DE3128176C2 - Regulated power supply circuit - Google Patents
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Abstract
Eine Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung, die eine relativ stabile Ausgangsspannung liefert, enthält ein Sättigungsmagnetelement mit einem magnetisierbaren Kern (20) und einer darauf befindlichen Wicklung (22). In der Wicklung wird ein Magnetisierungsstrom durch eine Quelle (23) hochfrequenter Eingangsspannung zur Erzeugung eines magnetischen Wechselflusses in dem magnetisierbaren Kern (20), welcher mit der Wicklung verkettet ist, hervorgerufen, so daß eine Ausgangsspannung wechselnder Polarität entsteht. Ein Kondensator (26) läßt einen zirkulierenden Strom entstehen, der einen magnetischen Fluß in einem Kernabschnitt hervorruft, welcher der Wicklung zugeordnet ist und zur magnetischen Sättigung des Kernabschnittes beiträgt, so daß die Ausgangswechselspannung infolge einer Ferroresonanzwirkung geregelt wird. Zur Temperaturstabilisierung der Ausgangsspannung wird der magnetische Sättigungskernabschnitt des magnetischen Elementes aus einem Ferrospinell gebildet, das ein Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit enthält. Die Lithiumkationen enthaltenden Ferrospinelle haben gewünschte magnetische Eigenschaften einer relativ kleinen Änderung der Sättigungsflußdichte mit der Temperatur, und bei geeigneter Herstellung auch einer niedrigen Koerzitivkraft, welche zu einem relativ kleinen Temperaturanstieg in dem Sättigungselement über die Umgebungstemperatur führt. Wenn die Ferroresonanz-Stromversorgungsanordnung zur Erzeugung einer Anoden-Hochspannung für eine BildröhreA ferroresonance power supply circuit which provides a relatively stable output voltage includes a saturation magnetic element having a magnetizable core (20) and a winding (22) thereon. A magnetizing current is generated in the winding by a source (23) of high-frequency input voltage to generate an alternating magnetic flux in the magnetizable core (20), which is linked to the winding, so that an output voltage of alternating polarity is produced. A capacitor (26) creates a circulating current which creates a magnetic flux in a core section which is associated with the winding and which contributes to the magnetic saturation of the core section, so that the output AC voltage is regulated as a result of a ferroresonance effect. To stabilize the temperature of the output voltage, the magnetic saturation core section of the magnetic element is formed from a ferrospinel which contains a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite. The ferrospinels containing lithium cations have desirable magnetic properties of a relatively small change in saturation flux density with temperature and, if suitably manufactured, also of a low coercive force, which leads to a relatively small increase in temperature in the saturation element above ambient temperature. When the ferroresonance power supply arrangement for generating an anode high voltage for a picture tube
Description
Die Erfindung betrifft eine geregelte Stromversorgungsschaltung mit Sättigungskern, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.The invention relates to a regulated power supply circuit with a saturation core, as described in the preamble of claim 1 is required.
Aus der DE-PS 5 81 792 ist eine geregelte Stromversorgungsschaltung mit einem Spannungsteiler bekannt, dessen einer Teil eine stark gesättigte Drossel mit parallel geschaltetem Kondensator enthält, an welcher eine praktisch konstante Spannung für einen Verbraucher abgenommen werden kann. Hinsichtlich der Eigenschaften von Magnetkernmaterialien ist es aus dem Buch »Grundlagen der Elektrotechnik« von Reth, Kruschwitz und Müllenborn, Verlag Vieweg, Braunschweig 1975, Seiten 151/152 bekannt, daß die Fläche der Hysteresisschleife ein Maß für die Verluster-rgie bei der Unmagnetisierung ist, wobei festgestellt wird, daß Weicheisen mit seiner schmalen Hysteresiskurve für elektrische Maschinen und Transformatoren zu bevorzugen ist, während Materialien mit größerflächigen Hysteresisschleifen für Permanentmagnete geeignet sind. Im Zusammenhang mit Ferrorcsonanz-Spannungsregelschaltungen ist es ferner aus der Zeitschrift »IEEE Transactions on Magnetics« Nr. 3, vom September 1971, Seiten 564 bis 567 bekannt, daß die Stabilität der Ausgangsspannung von der Konstanz der Sättigungsflußdichte des Magnetkerns abhängt. Eine solche Stromversorgungsschaltung mit einem Ferroresonanz-Transformator oder einer sättigbaren Ferroresonanz-Drossel als Regelelement nutzt das Prinzip der magnetischen Sättigung aus, um eine Ausgangsspannung relativ konstant zu halten. Das Regelelement bewirkt zusammen mit einer Resonanzschaltung, deren Resonanzfrequenz typischerweise unterhalb der Frequenz der Eingangsspannung gewählt wird, für eine relativ wirksame Regelung der Ausgangsspannuiig bei Änderungen der Belastung und der Eingangsspannung. Die Verwendung passiver Reaktanzelemente ergibt einen zuverlässigen Betrieb. Das angewandte Ferroresonanzprinzip verhindert auch, daß bei Betriebsfehlern übermäßig große Ausgangsspannungen erzeugt werden.From DE-PS 5 81 792 a regulated power supply circuit with a voltage divider is known, one part of which contains a highly saturated choke with a capacitor connected in parallel, on which a practically constant voltage for a consumer can be drawn off. Regarding the properties of magnetic core materials it is from the book "Fundamentals of Electrical Engineering" by Reth, Kruschwitz and Müllenborn, Verlag Vieweg, Braunschweig 1975, pages 151/152 known that the area of the hysteresis loop is a measure of the loss energy in the case of non-magnetization, whereby it is established that soft iron with its narrow hysteresis curve for electrical machines and transformers is preferable, while materials with large-area hysteresis loops are suitable for permanent magnets. In connection with Ferrorcsonance voltage regulating circuits are also from the journal "IEEE Transactions on Magnetics" No. 3, of September 1971, pages 564 to 567 known that the stability of the output voltage of the Constancy of the saturation flux density of the magnetic core depends. Such a power supply circuit with a ferroresonance transformer or a saturable ferroresonance choke as a control element uses this Principle of magnetic saturation in order to keep an output voltage relatively constant. The rule element causes together with a resonance circuit whose resonance frequency is typically below the Frequency of the input voltage is chosen for a relatively effective control of the output voltage Changes in load and input voltage. The use of passive reactance elements results reliable operation. The applied ferroresonance principle also prevents operational errors excessively large output voltages are generated.
