellt ist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Anschluß der Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b mit einer Klemme 101 und ein zweiter Anschluß mit einer Masserücklei tungsklemme 102 gekoppelt, die gegen das Netz galvanisch isoliert ist. Diese Klemme kann Erdpotential führen. Die Niederspannungssekundärwicklung 65b ist mit einer Ablenk-Versorgungsspannungsklemme 301 über einen Halbweggleichrichter 401 gekoppelt. Die durch die Niederspannungswicklung 65b zwischen den Klemmen 101 und 102 erzeugte hochfrequente Wechselspannung wird durch den Gleichrichter 401 halbweggleichgerichtet und durch einen Kondensator 501 geglättet. An der Klemme 301 steht dadurch eine Ablenk-Versorgungsgleichspannung B+ von typischerweise +120 V zur Verfugung.

Die Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b weist noch weitere Abgriffe auf, die mit entsprechenden Gleichrichterschaltungen 403 bis 405 gekoppelt sind, um relativ niedrige Gleichspannungen von z.B.+30 V, +72 V und +210 V an entsprechenden Klemmen 303 bis 305 zu erzeugen. Mit den Kathoden der Dioden der Gleichrichter 403 bis 405 sind entsprechende Filter- oder Glättungskondensatoren 503 bis 505 gekoppelt.

Im unteren Teil der Fig. 1 ist eine Zeilenablenkschaltung 73 beispielsweise dargestellt, die eine konventionelle Zeilenoszillator- und Treiberschaltung 74, einen Hinlaufschalter 76 mit einer Dämpfungsdiode 77 und einem Zeilenendtransistor 78, einen Zeilenrücklaufkondensator 79 und eine Reihenschaltung aus einer Ablenkwicklung 80 und einem Hinlaufkondensator 81 enthält. Am Hinlaufkondensator 81 entsteht eine Spannung V^, die während des Ablenk- oder Hinlaufteiles als Ablenkspannungsquelle für eine Zeilenablenkwicklung 80 dient. Der Hinlaufschalter 76 leitet während jedes Zeilenhinlauf- oder Zeilenablenkintervalles und legt dadurch die Ablenkspannung V_t an die Zeilenablenkwicklung 80, so daß in dieser der erforderliche, sägezahnförmige

Zeilenablenkstrom fließt.
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Zum Erzeugen der Hinlauf- oder Ablenkspannung V^ wird der Hinlaufkondensator 81 über eine Primärwicklung 68a eines Einheits- oder Standard-Rücklauf- oder Zeilentransformators 68 mit der B+Ablenkver-

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sorgungsspannungsklemme 301 gekoppelt. Der Mittel- oder Gleichspannungswert der Hinlauf- oder Ablenkspannung V. ist also im wesentlichen gleich der B+Ablenkversorgungsgleichspannung von +120 V.

Während des ZeilenrücklaufIntervall es sperrt der Ablenk- oder Hinlaufschalter 76 und die Zeilenablenkwicklung 80 führt mit dem Zeilenrücklauf kondensator 79 eine Halbschwingung der Resonanzfrequenz dieser Bauelemente aus. Der dabei in der Primärwicklung 68a des Standard-Rücklauftransformators 68 entstehende Zeilenrücklaufimpuls wird transformatorisch auf Sekundärwicklungen 68b und 68c des Rück!auftransformators 68 gekoppelt. Die Sekundärwicklung 68b weist Klemmen 82 und 83 auf_s von denen die Standard-Rücklaufimpulse anderen Schaltungsteilen, wie der Austast- und Zeilensynchronisierschaltung zugeführt werden. Die Sekundärwicklung 68c liefert die Rücklaufimpulse 67 zur Synchronisation des Oszillators 36 des Hochfrequenz-Rechteck-Leistungsoszi11ators 35.

