DE3117369C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstschwingende Horizontalend­ stufe eines Fernsehempfängers mit einem Rückkopplungszweig, der eine von einem Wechselstrom durchflossenen Induktivi­ tät - wie beispielsweise beschrieben in der nachveröffentlichten DE-OS 30 36 573 - und eine auf Stromwärme ansprechende Einrichtung zum Unterbrechen des Stromkreises bei Überschreitung eines Nennstroms, im folgenden "Sicherung" genannt, enthält und die Stromstärke dieses Stromkreises zumindest teilweise durch die Impedanz der Induktivität bestimmt ist.

Erfindungsgemäß ist die Induktivität eine Drosselspule mit einem Kern aus ferromagnetischem Material und einer Wicklung aus einem Draht solchen Widerstandes, daß der Curie-Punkt des ferromagnetischen Materials infolge thermischer Kopplung mit der Wicklung und durch deren Erwärmung kurz oberhalb des Nenn­ stromes der Sicherung erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung ist der ferromagnetische Kern so bemessen (Querschnitt, Luftspalt, usw.), daß er nach Über­ schreiten des Nennstroms in die magnetische Sättigung geht.

Stand der Technik

Durch die einschlägigen Sicherheitsvorschriften ist vorge­ schrieben, in elektronische Geräte mit gefährlichen Spannungen und/oder im Störungsfall Hitze entwickelnde Einrichtungen definiert abschaltende Sicherungen einzubauen, die im Störfall gefährdete Teile außer Betrieb setzen.

Es sind zahlreiche Einrichtungen bekannt, die bei Überschrei­ tung eines Nennstroms den eigenen oder einen anderen Stromkreis unterbrechen und damit andere Bauelemente oder Schaltungsgrup­ pen vor Zerstörung schützen.

Am bekanntesten sind die sogenannten Schmelzsicherungen, bei denen bei Überstrom ein Leitungsstück durchbrennt oder eine Lötstelle aufgeht. Hier gibt es auch rücklöt­ bare Sicherungen, z. B. im Fernsprechwesen, wo bei Über­ strom eine weichwerdende Lötstelle aufgeht und der Stromweg durch Federkraft getrennt wird. Diese Sicherung läßt sich durch ein erneutes Spannen der Feder und er­ neutes Verlöten der Unterbrechungsstelle wieder in den alten Betriebszustand versetzen. In ähnlicher Weise arbeiten auch Hochlast-Drahtwiderstände, wie sie vor allem in den Geräten der Unterhaltungselektronik be­ nutzt werden und bei denen eine in der Nähe des Wider­ standskörpers angebrachte und durch einen federartig vorgespannten Draht unter mechanischem Zug stehende Lötstelle bei übermäßiger Erwärmung erweicht und auseinandergezogen wird. Für vorzugsweise kleinere Nennströme sind Kohleschichtwiderstände bekannt, sog. Kohleschicht-Sicherungswiderstände, deren Kohleschicht so bemessen ist, daß bei Überschreitung eines Nenn­ stroms Selbstunterbrechung durch chemische Zerstörung (Oxidation, Verbrennen oder dergl.) stattfindet. Nach dem gleichen Prinzip arbeiten auch umpreßte Draht­ widerstände in Sicherheitsausführung, deren Draht­ wicklung bei Überlastung verglüht und bei denen die Feuerentwicklung durch entsprechende Materialwahl und -Anordnung in zulässigen Grenzen gehalten wird.

Aus der DE-AS 12 57 261 ist eine Schutzschaltungsan­ ordnung mit einer in einem Wechselstromkreis liegenden Induktivität, mit einem Kern aus ferromagnetischem Material, welches im Fehlerfall seine magnetische Permeabilität verringert und mit einer Wicklung, sowie mit einer zu dieser in Reihe geschalteten Überstrom­ sicherung bekannt, wobei die Überstromsicherung durch die verringerte Impedanz der Induktivität von einem größeren Strom durchflossen wird und selbsttätig eine Last abschaltet.

Aus der DE-PS 9 59 475 ist ein thermischer Auslöser für Überstromschutz bekannt, bei dem ein vom Strom des zu sichernden Stromkreises durchflossener Anker eines Magnetschaltsystems aus magnetothermischem Material besteht. Wird der Magnetteil von einem überhöhten Strom durchflossen, so wird das magnetothermische Organ zu stark überhitzt und überschreitet seinen Umwandlungs­ punkt (Curiepunkt) und wird damit unmagnetisch. Dadurch fällt der Anker ab und es kann ein elektrischer Strom­ kreis geöffnet werden.