Ein Betrieb bei einer relativ hohen Eingangsfrequenz, wie etwa der Fernseh-Horizontalablenkfrequenz von ungefähr 16 kHz ist ein Ferroresonanz-Transformator relativ kompakt und leicht und ergibt von Haus aus eine Ausgangsspannungsregelung ohne Notwendigkeit einer relativ komplizierten und teueren elektronischen Regelschaltung. Im Sinne eines vernünftig guten Wirkungsgrades bei einer hohen Betriebsfrequenz von 16 kHz kann der magnetisierbar Kern eines Ferroresonanz-Transformators aus magnetisierbarem Material relativ hohen spezifischen Widerstandes hergestellt werden, wie beispielsweise einem Ferrit. Selbst wenn man ein Ferritkernmaterial verwendet können aber Wirbelstromverluste und Hystereseverluste im Kern und Widerstandsverluste infolge des in den mit der Wicklung des Ferroresonanz-Transformators gekoppelten Kondensator fließenden Resonanzstromes zu einer erheblichen Erwärmung des Sättigungskerns über die Umgebungstemperatur führen.Operating at a relatively high input frequency, such as the television horizontal deflection frequency of around 16 kHz, a ferroresonance transformer is relatively compact and lightweight, and inherently makes one Output voltage regulation without the need for a relatively complicated and expensive electronic control circuit. In terms of a reasonably good degree of efficiency at a high operating frequency of 16 kHz the magnetizable core of a ferroresonance transformer can be made of magnetizable material relatively high resistivity can be produced, such as a ferrite. Even if you have a Ferrite core material can be used but eddy current losses and hysteresis losses in the core and resistance losses as a result of the capacitor coupled to the winding of the ferroresonance transformer flowing resonance current to a considerable heating of the saturation core above the ambient temperature to lead.
Die Sättigungsflußdichte Bau vieler magnetisierbarer Materialien nimmt aber mit wachsender Temperatur ab. Da die Aasgangsspannung eines Ferroresonanz-Transformators zum Teil vom Wert Bsi„ des Sättigungskernmaterials abhängt, kann eine Temperaturerhöhung des Sättigungskerns zu einer unerwünschten Verringerung der Ausgangsspannung führen. Hysterese- und Wirbelstromverluste im Sättigungskern des Ferroresonanz-Transformators oder sättigbaren Reaktanz tragen jedoch zu einer Erwärmung des Kerns und des isolierten Spulendrahtes auf, der um den Kern gewickelt ist Relativ große Verluste sind jedoch unerwünscht weil sie den Wirkungsgrad der Stromversorgungsschaltung herabsetzen und weil hohe Betriebstemperaturen zu starke Einschränkungen hinsichtlich der Isolationserfordernisse ergeben.But the saturation flux density construction of many magnetizable materials decreases with increasing temperature. Since the output voltage of a ferroresonance transformer depends in part on the value B si "of the saturation core material, an increase in temperature of the saturation core can lead to an undesirable reduction in the output voltage. However, hysteresis and eddy current losses in the saturation core of the ferroresonance transformer or saturable reactance add to the heating of the core and the insulated coil wire that is wrapped around the core.However, relatively large losses are undesirable because they reduce the efficiency of the power supply circuit and because of high operating temperatures result in severe restrictions with regard to the insulation requirements.
Ausgehend von einem Stand der Technik, wie er aus der DE-PS 5 81 792 oder den erwähnten IEEE Transactions on Magnetics bekannt ist besteht die Aufgabe der Erfindung- darin, bei einer geregelten Stromversorgungsschaltung mit sättigbaren Kernmaterialien die Temperaturstabilität und den Wirkungsgrad zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichne", den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungtn der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetBased on a state of the art, as described in DE-PS 5 81 792 or the IEEE Transactions mentioned on Magnetics is known, the object of the invention is to provide a regulated power supply circuit with saturable core materials to improve temperature stability and efficiency. This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Further developments of the invention are characterized in the subclaims
Gemäß der Erfindung wird bei einer Ferroresonanzerscheinung zur Regelung ausnutzenden Stromversorgungsschaltung das magnetisierbare Material für einen Sättigungskern mit einer relativ stabilen Sättigungsflußdichte Bau und relativ hoher Koerzitivkraft Hc gewählt Ein Material, das nur eine dieser beiden gewünschten Eigenschaften aufweist eignet sich nicht für die Verwendung in einer Ferroresonanz Stromversorgungsschaltung. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat die Stromversorgungsschaltung eine mit einer Eingangsspannungsquelle gekoppelte Erregerstromschaltung und einen magnetisierbaren Kern mit einem sättigbaren Kernabschnitt auf dem eine Wicklung angeordnet ist und aufgrund des Erregerstroms entsteht in dem magnetisierbaren Kern ein Magnetfluß, der zur Erzeugung einer Ausgangswechselspannung mit der Wicklung verkettet ist Der Wicklung ist eine Kapazität zugeordnet um zusammen mit der Erregerstromschaltung ein magnetisches Feld wechselnder Polarität in dem sättigbaren Kernabschnitt zu erzeugen. Der Magnetfluß dieses Feldes sättigt den Kemabschnitt während jedes Zyklus der Ausgangswechselspannung, so daß ein Resonanzstrom in der Kapazität zur Regelung der Ausgangsspannung wechselnder Polarität entsteht. Der sättigbare Kemabschnitt ist erfindungsgemäß aus einem Lithiumferrit oder aus einem substituierten Lithiumferrit hergestellt According to the invention exploiting ends at a ferro-resonance phenomenon for regulating the power supply circuit is elected, the magnetizable material for a saturable core with a relatively stable saturation flux density construction and relatively high coercivity H c A material which has only one of these desired properties is not suitable for use in a ferroresonant Power supply circuit. According to a preferred embodiment of the invention, the power supply circuit has an excitation current circuit coupled to an input voltage source and a magnetizable core with a saturable core section on which a winding is arranged, and due to the excitation current, a magnetic flux arises in the magnetizable core, which is linked to the winding to generate an AC output voltage A capacitance is assigned to the winding in order, together with the excitation current circuit, to generate a magnetic field of alternating polarity in the saturable core section. The magnetic flux of this field saturates the core portion during each cycle of the output AC voltage, so that a resonance current arises in the capacitance for regulating the output voltage of alternating polarity. According to the invention, the saturable core section is made of a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite
Aus dem »Journal of Magnetism and Magnetic Materials« Band 9,1978, Seiten 299 bis 317, ist die Anwendung von Lithiumferrit für Mikrowellenmaterialien bekannt, die auch in anderen Höchstfrequenzanwendungen, wie etwa in Computern, brauchbar sind. Ferner ist die Herstellung von Speicherkernen aus Lithiumferriten für Computeranwendungen aus der DE-OS 29 20 192 bekannt während in der DE-OS 27 55 525 die Anwendung von Lithium-Titan-Zink-Ferriten für Transformatorkerne oder Ablenkjoche beschrieben ist Ein Zusammenhang mit Niederfrequenzanwendungen, die mit sättigbaren Kernen arbeiten, ist nicht erkennbar.From the "Journal of Magnetism and Magnetic Materials" Volume 9, 1978, pages 299 to 317, the application is of lithium ferrite known for microwave materials that are also used in other high frequency applications, such as in computers, for example. Furthermore, the production of storage cores made of lithium ferrite is for Computer applications from DE-OS 29 20 192 known while in DE-OS 27 55 525 the application of lithium-titanium-zinc-ferrites for transformer cores or deflection yokes is a connection with low frequency applications that work with saturable cores is not discernible.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert Es zeigtThe invention is described below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings explained in detail It shows
F i g. 1 sine Hochfrequenz-Ferrcresonanz-Stromversorgungsschaltung mit einer sättigbaren Reaktanz unter Verwendung eines Sättigungskernmaterials, dessen Sättigungsflußdichte relativ temperaturstabil ist und dessen Koerzitivkraft relativ niedrig ist, wie etwa einem Litiiiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit gemäß der Erfindung;F i g. 1 is a high frequency ferrcresonance power supply circuit with a saturable reactance below Use of a saturation core material whose saturation flux density is relatively temperature stable and whose Coercive force is relatively low, such as a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite according to the invention;
F i g. 2 eine HochfreCjUenz-Ferroresonanz-Endanodenstromversorgungsschaltung mit einer sättigbaren Reaktanz unter Verwendung derselben oder eines ähnlichen Sättigungskernmaterials wie im Falle der F i g. 1;F i g. 2 shows a high frequency ferroresonance ultor power supply circuit with a saturable reactance using the same or a similar saturation core material as in the case of FIG. 1;
F i g. 3 Diagramme der Sättigungsflußdichte über der Temperatur für verschiedene magnetisierbare Ferrite;F i g. 3 diagrams of the saturation flux density as a function of temperature for various magnetizable ferrites;
F i g. 4 eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Konfiguration von Kern und Windung undF i g. 4 one opposite FIG. 1 modified configuration of core and winding and
F i g. 5—8 Nomarski-Mikrogramme polierter Oberflächen verschiedener Beispiele.F i g. 5-8 Nomarski micrograms of polished surfaces of various examples.