In vielen konventionellen Fernsehempfänger-Stromversorgungsschaltungen wird die Bildröhrenhochspannung durch Gleichrichtung der Rücklaufimpulse gewonnen. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 ist es jedoch die hochfrequente Wechselspannung an der Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c₀ aus der die Bildröhrenhochspannung gewonnen wird. Die an Klemmen 106 und 107 der Hochspannungswicklung 65c erzeugte hohe Wechselspannung wird durch eine Spannungsvervielfacherschaltung 84 gleichgerichtet und vervielfacht, die drei Dioden 85 bis 87 sowie drei Kondensatoren 88 bis 90 enthält. Die Kathode der Diode 87 ist mit einer Bildröhrenhochspannungsklemme U gekoppelt, an der die zur letztlichen Beschleunigung des Elektronenstrahls dienende Bildröhrenhochspannung von z.B. +27 kV zur Verfügung steht. Eine hohe Gleichspannung eines etwas niedrigeren, mittleren Wertes steht an einer mit der Diode der Kathode 85 verbundenen Klemme F zur Verfügung, sie kann als Fokussierspannung für die Fokussierelektrode einer Kathodenstrahl-Bildröhre des Empfängers verwendet werden.

^OJ Da der Ferroresonanztransformator 65 sowohl die Hochspannung in der

Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c.als auch die Niederspannung in der

Sekundärwicklung 65b erzeugt, können sowohl die Bildröhrenhochspannung,

als auch die Versorgungsspannung B+ für die Zeilenendstufe geregelt

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werden, ohne daß hierfür relativ komplizierte und störungsanfällige elektronische Regel schaltungen benötigt werden. Zur Regelung oder Stabilisierung der Spannungen an den Sekundärwicklungen 65b und 65c kann mit der Niederspannungssekundärwicklung 65b über die Klemme 101 ein Resonanzkondensator 91 gekoppelt sein, wie es in Fig. 1 beispielsweise dargestellt ist; der Resonanzkondensator kann jedoch auch mit einer anderen Wicklung gekoppelt sein, die um den dünnen, streifenförmigen Kernteil 165b gewickelt ist. Der Wert des Kondensators 91 wird so gewählt, daß der Kondensator 91 und die Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b einen Resonanzkreis mit einer Eigenfrequenz bilden, die in der Nähe der Frequenz der erregenden Spannung liegt,d.h. bei dem vorliegenden Beispiel in der Nähe der Frequenz von 15,75 kHz der relativ hochfrequenten Wechselspannung 64. In gewissen Fällen, auf die unten noch eingegangen werden wird, kann der Kondensator 91 zur Einsparung von Kosten weggelassen werden. Wenn die Hochspannungs-Sekundärwicklung eine ausreichende Wicklungskapazität hat, ist ein zusätzlicher Kondensator überflüssig.

Der in der Wicklung 65b und dem Kondensator 91 zirkulierende Resonanzstrom trägt dazu bei, den Kern unter sowohl der Niederspannungswicklung 65b als auch der Hochspannungswicklung 65c während jeder Halbwelle des zirkulierenden Resonanz- oder Schwingungsstromes magnetisch zu sättigen. Durch diese Sättigung des ferromagnetisehen Kerns werden die in den beiden Sekundärwicklungen 65b und 65c induzierten Spannungen stabilisiert.

Wie Fig. 5a zeigt, ist die an der Primärwicklung 65a des Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformators 65 eine symmetrische Rechteckspannung V mit einer Frequenz von 15,75 kHz und einer Periode T„ = 63,5 ps. Die Hochspannung an der Sekundärwicklung 65c ist ebenfalls eine verhältnismäßig symmetrische Spannung V_fi[-_r niit näherungsweise rechteckigem Verlauf, wie er in Fig. 5b dargestellt ist. Die näherungsweise rechteckförmige Spannung Veru, die durch die Niederspannungswicklung 65b an den Klemmen 101 und 102 erzeugt wird, ist in Fig. 5c dargestellt, die verhältnismäßig ebenen Impulsdächer treten während des Leitens des Gleichrichters 401 auf. Der Eingangsstrom i_ß5 , der von der Klemme 26 in die Primärwicklung 65a fließt, ist in Fig. 5d dargestellt und

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hat einen verhältnismäßig konstanten Wert, ausgenommen in der Nähe der Zeitpunkte, in denen die Transistoren 54 und 55 schalten und damit in der Nähe der Vorder- und Rückflanken der Rechteckspannung Vgc gemäß Fig. 5a.