Es sind auch Bimetall-Anordnungen bekannt, bei denen durch Erwärmung und Durchbiegen Kontakte unterbrochen werden. Hier liegt der Vorteil darin, daß nicht nur der eigene, sondern auch fremde Stromkreise vor Überlastung und Folgeschäden geschützt werden, wenn mehrere Kontakte angebracht sind.

Allen oben beschriebenen "Sicherungen" ist gemeinsam, daß deren Auslösen durch Stromwärme verursacht wird. Bei einem Betriebsstrom I, der nur geringfügig über dem Nennstrom I _N liegt, dauert es u. U. sehr lange, bis sich die zu einer Unterbrechung notwendige Erwärmung einstellt. Bei größerem Verhältnis I/I _N erfolgt ein Ansprechen der Sicherung in kürzerer Zeit.

In der DE-OS 20 38 590 wird eine Sicherungsanordnung für die Unterbrechung eines Stromweges oder Verbraucherkreises beschrieben, die aus einer Reihenanordnung aus Sicherung und eisenerfüllter Spule besteht, wobei der Spule zwecks Ausnutzung der Selbstinduktion für die Beeinflussung der Sicherungsbelastung ein Befehlsschalter parallel geschaltet ist. Seine Betätigung erfolgt entweder willkürlich oder in Abhängigkeit von Störungen einer zu schützenden Anlage. Wird der Befehlsschalter ge­ schlossen, erfährt der die Sicherung durchfließende Strom durch Änderung der Selbstinduktion der Spule eine Steigerung, so daß die auf diese gesteigerte Stromstärke eingestellte Sicherung anspricht und den Stromweg unterbricht.

Ein weiterer großer Nachteil aller vorbeschriebenen Siche­ rungen sind deren erhebliche Toleranzen im Abschaltverhalten.

Es ist z. B. nach DIN 41 660 bzw. IEC 127, 2. Ausgabe 1974 bekannt, daß Geräte-Schutzsicherungen bezüglich ihres Ab­ schaltverhaltens bei Überschreitung der Nennstromstärke sehr große Toleranzen zeigen. Es ist z. B. zulässig, daß eine Geräte-Schutz-Sicherung bei 2fachem Nennstrom sowohl nach ca. 1/10 Sekunden als auch erst nach 30 Minuten ausschalten darf.

Hieraus ist ersichtlich, daß bei relativ geringefügigen Überschreitungen des Nennstromes solche oben beschriebenen Sicherungen sehr unzuverlässige Bauelemente sind, wenn es gilt, Stromkreise zu schützen, bei denen empfindliche Bau­ teile schon bei geringfügiger Überschreitung Schaden leiten. Das gilt insbesondere für Schaltungsanordnungen, in denen Leistungshalbleiter dicht an der oberen Belastungsgrenze be­ trieben werden.

Aufgabe

Es gilt, eine kostengünstige Anordnung zu finden, die bei Stromkreisen selbstschwingender Horizontalendstufen in Fernsehempfängern, deren Stromstärke zumindest zum Teil durch eine Induktivität bestimmt ist, bereits bei geringer Über­ schreitung der Nennstromstärke ein Abschalten des Betriebs­ stroms in so kurzer Zeit bewirkt, daß angeschlossene, bereits betriebsmäßig unter hoher Belastung stehende Bauelemente mit Sicherheit vor der Zerstörung durch Überhitzung geschützt werden.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Mittel gelöst.

Vorteile

Die Anordnung ist mit großem Vorteil überall dort einsetzbar, wo Leistungs-Halbleiter dicht an ihrer Leistungsgrenze mit hohen Leistungen betrieben werden und geringe Überlastungen bereits zu Schäden führen, wenn sie länger andauern.

Da in den meisten dieser Schaltungen, z. B. in Horizontal-Ablenk­ schaltungen bei Fernsehgeräten und in anderen mit relativ hohen Frequenzen arbeitenden Anordnungen, Induktivitäten verwendet werden, die zumindest zum Teil die Stromstärken bestimmen, ist es beinahe ohne Mehraufwand von Kosten möglich, lediglich durch geeignete Dimen­ sionierung die gestellten Aufgaben zu lösen.

Die Bauelemente der erfindungsgemäßen Anordnung (1 und 2) sind immer in Betrieb. Es kann somit nie vorkommen, daß ein Ausfall der für einen Schutz vorgesehenen Bauelemente die Schutzvorrichtung nicht funktionie­ ren läßt, wenn der Störfall tatsächlich eintritt.

Erläuterungen der Erfindung

Anhand der Fig. 1a und 1b sowie 2a und 2b wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1a zeigt eine Darstellung der Ansprechzeit t einer Schmelz­ sicherung 1 nach DIN 41 660, Seite 2.

Man erkennt hieraus, daß für den doppelten Nennstrom die Ansprechzeit um mehr als das 1000fache tolerieren kann.