In F i g. 1 ist eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltun«? 10 mit einer sättigbaren Drossel veranschaulicht, welche an den Anschlüssen 18 und 19 eine geregelte Spannung wechselnder Polarität zur Speisung einer in F i g. 1 schematisch mit /?< bezeichneten Last erzeugt. Die Stromversorgungsschaltung 10 kann beispielsweise so dimensioniert sein, daß sie eine relativ niedrige geregelte Ausgangsspannung Vou, von beispielsweise 24 Vec/erzeugt.In Fig. 1 is a high frequency ferroresonance power supply circuit? 10 illustrates with a saturable choke which, at the connections 18 and 19, has a regulated voltage of alternating polarity for feeding a voltage shown in FIG. 1 is generated schematically with /? <Denoted load. The power supply circuit 10 can for example be dimensioned so that it generates a relatively low regulated output voltage V ou , for example 24 Vec /.
Die Stromversorgungsschaltung 10 weist einen Hochfrequenz-Leistungsoszillator 23, der an den Anschlüssen 16 und 17 eine ungeregelte Eingangswechselspannung erzeugt, und eine Eingangsdrossel 25 auf, über welche die Eingangswechselspannung an eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Anordnung 24 mit sättigbarer Reaktanz gekoppelt wird. Die Anordnung 24 enthält einen Resonanzkondensator 26, der über die Ausgangsanschlüsse 18 und 19 und über eine Reaktanzwicklung 22 eines Sättigungsmagnetelementes oder einer sättigbaren Drossel SR geschaltet ist. Die Drossel SR hat eine Wicklung 22, die über einen hohlen Plasdkspulenkörper 21 gewickelt ist, und einen magnetisierbaren Kern 20, der sich innerhalb der Wicklung 22 und des Wickelkörpers 21 befindet.The power supply circuit 10 has a high-frequency power oscillator 23, which generates an unregulated AC input voltage at the connections 16 and 17, and an input choke 25, via which the AC input voltage is coupled to a high-frequency ferroresonance arrangement 24 with saturable reactance. The arrangement 24 contains a resonance capacitor 26 which is connected via the output connections 18 and 19 and via a reactance winding 22 of a saturation magnetic element or a saturable choke SR . The choke SR has a winding 22 which is wound over a hollow plasma coil former 21, and a magnetizable core 20 which is located within the winding 22 and the winding former 21.
In der Wicklung 22 Hießt ein Magnetisierungsstrom zur Erzeugung eines magnetischen Wechselflusses im magnetisierbaren Kern 20, welcher mit der Wicklung verkettet ist, um eine Ausgangsspannung wechselnderIn the winding 22 is called a magnetizing current for generating a magnetic alternating flux in the magnetizable core 20, which is linked to the winding, to an output voltage alternating
Polarität Vou, zu erzeugen. Der Magnetisierungsstrom, oder der Wicklungsstrom in der sättigbaren Drossel, stammt zum Teil von der Eingangswechselspannungsquelle 23 und wird über die Eingangsdrossel 25 zur Wicklung 22 übertragen, und zum Teil von dem durch den Resonanzkondensator 26 gelieferten Strom.Polarity V ou to generate. The magnetizing current, or the winding current in the saturable choke, comes partly from the input AC voltage source 23 and is transmitted to the winding 22 via the input choke 25, and partly from the current supplied by the resonance capacitor 26.
Die Ausgangsspannung Vou, ist gegen Amplitudenänderungen der Eingangsspannung und gegen Lastschwankungen geregelt, und zwar infolge der Ferroresonanzwirkung der Anordnung 24, welche bewirkt, daß die Induktivität des Sättigungsmagnetelementes SÄ während jedes Halbzyklus der Ausgangsspannung Vaul zwischen einem Zustand relativer hoher induktiver Impedanz und einem Zustand relativ niedriger induktiver Impedanz umgeschaltet wird. Befindet sich das Element SÄ im Zustand hoher Impedanz, in welchem seine Impedanz beispielsweise das I Of ache oder noch mehr der Lastimpedanz R\ beträgt, dann fließt in der Drossel-VO wicklung 22 ein relativ kleiner Magnetisierungsstrom. Wenn in der Wicklung 22 der kleine Magnetisierungsstrom fließt, dann erzeugen die von der Ausgangsspannung Vou, im Kern 20 eingeprägten Volt-Sekunden eine Flußumkehr im magnetisierbaren Kern 20 und einen nachfolgenden Flußaufbau in der entgegengesetzten Richtung. Wenn das Element SÄ eine hohe Impedanz hat, dann befindet sich der magnetische Arbeitspunkt des magnetisierbaren Kernes 20 im linearen Bereich der B-//-Kurve des magnetisierbaren Kernmaterials unterhalb des Knickes dieser Kurve.The output voltage V ou is regulated against amplitude changes in the input voltage and against load fluctuations, namely as a result of the ferroresonance effect of the arrangement 24, which causes the inductance of the saturation magnetic element SÄ to switch between a state of relatively high inductive impedance and a state during each half cycle of the output voltage V aul relatively low inductive impedance is switched. If the element SÄ is in the high impedance state, in which its impedance is, for example, the I Of ache or even more than the load impedance R \ , then a relatively small magnetizing current flows in the choke VO winding 22. If the small magnetizing current flows in the winding 22, then the volt-seconds impressed in the core 20 by the output voltage V ou produce a flux reversal in the magnetizable core 20 and a subsequent build-up of flux in the opposite direction. If the element SÄ has a high impedance, then the magnetic operating point of the magnetizable core 20 is in the linear region of the B- // curve of the magnetizable core material below the kink of this curve.
Wenn die über der Wicklung 22 des sättigbaren Kerns eingeprägten Volt-Sekunden den magnetischen Arbeitspunkt des Kernmaterials über den Knick der ß-//-Kurve in das magnetische Sättigungsgebiet verschieben, dann ändert sich die Induktivität des Elementes SÄ, also der sättigbaren Drossel, auf einen relativ niedrigen Wert Dann flieUt zwischen dem Resonanzkondensator 26 und der Drosselwicklung 22 ein zirkulierender oder Resonanzstrom, der in der Wicklung einen Stromimpuls hervorruft und zu einer Polaritätsumkehr der Ausgangsspannung Voul führt.If the volt-seconds impressed over the winding 22 of the saturable core shift the magnetic working point of the core material over the kink of the ß - // - curve into the magnetic saturation area, then the inductance of the element SÄ, i.e. the saturable choke, changes to one relatively low value Then a circulating or resonance current flows between the resonance capacitor 26 and the inductor winding 22, which causes a current pulse in the winding and leads to a polarity reversal of the output voltage V oul .