Der in Fig. 5e dargestellte Resonanzstrom i_c, der im Schwingkreis aus dem Kondensator 91 und der Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b zwischen Klemmen 101 und 102 zirkuliert, hilft bei der magnetischen Sättigung des Kernteils 165b mit, das sich sowohl unter der Hochspannungs- Sekundärwicklung 65c als auch unter der Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b befindet. Die Sättigung tritt in der Nähe der Spitzen 94 und 95 des zirkulierenden Resonanzstromes i ein.

Damit sich der Kernteil 165b sättigen kann, während der Kernteil 165a unter der Primärwicklung 65a ungesättigt bleibt, ist die Querschnittsfläche der streifenförmigen Platte 165b des in Fig. 2 dargestellten Kernes kleiner als die Querschnittsfläche des C-förmigen Kernteiles 165a. Wie der in Fig. 3 dargestellte Querschnitt längs einer Ebene 3-3 der Fig. 2 zeigt, ist die Querschnittsfläche a = t · w das Produkt aus der Dicke t und der Breite w des streifenförmigen Kernteils 165b wesentlich kleiner als die Querschnittsfläche a = wf entsprechend dem Produkt der Breite w und der Dicke f des C-förmigen Kernteils 165a. Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt das Verhältnis a/A etwa 0,19.

Es kann zweckmäßig sein, den Temperaturanstieg in dem in die Sätti gung ausgesteuerten Kernteil 165b unter der Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b und der Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c nach der Ein schaltung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zu begrenzen. Die Sät tigungsflußdichte B des Kernmaterials nimmt nämlich mit ansteigender Temperatur ab. Da bei einem Ferroresonanz-Transformator die an den Sekundärwicklungen 65b und 65c entstehenden Spannungen Funktionen der Sättigungsflußdichte B sind, kann es vorteilhaft sein, den Tempera turanstieg dadurch zu begrenzen, indem man eine Sekundärwicklungsund Kernstruktur vorsieht, die eine gute Kühlung gewährleisten. Der Temperaturanstieg kann durch die bei dem Betrieb mit der relativ hohen Frequenz im Magnetkern auftretenden Verluste und durch die durch die verhältnismäßig hohen Schwingkreisströme verursachten ohmschen Ver-

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luste (I R-Verluste) verursacht werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß das Kernteil 165b eine verhältnismäßig dünne, streifenförmige Platte mit der Dicke t, der Breite w und der Länge 1 ist. Bei den unten angegebenen typischen Werten ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des plattenförmigen Kernteils 165b verhältnismäßig groß, z.B. 40:1, so daß für die Kühlung eine verhältnismäßig große Oberfläche zur Verfügung steht.

Außerdem wird der Innendurchmesser D des zylindrischen Spulenkörpers 265b vorteilhafterweise größer als die Dicke t des streifenförmigen Kernteils 165b gemacht, so daß die Wicklungen 65b und 65c lose um das streifenförmige Kernteil 165b gewickelt sind und ein verhältnismäßig großer Luftzwischenraum zwischen den Wicklungen und dem Kern verbleibt.

Hierdurch ist eine wirksame Kühlung durch Konvektion gewährleistet.

Wenn der Anstieg der Kerntemperatur keine wesentliche Rolle spielt, kann ein Kernteil 165b konventionellerer Konfiguration verwendet werden, z.B. ein Kernteil mit quadratischem oder kreisförmigem Querschnitt, das von den Wicklungen 65b und 65c mit engerem Abstand umgeben ist.