Fig. 1b zeigt eine Induktivität in Form einer Drosselspule 2 mit einem ferromagnetischem Eisenkern 3, bei der die Drehachse der Wicklung und die damit entstehenden ohmschen Verluste so bemessen sind, daß z. B. bei der 1,5fachen Nennstromstärke der ferromagnetische Kern so erhitzt wird, daß er den Curie-Punkt durchläuft. Dies macht sich in einem starken Abfall 4 der Selbstinduktion L bemerkbar.

Wird nun in dem Stromkreis der Sicherung die Stromstärke im wesent­ lichen durch die Induktivität 2 bestimmt, so wird beim Überschreiten des Curie-Punktes durch die verminderte Induktivität die Stromstärke sehr schnell wesentlich erhöht, wodurch I/I _N wesentlich größer wird. Der Toleranzbereich 5 der Fig. 1a wird nach rechts durchlaufen und eine schnelle Abschaltung der Gesamtanordnung erreicht, ehe sich die zu schützenden Bauelemente infolge ihrer Wärmeträgheit wesentlich mehr erwärmen können.

Durch die sehr vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird der gewünschte Effekt der Schnellabschaltung noch ganz wesentlich verbessert. Länge, Querschnitt und Luftspalt des ferromagnetischen Kerns sind so zu bemessen, daß der Kern, nach Überschreiten des Nenn­ stroms, in die Sättigung geht.

Es tritt dann folgender lawinenartiger Wirkungsablauf ein:

• - Die Stromstärke übersteigt geringfügig den Nennstrom.
• - Der ferromagnetische Kern kommt in die Sättigung.
• - Die Induktivität und damit die Impedanz der Drossel­ spule sinkt. Nach dem Ohmschen Gesetz steigt dadurch der Strom noch weiter. Dadurch steigt die Sättigung und die Impedanz wird weiter verkleinert, usw. Noch ist der Vorgang stabil und reversibel.
• - Der durch Impedanz-Verkleinerung größere Strom bewirkt eine schnellere Erwärmung der Wicklung.
• - Der ferromagnetische Kern wird schneller erwärmt, der Curie-Punkt wird schneller erreicht. Die Impedanz sinkt weiter, der Strom steigt weiter.
• - Zunehmende Sättigung und Curie-Punkt-Überschreitung zu­ sammen zeigen hinsichtlich Anwachsen der Stromstärke eine multiplizierende Wirkung. Der Vorgang wird jetzt instabil.
• - Am Schluß hat die Drosselspule beinahe nur noch die Impedanz einer Luftspule. Die Stromstärke ist irre­ versibel hoch.
• - Die Sicherung löst infolge hohem I/I _N schnell aus.

Fig. 2a und 2b zeigen ein Beispiel für eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Fernsehgerät bei der Schaltung für die Horizontal-Ablenkung.

In Fig. 2a ist ein Schalt-Transistor 6 angeordnet, dessen Kollektor mit der Primärwicklung 7 eines Zeilenausgangstransformators verbunden ist, der die Kapazität 8 parallel liegt. Der Zeilenausgangstransformator speist sekundärseitig (hier nicht gezeichnet) die Ablenkspulen. Der Zeilenausgangstransformator hat eine weitere Sekundärwicklung 14, die über die erfindungsgemäße Anordnung, bestehend aus der Sicherung 1 und der Induktivität 2 mit dem Kern aus ferromagnetischem Material 3, über einen Koppelkondensator 9 mit der Basis des Schalttransistors 6 verbunden ist.

Die weitere Sekundär-Wicklung 14 ist so gepolt, daß über den Koppel- Kondensator 9 hinweg die Basis des Schalt-Transistors 6 im rückkoppeln­ den Sinne angesteuert wird. Eine zur Basis-Emitterstrecke des Schalt­ transistors 6 antiparallel geschaltete Diode 10 übernimmt den Hinlauf­ strom zum Anlauf der Hinlauf-Periode des Ablanksägezahnes. Ein elektroni­ scher Schalter 11 (symbolisch durch einen mechanischen Schalter darge­ stellt) wird durch Synchronisier-Impulse gesteuert.

Wie Fig. 2b zeigt, ist der Schalter 11 während der Hinlauf-Periode 12 offen und während der Rücklauf-Periode 13 geschlossen.

In der Praxis ist der Schalter 11 vorzugsweise ein Thyristor, dessen Zünd-Elektrode durch Synchronisier-Impuls gezündet wird. Der Schalter 11 schließt dann zu Beginn des Synchronisier-Impulses. Das Schließen des Schalters 11 geschieht bei Anwendung eines Thyristors automatisch dadurch, daß, bedingt durch die Rückkopplung, die Anode des Tyhristors umgepolt wird. In einem solchen Falle braucht die Länge der Schließzeit während des Rücklaufs 13 nicht mit der Länge des Synchronisier-Impulses übereinstimmen.