Im Sinne einer relativ guten Ausgangsspannungsregelung kann es wünschenswert sein, die sättigbare DrosselIn terms of a relatively good output voltage regulation, it may be desirable to use the saturable choke
so auszubilden, daß die Drosselinduktivität während der magnetischen Sättigung des Kerns 20 so klein wie praktikabel ist. Die Größe der Induktivität der Wicklung 22 im Sättigungsfall oder in dem Intervall, wo der Kern 20 magnetisch gesättigt ist, kann beispielsweise auf ein Zehntel des Impedanzwertes der Lastschaltung Äi gewählt werden.to train so that the choke inductance during the magnetic saturation of the core 20 as small as is practicable. The size of the inductance of the winding 22 in the case of saturation or in the interval where the core 20 is magnetically saturated, for example, to a tenth of the impedance value of the load circuit Ai to get voted.
Die Eingangswechselspannungsquelle 23 kann einen Hochfreouenz-Sinus- oder -RechteckleistungsoszillatorThe input AC voltage source 23 can be a high-frequency sine or square-wave power oscillator
aufweisen, der mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz von beispielsweise 16 bis 20 kHz arbeitet. Dann kann die Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung 10 als relativ kompakte Einheit niedrigen Gewichts ausgeführt werden, welche inhärente Ausgangsspannungsregeleigenschaften hat, ohne daß dazu relativ aufwendige und teuere elektronische Regelschaltungen benötigt wurden.have, which operates with a relatively high input frequency of, for example, 16 to 20 kHz. Then can the ferroresonance power supply device 10 is designed as a relatively compact unit of low weight which has inherent output voltage regulation properties without being relatively expensive and expensive electronic control circuits were required.
Der Betrieb bei hoher Frequenz erlaubt die Verwendung von Induktivitäten niedrigen Wertes für die Eingangsdrossel 25 und Kapazitäten niedrigen Wertes für den Resonanzkondensator 26. Bemißt man die Stromversorgungseinrichtung 10 für eine Lieferung einer geregelten Gleichspannung, dann enthält die Lastschaltung Äi eine Gleichrichteranordnung, die über einen Filterkondensator geschaltet ist, an dem die Gleichspannung auftritt. Ein Betrieb der Stromversorgungseinrichtung 10 bei einer hohen Frequenz erlaubt dann die Verwendung eines iCöridcrisäiörs relativ kleinen Wertes zur Filterung der gicichgcrichicicri AusgärigSSpännUng der die sättigbare Drossel aufweisenden Ferroresonanz-Anordnung 24.Operation at high frequency allows low value inductances to be used for the input choke 25 and low value capacitances for the resonance capacitor 26. If the power supply is dimensioned 10 for a supply of a regulated DC voltage, then the load circuit contains Äi a rectifier arrangement which is connected via a filter capacitor to which the direct voltage occurs. Operating the power supply 10 at a high frequency then allows use of an iCöridcrisäiörs relatively small value for filtering the gicichgcrichicicri outgoing voltage of the Ferroresonance arrangement 24 having a saturable choke.
Ein Betrieb der Stromversorgungseinrichtung 10 bei hoher Frequenz erlaubt auch eine Realisierung der sättigbaren Drossel SÄ als kleine kompakte Einheit, wie es Fig. 1 zeigt, deren Kern 20 nur einen einzigen Streifen aus magnetisierbarem Material aufweist Es können auch andere Konfigurationen für die sättigbare Drossel SÄ benutzt werden. Wie F i g. 4 zeigt, kann die sättigbare Drossel einen Toroidkern 120 aufweisen, um den eine Drosselwicklung 122 herumgewickelt ist, deren nicht dargestellte Wicklungsenden an den Kondensator 26 in F i g. 1 anzuschließen wären.An operation of the power supply device 10 at high frequency also allows implementation of the saturable choke SA as a small compact unit, as shown in FIG. 1, the core 20 of which is only a single unit It has other configurations for the saturable material Throttle SÄ can be used. Like F i g. 4 shows, the saturable reactor may have a toroidal core 120 to around which a choke winding 122 is wound, whose winding ends (not shown) are connected to the capacitor 26 in FIG. 1 would have to be connected.
Wenn die Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung 10 bei relativ hohen Eingangsfrequenzen von 16 bis 20 kHz betrieben wird, dann können die Wirbelstromverluste im magnetisierbaren Kern 20 gemäß F i g. 1 oder im Kern 120 gemäß F i g. 4 übermäßig groß werden, wenn man sie bei der Bemessung der sättigbaren Drossel Sä nicht berücksichtigt. Als magnetisierbares Material für den Kern der sättigbaren Drossel kann ein magnetisierbarer Ferrit gewählt werden, der so hergestellt wird, daß er einer Wirbelstrombildung einen relativ hohen Widerstand entgegensetzt, also mit spezifischen Widerständen im Volumen von mehr als 102 Ohm-cm.If the ferroresonance power supply device 10 is operated at relatively high input frequencies of 16 to 20 kHz, then the eddy current losses in the magnetizable core 20 as shown in FIG. 1 or in the core 120 according to FIG. 4 become excessively large if they are not taken into account when dimensioning the saturable inductor Sä. A magnetizable ferrite can be selected as the magnetizable material for the core of the saturable choke, which is manufactured in such a way that it offers a relatively high resistance to the formation of eddy currents, i.e. with specific resistances in a volume of more than 10 2 ohm-cm.
Weiterhin zeigen viele magnetisierbare Ferrite zufriedenstellend große ungesättigte Permeabilitäten und geeignet große Sättigungsflußdichten, wie es bei sättigbaren Ferroresonanz-Drosseln und -Transformatoren benötigt wird, damit die sättigbare Drossel relativ große ungesättigte Induktivitäten aufweist, ohne daß übermäßig große Querschnittsflächen oder eine übermäßig große Anzahl von Spulenwindungen für eine gegebene Ausgangsspannung benötigt würden.Furthermore, many magnetizable ferrites show satisfactorily large unsaturated permeabilities and suitably large saturation flux densities, as is the case with saturable ferroresonance chokes and transformers is needed in order for the saturable reactor to have relatively large unsaturated inductances without being excessive large cross-sectional areas or an excessively large number of coil turns for a given Output voltage would be required.