Wie aus Fig. 5b ersichtlich ist, ist die an der Hochspannungswicklung 65c auftretende Hochspannung 65c eine verhältnismäßig symmetrische Rechteckschwingung, bei der der Betrag der Amplitude des positiven Teiles 92 ungefähr gleich dem Betrag der Amplitude des negativen Teiles 93 ist. Wenn der von Spitze zu Spitze gerechnete Spannungshub der Spannung Vgc beispielsweise 18 kV beträgt, benötigt man in der Hochspannungsverviel facherschaltung 84 der Fig. 1 nur drei Gleichrichter und zwei oder drei Kondensatoren, um die Bildröhrenhochspannung von z.B. +27 kV zu erzeugen. Die Dioden 85 und 87 richten die positiven Teile oder Halbwellen von Vg₅ gleich, die Diode 86 die negativen Teile oder Halbwellen. Die Bildröhrenhochspannung ist also ungefähr gleich dem Doppelten des Betrages der positiven Amplitude von V₆ 5 zuzüglich des

Betrages der negativen Amplitude. Der Kondensator 90 kann entfallen, wenn die Kapazität der leitenden Beschichtung der Bildröhre für die Glättung ausreicht. In konventionellen Hochspannungsteilen, bei denen

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positive Rücklaufimpulse der gleichen Größe wie die positiven Teile 92 in Fig. 5b gleichgerichtet werden, wäre eine Spannungsvervielfacherschaltung mit fünf oder sechs Dioden und zugehörigen Kondensatoren erforderlich, um die gleiche Bildröhrenhochspannung zu erzeugen.

Die beschriebene Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformatoreinrichtung gemäß der Erfindung liefert sowohl eine geregelte Ablenkschaltungs-Versorgungsspannung B+, so daß auch die Ablenkspannung V. geregelt ist, als auch eine geregelte Hochspannung. Bei einer solchen Einrichtung können die Anforderungen hinsichtlich der Konstruktion der Zeilenablenkschaltung 73 wesentlich herabgesetzt werden. Zum Beispiel braucht der Rücklauf- oder Zeilentransformator 68 die für die Bildröhrenhochspannung erforderliche Energie nicht mehr zu übertragen, so daß er wesentlich kleiner gehalten werden kann, da in ihm nur mehr ein sehr geringer Laststrom fließt. Da der Zeilenendstufentransistor 78 nurmehr wenig Gleichstrom führt, können seine Größe, sein Nennstrom , seine Nennspannung sowie seine Kühlmittel kleiner gewählt werden. Bei entsprechender Auslegung der Schaltung kann eine Ablenkwicklung 80 mit niedriger Impedanz verwendet werden, so daß dann eine viel niedrigere Spitzenspannung von typischerweise 200 V genügt, anstatt daß ein verhältnismäßig großer Zeilenrücklaufimpuls mit einer typischen Amplitude von 1000 V erzeugt wird.

Da der Hochfrequenz-Ferroresonanztransformator 65 sowohl die Versorgungsgleichspannung B+ für die Zeilenablenkschaltung als auch die Bildröhrenhochspannung liefert, kann man eine relativ gute Stabilität der Bildbreite auch ohne die Verwendung von elektronischen Regelschaltungen oder diskreten Reihenwiderständen erreichen. Wenn die Belastung an der Bildröhrenhochspannungsklemme U mit steigendem Strahlstrom zunimmt, fällt die Bildröhrenhochspannung ab. Der zunehmende Gleichstromanteil des Laststromes, der in der Hochspannungswicklung 65c fließt, bewirkt, daß das Kernteil 165b etwas entmagnetisiert wird und der Arbeitspunkt dieses Kernteils von der größeren Sättigung etwas in Richtung auf den Knick der B-H-Hysteresisschleife des Transformators verschoben wird, wodurch die Hochspannung etwas verringert wird. Da jedoch die Niederspannungswicklung 65b und die Hochspannungswicklung 65c mit dem gleichen sättigenden Kernteil gekoppelt sind, setzt

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der in der Wicklung 65c fließende erhöhte Laststrom auch die Versorgungsspannung B+ für die Zeilenablenkschaltung herab, was im wesentlichen auf eine Regelung oder Stabilisierung der Rasterbreite hinausläuft.