Eine Schaltungsanordnung nach Fig. 2a benötigt eine schnelle Abschaltung unter zwei Bedingungen:

• 1. Die Betriebsspannung U _B wird zu hoch.
• 2. Die Synchronisier-Impulse fallen aus. Der Schalter 11 wird nicht mehr betätigt.

Im ersten Fall steigt die Stromstärke durch die erfindungsgemäße An­ ordnung, bestehend aus Sicherung 1 und Induktivität 2, proportional mit der Betriebsspannung U _B . Sobald nun ein solcher Anstieg erfolgt, der die Belastungsgrenze des Schalt-Transistors 6 übersteigt, wird der ferro­ magnetische Kern 3 in den Curie-Punkt gefahren und gegebenenfalls zu­ sätzlich magnetisch gesättigt. Die steile Flanke 4 aus Fig. 1b bewirkt ein rasches Abfallen der Selbstinduktion der Induktivität 2. Die Strom­ stärke im Rückkopplungs-Kreis 1, 2, 9 steigt stark an, da die Selbst- Induktivität 2 im wesentlichen die Stromstärke nach dem Ohmschen Gesetz bestimmt.

Das Toleranzfeld 5 aus Fig. 1a der Sicherung 1 wird schnell in Richtung höhere Stromstärken durchlaufen. Die Maximal-Grenze wird schnell er­ reicht. Die Sicherung 1 schaltet ab, ehe der Schalt-Transistor 6 selbst in einen unzulässigen Erwärmungszustand gebracht wird.

In der Praxis kann die Schmelz-Sicherung 1 auch durch einen speziellen Widerstand ersetzt werden, dessen Widerstandsschicht bei Überlastung innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer zerstört und unterbrochen wird (z. B. Kohleschicht-Sicherungwiderstand oder umpreßter Drahtwiderstand in Sicherheitsausführung).

Im zweiten Falle (Ausbleibens der Synchronisier-Impulse) schwingt eine Schaltung nach Fig. 2a mit einer tieferen Frequenz als im nor­ malen Betriebszustand nach Fig. 2b. Bekanntlich muß ja die Hinlauf­ dauer 12 von Haus aus länger sein als die durch die einsetzenden Synchronisier-Impulse begrenzte Hinlauf-Dauer.

Bei einer solchen tieferen Frequenz steigt die Stromstärke durch die Selbstinduktivität 2 während des Hinlaufs auf höhere Werte an, wodurch auch eine größere Erwärmung des Wickeldrahtes erfolgt, durch die der ferromagnetische Kern 3 in den Curie-Punkt gefahren wird. Hierdurch erfolgt dann eine Abschaltung, wie bereits oben beschrieben, die noch durch zusätzliche magnetische Sättigung beschleunigt werden kann.

Besonders wirksam wird die Anordnung dann, wenn der Koppel-Kondensator 9 so bemessen ist, daß die Induktivität 2 mit dem Koppel-Kondensator im Fehlerfall der zu langsamen Frequenz in Resonanz kommt. Dann tritt eine besonders große Stromerhöhung im Fehlerfall ein.

Es ist auch denkbar, die Sicherung 1 so auszubilden, daß sie, z. B. aus­ gerüstet durch ein Bimetall, nach einer gewissen Zeitdauer der Abkühlung des Bimetalls und der Drosselspule von selbst wieder einschaltet und der beschriebene Zyklus wiederholt wird, so lange der äußere Fehler der zu hohen Betriebsspannung U _B und des Ausbleibens der Synchronisier- Impulse noch besteht und beendet wird, wenn der Fehler z. B. von selbst verschwunden ist.

Claims (2)

1. Selbstschwingende Horizontalendstufe eines Fernsehempfängers mit einem Rückkopplungszweig, der eine von einem Wechselstrom durchflossene Induktivität und eine auf Stromwärme ansprechenden Einrichtung zum Unterbrechen des Stromkreises bei Überschreitung eines Nennstroms, im folgenden "Sicherung" genannt, enthält und die Stromstärke dieses Stromkreises zumindest teilweise durch die Impedanz der Induktivität bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (2) eine Drosselspule ist mit einem Kern (3) aus ferromagnetischem Material und einer Wicklung aus einem Draht solchen Widerstandes, daß der Curie-Punkt des ferro­ magnetischen Materials infolge thermischer Kopplung mit der Wicklung und durch deren Erwärmung kurz oberhalb des Nennstromes der Sicherung (1) erreicht wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kern (3) aus ferromagne­ tischem Material so bemessen ist, daß er kurz über dem Nennstrom der Sicherung (1) in die magnetische Sättigung geht.