Benützt man als Kernmaterial in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer DrosselIs used as the core material in a high-frequency ferroresonance arrangement with a saturable choke
einen magnetisierbaren Ferrit, dann durchläuft der magnetische Fluß im wesentlichen die gesamte größere B-//-Hystereseschleife des Kernmaterials während jedes Zyklus der Ausgangsspannung wechselnder Polarität Während jedes Zyklus wird Energie als Hitze in der Masse des Kernmaterials verbraucht, die proportional der Fläche der größeren ^-//-Hystereseschleife ist Der magnetisierbare Kern der sättigbaren Drossel heizt sich daher auf eine Betriebstemperatur auf, die über der Umgebungstemperatur liegt und abhängt von (1) den Hysterese- und Wirbeistromverlusten innerhalb des Materials, (2) der Kerngeometrie und dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und (3) der thermischen Leitfähigkeit des Ferritmaterials. Die Geometrie des Kernes 20 nach F i g. 1 a's dünner Streifen und die schmale dünnwandige Form des Kernes nach F i g. 4 ergeben ein relativ großes Oberfiächen/Voiümen-Verhäiinis und damit eine relativ gute Kühlung des Kerns.a magnetizable ferrite, then the magnetic flux traverses essentially the entire larger B- // - hysteresis loop of the core material during each cycle of the output voltage of alternating polarity. During each cycle, energy is consumed as heat in the bulk of the core material, which is proportional to the area of the larger ^ - // - Hysteresis loop is The magnetizable core of the saturable choke therefore heats up to an operating temperature that is above the ambient temperature and depends on (1) the hysteresis and eddy current losses within the material, (2) the core geometry and the ratio of surface area to volume and (3) the thermal conductivity of the ferrite material. The geometry of the core 20 according to FIG. 1 a's thin strip and the narrow, thin-walled shape of the core according to FIG. 4 result in a relatively large surface / volume ratio and thus a relatively good cooling of the core.
Die geregelte Ausgangsspannung einer Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer Drossel hängt von der Sättigungsflußdichte Bsän des magnetisierbaren Materials des Sättigungskerns ab. Die Ausgangsspannung sinkt beispielsweise mit abnehmender Flußdichte. Die Größe der Änderung der Sättigungsflußdichte mit der Tempe-The regulated output voltage of a ferroresonance arrangement with a saturable choke depends on the saturation flux density Bsän of the magnetizable material of the saturation core. The output voltage decreases with decreasing flux density, for example. The size of the change in the saturation flux density with the temperature
ratur ist für viele magnetisierbare Ferrite relativ klein, so daß diese Ferrite zur Verwendung in einer Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung mit sättigbarer Drossel, bei welcher eine relativ stabile Ausgangsspannung gefordert wird, relativ ungeeignet sind.Temperature is relatively small for many magnetizable ferrites, so that these ferrites for use in a ferroresonance power supply device with a saturable choke, in which a relatively stable output voltage is required, are relatively unsuitable.
Als magnetisierbares Material des Sättigungskernes einer Ferroresonanzeinrichtung mit sättigbarer Drossel wird ein magnetisierbarer Ferrit mit temperaturstabiler Sättigungsflußdichte ßu„ gewählt. Das magnetisierbare Material weist ein Ferrospinell oder magnetisierbares Ferrit auf, das aus einem Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit ausgewählt ist. Ein geeignetes substituiertes Lithiumferrit kann ein Lithiummanganfer;>;oder Lithiumzinkferrit umfassen. Bei richtiger Herstellung hat ein solches Ferrite enthaltendes Lithiumkation die vorteilhaften Eigenschaften sowohl einer temperaturstabilen Sättigungsflußdichte wie auch relativ niedriger Koerzitivkraft H0. Bei Verwendung als Sättigungskernmaterial in einem Ferroresonanzsystem mit ι ο sättigbarer Drossel ergibt sich damit bei Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit eine relativ kleine Änderung der geregelten Ausgangsspannung bei Änderungen der Kerntemperatur, und gleichzeitig bleibt der Anstieg der Betriebstemperatur des Kerns infolge von Hysterese- und Wirbelstromveriusten relativ klein.A magnetizable ferrite with a temperature-stable saturation flux density ßu "is selected as the magnetizable material of the saturation core of a ferroresonance device with a saturable choke. The magnetizable material comprises a ferrospinel or magnetizable ferrite selected from a lithium ferrite or a substituted lithium ferrite. Suitable substituted lithium ferrite can include lithium manganese ferrite or lithium zinc ferrite. When properly manufactured, such a ferritic-containing lithium cation has the advantageous properties of both a temperature-stable saturation flux density and a relatively low coercive force H 0 . When used as a saturation core material in a ferroresonance system with ι ο saturable choke, with lithium ferrite or a substituted lithium ferrite there is a relatively small change in the regulated output voltage with changes in the core temperature, and at the same time the increase in the operating temperature of the core remains relatively small due to hysteresis and eddy currents .
Lithiumferrite haben die nominelle Formel LiojFe2304. Die Lithium- und Eisenmetallionen können bekanntermaßen teilweise durch kleinere Mengen eines oder anderer Metalle ersetzt werden, wie Mangan, Zink, Nickel oder Cobalt. Die als Teil der hier beschriebenen Erfindung verwendeten Lithiumferrite haben jedoch eine Koerzitivkraft Hc von um 1,5 OersteJ oder weniger bei Raumtemperatur. Sie haben auch eine große Korngröße von etwa 50 bis 200 μ oder darüber.Lithium ferrites have the nominal formula LiojFe2304. It is known that some of the lithium and iron metal ions can be replaced by smaller amounts of one or other metals, such as manganese, zinc, nickel or cobalt. However, the lithium ferrites used as part of the invention described herein have a coercive force H c of around 1.5 ohms or less at room temperature. They also have a large grain size of around 50 to 200μ or larger.
Die als Teil der Erfindung benutzten Ferrite werden hergestellt durch Zumischen der Ferritbesiandteüs, beispielsweise Fe2C>3 und L12CO3, zu B12O3 als Sintermittel, vorzugsweise hi einer Menge von mindestens 1 bis zu etwa 3 Gew.-% von den Lithiumferritbestandteilen. Andere Materialien wie Mangan, Zink und dergleichen können ebenfalls in gewünschten Mengen in Form ihrer Carbonate hinzuaddiert werden. Nach dem Brennen, vorzugsweise bei etwa 800 bis 950° C, Mahlen und Formgeben des Ferritmaterials in üblicher Weise wird das Material dann bei Temperaturen von mindestens um 1200 bis 1500°C und vorzugsweise bei etwa 1250 bis 1450°C nochmals gebrannt. Wenn die Sintertemperatur zu niedrig ist, dann wird die Koerzitivkraft zu hoch. Ist dagegen die Sintertemperatur zu hoch, dann wirft das Material Blasen und bildet Hohlräume, die das optische Aussehen und die mechanische Festigkeit beeinträchtigen.The ferrites used as part of the invention are made by admixing the ferrite ingredients, for example Fe2C> 3 and L12CO3, to B12O3 as sintering agent, preferably in an amount of at least 1 up to about 3% by weight of the lithium ferrite components. Other materials like manganese, zinc and the like can also be added in the desired amounts in the form of their carbonates. After the burn, preferably at about 800 to 950 ° C, grinding and shaping of the ferrite material in the usual way Material then at temperatures of at least around 1200 to 1500 ° C and preferably at about 1250 to Fired again at 1450 ° C. If the sintering temperature is too low, the coercive force becomes too high. is if, on the other hand, the sintering temperature is too high, the material then throws bubbles and forms cavities, which are optical Impair appearance and mechanical strength.