Anders erläutert bewirken die Streuinduktivitäten des Transformators 65 einen zunehmenden Spannungsabfall mit zunehmender Videostrahlbelastung, was einen Abfall sowohl der Hochspannung als auch der B+Spannung zur Folge hat. Die Streuinduktivität zwischen der Hochspannungsund der Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b bzw. 65c und der Grad und Ort der Kernsättigung werden so gewählt, daß sich die gewünschte Stabilisierung der Rasterbreite ergibt.

Für die Erzeugung der relativ hohen Spannung an der Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c wird eine relativ große Anzahl von Windungen benötigt. Durch richtige Wahl der Parameter, wie Windungskonfiguration, Lagenabstand und Drahtstärke kann die Streu- oder Eigenkapazität der Wicklungen und zwischen den Wicklungen so groß gemacht werden, daß die Hochspannungswicklung 65c selbst die richtige Eigenfrequenz hat,um den Kernteil 165b zu sättigen und damit die Spannung sowohl der Hochspannungs-Sekundärwicklung als auch der Niederspannungs-Sekundärwicklung zu regeln. Eine solche verteilte Resonanzkapazität ist in Fig.1 durch einen Kondensator 665 versinnbildlicht, der der Hochspannungswicklung 65c parallelgeschaltet ist, in Wirklichkeit ist natürlich diese Kapazität auf die Windungen der Wicklung verteilt.

Wenn die verteilte Kapazität 665 und die Hochspannungswicklung 65c den Schwingstrom für die Sättigung des Kernteils 165b erzeugen, wird der Kondensator 91 nicht mehr benötigt. Eine Alterung oder ein Ausfall von diskreten Bauteilen, die einen Anstieg der Hochspannung ver-Ursachen könnten, entfallen. Die Verwendung eines Resonanztransformators mit in die Sättigung ausgesteuertem ferromagnetisehen Kern zur Erzeugung der Hochspannung ergibt außerdem von Natur aus einen Hochspannungsschutz, da Änderungen der Induktivität einer Windung oder des Kapazitätswertes einer Schwingkreiskapazität typischerweise einen Ausfall des Resonanzbetriebes und damit ein Absinken der Wicklungsspannung zur Folge haben.

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Da der Resonanztransformator 65 sowohl die Hochspannung als auch die Versorgungsspannung B+ für die Ablenkschaltung liefert, kann auch ein relativ starker Anstieg der Kerntemperatur nach dem Einschalten zugelassen werden, ohne daß dadurch die Rasterbreite übermäßig beeinflußt wird. Da die Hochspannungs-Sekundärwicklung 65c und die Niederspannungs-Sekundärwicklung 65b um das gleiche Kernteil 165b gewickelt sind, setzt eine durch einen Temperaturanstieg verursachte Abnahme der Sättigungsflußdichte B sowohl die Bildröhrenhochspannung als auch die Versorgungsspannung B+ für die Zeilenablenkschaltung herab, so daß die Rasterbreite im wesentlichen konstant bleibt.

Typische Werte eines mit der der Hochspannungswicklung 65c zugeordneten verteilten Kapazität arbeitenden Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformator 65, wie er in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, sind: 15

Kern 165: C-förmiger Kernteil 165a mit einer Querschnittsfläche von

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2,32 cm , einer Länge des äußeren Schenkels von 5,1 cm und einer Länge des Mittelabschnitts von 7,1 cm und einem dünnen streifenförmigen Kernteil 165b mit einer Dicke t = 2,79 mm, Breite w = 15,5 mm, Länge 1 = 7,1 cm und Querschnittsfläche 43,2 mm ; Kernmaterial Ferrit mit B von etwa 4000 Gauß bei 25°C, wie das von der Firma Ferroxcube Corporation, Saugerties, New York, unter der Bezeichnung Ferroxcube 3E2A oder das von der Firma RCA Corporation, Indianapolis, Indiana, unter der Bezeichnung"RCA 540" vertriebene Material.