Zwar ist der genaue Grund, warum sich das vorliegende Lithiumferrit von dem bekannten Material unterscheidet, nicht bekannt, jedoch glaubt man, daß das Vorhandensein von Wismutoxid als eine flüssige Phase für die Bildung eines Lithiumferrites wirkt, das eine große kristalline Korngröße aufweist, die sich während des Hcohtemperaturbrennens ausbildet.The exact reason why the present lithium ferrite differs from the known material is not known, however, it is believed that the presence of bismuth oxide as a liquid phase for the formation of a lithium ferrite acts, which has a large crystalline grain size, which during the High temperature burning trains.
Das Wismutoxid wird vorzugsweise vor dem Brennvorgang der niedrigeren Temperatur hinzugefügt, man kann es aber auch danach dazu tun. Das Wismutoxid kann dem gebrannten Ferrit während des Mahlvorgangs zugefügt werden, wo sich eine gut gleichmäßige Mischung von Ferrit und Wismutoxid vor dem Brennen ergibt.The bismuth oxide is preferably added before the lower temperature firing process, man but can also do it afterwards. The bismuth oxide can be added to the burned ferrite during the grinding process added, where a well-even mixture of ferrite and bismuth oxide results before firing.
Das Material-Herstellungsverfahren wird anhand der nun folgenden Beispiele weiter erläutert.The material production process is explained further with the aid of the examples which now follow.
Ein Lithiumferrit wurde hergestellt durch Zusammenmischen von 18,08 g Lithiumcarbonat mit 194,04 g eisenhaltigem Oxid. Die Bestandteile wurden zwei Stunden lang in Isopropanol gemischt, das Lösungsmittel wurde 4η abgefiltert, das Material getrocknet und zwei Stunden lang in Sauerstoff bei 875°C gebrannt. Das Ferritmaterial wurde dann 24 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen, und es wurde ein Paraffin-Bindemittel von 3 Gew.-% der Ferritmenge hinzugefügt. Die Mischung wurde gepreßt und in Sauerstoff bei verschiedenen Temperaturen zwei Stunden lang erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.A lithium ferrite was prepared by mixing together 18.08 grams of lithium carbonate with 194.04 grams of ferrous one Oxide. The ingredients were mixed for two hours in isopropanol, the solvent was 4η filtered off, the material dried and burned in oxygen at 875 ° C for two hours. The ferrite material was then ball milled for 24 hours and a paraffin binder of 3% by weight of the Amount of ferrite added. The mixture was pressed and put into oxygen at two different temperatures Heated for hours and then cooled to room temperature.
Der Wert Hc und die Kerntemperatur wurden bei einer Anwendung in einem Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformator gemessen und bestimmt. Die oben erläuterten Exemplare oder Proben wurden mit einer handelsüblichen Probe von Lithiumferrit, Trans-Tech ine. 71 -3750, verglichen, welches mit Kontrolle bezeichnet ist.The value H c and the core temperature were measured and determined in an application in a high-frequency ferroresonance transformer. The specimens or samples discussed above were made with a commercially available sample of lithium ferrite, Trans-Tech ine. 71-3750, compared which is labeled control.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefaßt.The results are summarized in Table 1 below.
Probe Sintertemperatur, ° C Hc Transformator-Kern-Temperatur jSample sintering temperature, ° C H c transformer core temperature j
2,45 > 180°C2.45> 180 ° C
1,75 148°C 551.75 148 ° C 55
13 143°C13 143 ° C
Diese Angaben zeigen, daß der Wert H0 und die Betriebstemperatur abnehmen, wenn die Sintertemperatur eines Lithiumferrites zunimmtThese data show that the value H 0 and the operating temperature decrease when the sintering temperature of a lithium ferrite increases
Ein Lithiumferrit wurde wie im Beispiel 1 hergestellt jedoch wurde die Menge des Sintermittels, Wismutoxid, verändert das während des anfänglichen Mischvorgangs hinzugefügt worden war. Die Sintertemperatur betrug in allen Fällen 1300° C Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßtA lithium ferrite was produced as in Example 1, but the amount of the sintering agent, bismuth oxide, changed that was added during the initial mixing process. The sintering temperature was 1300 ° C. in all cases. The results are summarized in Table II
-: Tabelle II-: Table II
h Probe Gew.-% B12O3 Hc Transformator-Kern-Temperaturh sample wt .-% B12O3 H c transformer core temperature
5 Beispiel IA - 1,75 148° C5 Example IA - 1.75148 ° C
ί Beispiel 2A 0,1 1,6 — ί Example 2A 0.1 1.6 -
Beispiel 2B 1,0 1,15 1380CExample 2B 1.0 1.15 138 ° C
Beispiel2C 3,0 0,8 1160CExample 2C 3.0 0.8 116 0 C
Die vorstehenden Angaben zeigen, daß Hc und die Kerntemperatur abnehmen, wenn die zugefügte Wismutoxidme"ge gesteigert wird.The above data show that H c and the core temperature decrease when the added bismuth oxide "ge" is increased.
B e i s ρ i e I 3B e i s ρ i e I 3
Ein Lithiumferrit wurde folgendermaßen hergestellt: 6,027 g Lithiumcarbonat, 64,679 g Eisenoxid und 2,121 g Wismutoxid wurden in Isopropanol zwei Stunden lang miteinander gemischt, zur Entfernung des Lösungsmittel:: gefiltert, getrocknet und dann zwei Stunden lang in Sauerstoff bei 875°C gebrannt. Die sich ergebende Substanz wurde 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen, im Vakuum gefiltert, und dann wurden 3 Gew.-% eines Paraffin-Bindemittels hinzugefügt. Die Mischung wurde dann in einer Stahlforrn zu der gewünschter: Gestalt gepreßt und in Sauerstoff bis zu einer Temperatur von 1430° C gebrannt, die zwei Stunden lang gehalten wurde, dann auf 870° C abgekühlt und auf dieser Temperatur 12 Stunden lang gehalten und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt.A lithium ferrite was prepared as follows: 6.027 g lithium carbonate, 64.679 g iron oxide and 2.121 g bismuth oxide were mixed together in isopropanol for two hours, filtered to remove the solvent, dried and then calcined in oxygen at 875 ° C. for two hours. The resulting substance was ground in a ball mill for 24 hours, vacuum filtered, and then 3% by weight of a paraffin binder was added. The mixture was then pressed into the desired shape in a steel mold and fired in oxygen to a temperature of 1430 ° C which was held for two hours, then cooled to 870 ° C and held at that temperature for 12 hours and then on Cooled down to room temperature.
Aus diesem Material gepreßte Proben hatten günstigere Hystereseverlusteigenschaften und einen Wc-Wert von 0,6 Oersted.Samples pressed from this material had more favorable hysteresis loss properties and a W c value of 0.6 oersted.
Aus 888,1 Teilen Eisenoxid, 82,8 Teilen Lithiumcarbonat und 27,1 Teilen Wismutoxid wurde eine trockene Mischung hergestellt, zu Kügelchen geformt und dann eine Stunde lang bei 900° C gebrannt.888.1 parts of iron oxide, 82.8 parts of lithium carbonate and 27.1 parts of bismuth oxide became a dry one Mixture made, formed into beads and then baked at 900 ° C for one hour.
Das Material wurde dann pulverisiert (50% der Partikel passieren einen 40-Maschen-Schirm) und mit 2000 Teilen entionisiertem Wasser aufgeschlämmt, das 25 Teile Glacerin, 25 Teile Polyethylenglycol mit einem Molekulargewicht von 200, 100 Teile Polyvinylalkohol, Gelvatol 20—30 (erhältlich von der Firma duPont de Nemours und Co.), 0,15 Teile Octylalkohol, 0,16 Teile Sliciumdioxid (erhältlich unter dem Namen Cabosil MS7 von der Firma Cabot Corporation), 0,16 Teile Calciumcarbonat (als Marmorpulver erhältlich) und lOTeile eines Lösungsmittels Tamol 901 (erhältlich von der Rohm und Haas Company), enthielt. Die Aufschlämmung wurde in einer Kugelmühle bis zu einer Teilchengröße von 10μ gemahlen, zur Entfernung des Wassers sprühgetrocknet und abgekühlt, und dann wurden 5 Teile eines Lithiumstearat-Schmiermitteis hinzugefügt und das Materia! wurde zu einer Dichte von 2,91 g pro Kubikzentimeter in einer Form in die gewünschte Gestalt gepreßt.The material was then pulverized (50% of the particles pass through a 40-mesh screen) and with 2000 Parts of deionized water slurried, the 25 parts of glacerin, 25 parts of polyethylene glycol with a Molecular weight of 200, 100 parts of polyvinyl alcohol, Gelvatol 20-30 (available from duPont de Nemours and Co.), 0.15 part octyl alcohol, 0.16 part silicon dioxide (available under the name Cabosil MS7 from Cabot Corporation), 0.16 part of calcium carbonate (available as marble powder), and 10 parts of one Solvent Tamol 901 (available from Rohm and Haas Company). The slurry was in ground in a ball mill to a particle size of 10μ, spray-dried to remove the water and cooled, and then 5 parts of a lithium stearate lubricant was added and the Materia! was pressed in a mold into the desired shape to a density of 2.91 g per cubic centimeter.
Die Kerne wurden bei 13000C acht Stunden lang in Sauerstoff gebrannt, auf 9000C abgekühlt und sechs Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten, und dann auf Raumtemperatur heruntergekühlt. Das so erhaltene Lithiumferrit hat bei 25° C eine Koerzitivkraft von Hc gleich 1,0 Oersted.The cores were burned in oxygen at 1300 ° C. for eight hours, cooled to 900 ° C. and kept at this temperature for six hours, and then cooled down to room temperature. The lithium ferrite obtained in this way has a coercive force of H c equal to 1.0 oersted at 25 ° C.
Die Oberflächen mehrerer Lithiumferritproben, wie sie nach den Beispielen 1 und 2 hergestellt worden sind, wurden poliert, und die Korngröße wurde aus Nomarski-Mikrographien, wie sie in den Fig 5—8 dargestellt sind, gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle III wiedergegeben.The surfaces of several lithium ferrite samples, as they were produced according to Examples 1 and 2, were polished and the grain size was determined from Nomarski micrographs as shown in Figures 5-8 are measured. The results are given in Table III below.
Probe % Wismutoxid Korngröße, mm FigurSample% bismuth oxide grain size, mm figure
Beispiel 1 Kontrolle 0Example 1 Control 0
Beispiel IA 0Example IA 0
Beispiel 2B 1Example 2B 1
55 Beispiel 2C 355 Example 2C 3
Eine Anzahl von Lithiumferriten wurde hergestellt, welche zusätzlich zu dem Lithium entsprechend dem allgemeinen Verfahren gemäß Beispiel 1 Mangan bzw. Mangan und Zink enthielten, jedoch wurde die Brenntemperatur verändert Alle Proben enthielten 1 Gew.-°/o Wismutoxid.A number of lithium ferrite were manufactured, which in addition to lithium corresponding to General procedure according to Example 1 contained manganese or manganese and zinc, but the firing temperature was changed All samples contained 1% by weight bismuth oxide.
Im allgemeinen nahm der Wert //cab, wenn Mangan allein oder Mangan und Zink hinzugefügt wurden, jedoch nahm auch die Temperaturstabilität der Sättigungsflußdichte ab. Diese wird bestimmt durch Messung von ßmat bei Raumtemperatur und bei 150° C und Berechnung der Stabilität nach der folgenden GleichungIn general, when manganese alone or manganese and zinc were added, the value // c decreased, but the temperature stability of the saturation flux density also decreased. This is determined by measuring ß mat at room temperature and at 150 ° C and calculating the stability according to the following equation
Δ B BHL Δ B BHL
BB.
in welcher RTdie Raumtemperatur ist. Die Flußdichte Bmax wurde bei einer Magnetfeldstärke von 25 Oersted erhalten.at which RT the room temperature is. The flux density B max was obtained at a magnetic field strength of 25 Oersted.
Eine ^rste Reihe mit Zinkgehalt ist in der nachstehenden Tabelle IV zusammengestellt. Diese Proben waren bei 1435°C gebrannt worden.A first series with zinc content is shown in Table IV below. These samples were baked at 1435 ° C.
Zusammensetzung HcOe JB Composition HcOe JB
~B~~ B ~
Lio.5Mno.o6Fe 232 0,7 7,9%Lio.5Mno.o6Fe 232 0.7 7.9%
Lio.475Mno.06Zno.05Fe2.495 0,7 9%Lio.475Mno.06Zno.05Fe2,495 0.7 9%
Lio.45Mno.o6Zno.1oFe2.47o 0,55 8,1%Lio.45Mno.o6Zno.1oFe2.47o 0.55 8.1%
Lio.425Mno.o6Zno.15Fe2.445 0,55 10,8%Lio.425Mno.o6Zno.15Fe2.445 0.55 10.8%
Eine zweite Reihe mit denselben Zusammensetzungen, jedoch einer Brenntemperatur von 1380°C wurde hergestellt, die in der nachstehenden Tabelle V aufgeführt ist.A second series with the same compositions but a firing temperature of 1380 ° C was made which is listed in Table V below.
2020th
Zusammensetzung Hc, Oe ΔΒ Composition Hc, Oe ΔΒ
~ΊΓ~ ΊΓ
Lio.5Mno.o6Fe 2.52 0,8 4,7%Lio.5Mno.o6Fe 2.52 0.8 4.7%
Li0.475Mn0.06Zn0.05Fe2.495 0,7 7.4%Li0.475Mn0.06Zn0.05Fe2.495 0.7 7.4%
Lio.45Mno.o6Zno.ioFe2.47o 0,7 9,5%Lio.45Mno.o6Zno.ioFe 2 .47o 0.7 9.5%
Lio.425Mno.o6Zno.15Fe2.445 0,65 10,4%Lio.425Mno.o6Zno.15Fe2.445 0.65 10.4%
Man sieht, daß bei niedrigeren Brenntemperaturen die Temperaturstabilität etwas besser ist. Bei einer dritten Reihe wurden der Mangangehalt und die Brenntemperatur verändert, und die Ergebnisse sind in Tabelle VI zusammengestellt.It can be seen that the temperature stability is somewhat better at lower firing temperatures. A third row changed the manganese content and firing temperature, and the results are summarized in Table VI.