Primärwicklung 65a: Nylonumsponnene Kupferlackdrahtlitze 30/40, lagengewickelt mit vier Lagen, Mittelabgriff, bifilargewickelt, insgesamt 200 Windungen ohne Lagenisolation; Wicklungslänge 3,94 cm.

Niederspannungswicklung 65b: Zylindrischer Spulenkörper 265b mit einem Innendurchmesser von 18,2 mm, einem Außendurchmesser von 21,6 mm und einer Länge von 42,55 mm. Wicklung 65b nylonumsponnene Kupferlackdrahtlitze 25/38, bifilar, lagengewickelt mit insgesamt 190 Windungen in vier Lagen von etwa 48 Windungen pro Lage; eine fünfte Lage aus vier Windungen dient zur Erzeugung einer Kathodenstrahlröhren-Heizspannung von etwa 6,3 V, 900 mA; Wicklungslänge 42,55 mm.

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Hochspannungswicklung 65c: Zylindrischer Spulenkörper 265c mit einem Innendurchmesser von 29,21 mm, einer Wandstärke von 1,52 mm und einer Länge von 26,67 mm. Wicklung 65c aus 0,1007 mm Kupferlackdraht, lagengewickelt mit 32 Lagen, von denen die ersten 3l· jeweils 147 Windungen und die letzte Lage 43 Windungen enthielt; die Lagen waren jeweils gegeneinander durch eine 0,05 bis 0,10 mm dicke Polyesterfolie getrennt und isoliert; Gesamtwindungszahl 4600; Wicklungslänge 19 mm.

Die Litze 30/40 enthält 30 isolierte Adern mit einem Durchmesser von jeweils 0,07987 mm, die Litze 25/38 enthält 25 isolierte Adern mit einem Durchmesser von jeweils 0,1007 mm.

Der Rücklauf- oder Zeilentransformator 68 kann ein ganz gewöhnliches, einfaches und handelsübliches Bauteil sein. 15

23.1.80 35

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Claims

PA-TKMYAfVVAlTK ηίκτΓΗ ν κ·οκ<·ΐ,ΐ· I)IPL. IN«. I1ETEH SCH ί TZ I)IFL. IN«. WOLKUANO HKUSLEH M AH IA-TlI KIlKSl A STM AHSK 2J5 I'DNTKACII HIH)IIIlH D-8OOO MUENCUKN 80 TKLBFON ΟβοΜϊβιΗιβ 47 UM IU TKLKX |Y22)I:1H TKLKUKAMM HOMBKZ RCA 69827 Dr.v.B/Vu RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung eines Fernsehempfangers Patentansprüche

1. Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung für eine Ablenk- und Hochspannungsschaltung eines Fernsehempfängers, mit einer Wechselspannungsquelle, gekennzeichnet durch einen Ferroresonanz-Transformator (65) mit einem ferromagnetisehen Kern (165), einer mit der Wechselspannungsquelle (37,38) gekoppelte erste Wicklung (65a), einer zum Erzeugen einer Hochspannung (Vgg_c) dienenden Hochspannungswicklung (65c), die um einen Kernteil (165b) des Magnetkerns (165) gewickelt und mit einer Hochspannungsklemme (106) gekoppelt ist, einer zum Erzeugen einer Ablenkschaltungs-Versorgungsspannung dienenden zweiten Wicklung (65b), die um einen Kernteil (165b) des Magnetkerns gewickelt und mit einer Ablenkschaltungs-Versorgungsspannungsklemme (301) gekoppelt ist, und mit einer Anordnung (91 oder 665), die genügend Kapazität für mindestens eine Wicklung (65b oder 65c) des Resonanztransforniators (65) hat, um zirkulierende Ströme zu erzeugen, die während jedes Zyklus der Wechselspannung

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eine Sättigung der Kernteile unter der Hochspannungswicklung und der zweiten Wicklung derart bewirken, daß eine geregelte Hochspannung und eine geregelte Ablenkschaltungs-Versorgungsspannung erzeugt werden; ferner mit einer Ablenkwicklung (80); einem Ablenkschalter (78), der mit der Ablenkwicklung (80) gekoppelt ist, um während jedes Ablenkzyklus ein Hinlauf- und ein Rücklaufintervall zu erzeugen; einer Ablenkspannungsquelle (81), die zum Erzeugen eines Ablenkstromes in der Ablenkwicklung (80) mit dieser gekoppelt ist; eine erste Anordnung (68a), die die geregelte Ablenkschaltungs-Versorgungsspannung (an der Klemme 301) mit der Ablenkspannungsquelle (81) koppelt; eine BiIdröhrenhochspannungsklemme (U) für eine Bildröhrenhochspannung; und eine mit der Hochspannungsklemme (106) und der Bildröhrenhochspannungsklemme (U) gekoppelte Hochspannungsanordnung (84) zum Erzeugen der Bildröhrenhochspannung aus der geregelten Hochspannung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungswicklung (65c) und der zweiten Wicklung (65b) ein und dasselbe sättigbare Kernteil (165b) des Magnetkerns zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (65c) konzentrisch zur zweiten Wicklung (65b) gewickelt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kapazität bildende Anordnung mindestens zum Teil aus der Eigenkapazität (665) der Hochspannungswicklung (65c) besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kapazität bildende Anordnung einen mit der zweiten Wicklung (65b) gekoppelten Kondensator (91) enthält.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ablenkwicklung (80) ein Rücklauftransformator (68) zur Versorgung anderer Schaltungsteile mit Rücklaufimpulsen

(67) gekoppelt ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anordnung eine erste Wicklung (68a) des Rücklauftransformators (68) enthält.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (65c) in einem solchen Grade mit der zweiten Wicklung (65) magnetisch gekoppelt ist, daß die Rasterbreite bei Schwankungen der Strahl Strombelastung der Bildröhrenhochspannungsklemme (U) verhältnismäßig konstant gehalten wird. 10

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (165) bei zunehmender Strahl Strombelastung derart entmagnetisiert wird, daß die Bildröhrenhochspannung (27kV) und die Ablenkschaltungs-Versorgungsspannung (B+) um solche Beträge abnehmen, daß die Rasterbreite relativ konstant bleibt.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung (Vg₅ ) eine relativ symmetrische,

hohe Wechselspannung enthält.
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11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsanordnung einen Spannungsvervielfacher (84) zum Hinzufügen eines ersten Vielfaches der Amplitude einer ersten Polarität der hohen Wechselspannung (V₆₅ ) zu einem zweiten Vielfachen der Amplitude

einer zweiten Polarität der hohen Wechselspannung unter Erzeugung der Bildröhrenhochspannung (27 kV) enthält.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Vervielfacher das Doppelte der Amplitude einer ersten Polarität der hohen Wechselspannung (V_65t)) zur Amplitude einer zweiten Polarität der hohen Wechselspannung addiert.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel Spannungsquelle einen Rechteckschwin-

gungsgenerator (37) enthält.

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14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung (Vgg_a) gleich der Horizontalablenk- oder Zeilenfrequenz ist.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil (165b), um das die Hochspannungswicklung (65c) und die zweite Wicklung (65b) gewickelt sind, eine streifenförmige Platte (165b) aus Magnetmaterial mit einem verhältnismäßig großen und eine gute Kühlung der Platte gewährleistenden Verhältnis von Oberfläche zu Volumen enthält.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern ein im wesentlichen rechteckiger Kern (165a) ist, dessen einer Schenkel durch die streifenförmige Platte (165b) gebildet wird; daß die erste Wicklung (65a) um einen im Betrieb nicht in die Sättigung ausgesteuerten Schenkel des Kerns gewickelt ist und daß die Hochspannungswicklung (65c) und die zweite Wicklung (65b) lose um das plattenförmige Kernteil (165b) gewickelt sind.

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