Zusammensetzung Brenntemperatur,0 C WnOe JB Composition firing temperature, 0 CW n Oe JB
Li03Mno.02Fe2.48
LiojMno.oeFe2.48
LioiMnoj Fe2.4
Lio3Mno.15Fe2.46 Lio3Mno.06Fe2.52Li03Mno.02Fe2.48 LiojMno.oeFe2.48 LioiMnoj Fe 2 .4
Lio3Mno.15Fe2.46 Lio3Mno.06Fe2.52
Zwei Proben Lithiummanganzinkferrit (Li0j75Mn0.06Zn0.25Fe2.395) wurden hergestellt und bei 1300°C gebrannt, jedoch wurde der Wismutoxidgehalt verändert Die Ergebnisse sind in Tabelle VII dargestellt.Two samples of lithium manganese zinc ferrite (Li0j75Mn0.06Zn0.25Fe2.395) were produced and fired at 1300 ° C, however, the bismuth oxide content was changed. The results are shown in Table VII.
3%1%
3%
0,750.8
0.75
-14,5%-15.6%
-14.5%
89° C97 ° C
89 ° C
7B7A
7B
In F i g. 3 sind die Sättigungsflußdichtekurven Β&,, über der Temperatur für verschiedene magnetisierbare Ferritzusammensetzungen, die durch ihre Mol-Anteil-Formel bezeichnet sind, dargestellt Die Flußdichte, die man bei einer Erregerfeldstärke "on 50 Oersted erhielt, wurde der Einfachheit halber als Sättigungsflußdichte B5M bezeichnet Die Steigung jeder Kurve ist ein Maß für die Temperaturstabilität des Wertes Ban der betreffenden Ferritverbindung. Die Steigung der Kurve bestimmt den Temperaturkoeffizienten <*s des Materials, wobei XB=(4Bsiu/Bsä„) (1/ AT) oder ocb, also gleich der Bruchteilsänderung von Bs3n pro °C istIn Fig. 3, the Sättigungsflußdichtekurven Β & ,, shown versus temperature for various magnetizable ferrite compositions, by their mole fraction formula are referred to, the flux density which is at an excitation field strength "on 50 Oersted received, for simplicity, as the saturation flux density B 5 M The slope of each curve is a measure of the temperature stability of the value Ban of the ferrite compound in question. The slope of the curve determines the temperature coefficient <* s of the material, where XB = (4Bsiu / Bsä „) (1 / AT) or ocb, i.e. the same is the fractional change of Bs 3n per ° C
Allgemein gilt, je flacher die Neigung der Kurve in F i g. 3 ist desto temperaturstabiler ist die Ferritverbindung und desto geeigneter ist sie für die Verwendung als magnetisierbares Kernmaterial in einer H jehfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtung, vorausgesetzt daß die Koerzitivkraft Hc des Materials nicht zu groß ist. Generell können gemäß der Erfindung Lithiumionen enthaltende Ferrospinelle eine Rezeptur, welche den Kurven B, Cund E entsprechende Kurven ergibt als magnetisierbares Material für Sättigungskerne in einer fi5 geeignet bemessenen Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungseinheit verwendet werden. Jede der drei Lithiumverbindungen B, Cund fin F i g. 3 wurde hergestellt unter Verwendung einer vorbestimmten Menee eines Wismutoxidzusatzes als Sintermittel zur Förderung des Wachstums großer mikroskopischerIn general, the flatter the slope of the curve in FIG. 3, the more temperature stable the ferrite compound is and the more suitable it is for use as a magnetizable core material in a high frequency ferroresonance power supply device, provided that the coercive force H c of the material is not too great. Generally Ferro-containing spinels may have a formulation which curves B, C and E corresponding curves gives as a magnetizable material for saturation cores in a 5 fi appropriately sized high-frequency power ferroresonant power supply unit used according to the invention, lithium ions. Each of the three lithium compounds B, C, and F i g. 3 was made using a predetermined amount of a bismuth oxide additive as a sintering agent to promote the growth of large microscopic ones
Die Kurve £ erhält man für eine einzige Ferrospinellverbindung von Lithiumferrit das nach obiger Rezeptur hergestellt wurde. Das Lithiumferrit gemäß Kurve E hat einen relativ kleinen Temperaturkoeffizienten von «B gleich —0,63 Einheiten pro Tausend, zum Teil wegen seiner relativ hohen Curie-Temperatur von Tc um 6700CThe curve £ is obtained for a single ferrospinel compound of lithium ferrite which was produced according to the above recipe. The lithium ferrite according to curve E has a relatively small temperature coefficient of "B equal to 0.63 units per thousand, in part because of its relatively high Curie temperature T c to 670 0 C Die Koerzitivkraft Hc beträgt 035 Oersted und ist genügend klein, um einen übermäßigen Kerntemperaturanstieg im Betrieb einer geeigneten Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsschaltung zu verhindern.The coercive force H c is 035 Oersted and is sufficiently small to prevent an excessive core temperature rise in the operation of a suitable high frequency ferroresonance power supply circuit.
Wenn es wünschenswert wird, den Kerntemperaturanstieg im Betrieb einer Fenroresonanz-Stromversorgungsschaltung weiter zu begrenzen, dann können Lithiumferritverbindungen einer gemischten oder substitu-If it becomes desirable to further limit the core temperature rise in the operation of a fenroresonance power supply circuit, then lithium ferrite compounds of a mixed or substituted ierten Ferrospinellstruktur, wie sie durch die Kurven B und C in F i g. 3 dargestellt werden, benutzt werden. Kurve B stellt ein Misch-Ferrospineli mit einem für die Substitution benutzten Zinkkation dar, während die Kurve C ein Misch-Ferrospinell mit einem für die Substitution benutzten Mangankation darstellt Bei Verwendung eines Lithiumzinkferrites oder Lithiummanganferrites geeigneter Zusammensetzung und Herstellung kann die Koerzitivkraft Hc für ein Lithiumzinkferrit gemäß Kurve B reduziert werden auf einen Wert von Hc vorated ferrospinel structure, as shown by curves B and C in FIG. 3 can be used. Curve B represents a mixed Ferrospineli with a used for substitution zinc cation, while the curve C, a mixed-Ferrospinell with a used for substitution manganese cation When using a lithium zinc ferrite or lithium manganese ferrite suitable composition and manufacturing, the coercive force H c for a Lithiumzinkferrit according to curve B are reduced to a value of H c before 0,72 Oersted und für ein Lithiummanganferrit gemäß Kurve C auf Hc gleich 0,78 Oersted. Die Benutzung von Zink und Mangan als Substitute in einem Misch-Ferrospinell, das Lithium als eines der Kationen enthält setzt die Koerzitivkraft Hcdes Materials im Vergleich zur Koerzitivkraft-Fühler-Rezepturen eines Lithiumferrites mil einem einzigen Ferrospinell herab. Die verringerte Koerzitivkraft erhält man auf Kosten einer sinkender Curie-Temperatur Tc der Misch-FerrospineU-Zusammensetziing, wobei Lithiumzinkferrit eine Curie-Tempera0.72 oersted and for a lithium manganese ferrite according to curve C on H c equal to 0.78 oersted. The use of zinc and manganese as substitutes in a mixed ferrospinel containing lithium as one of the cations reduces the coercive force H c of the material compared to the coercive force sensor formulations of a lithium ferrite with a single ferrospinel. The reduced coercive force is obtained at the expense of a falling Curie temperature T c of the mixed ferrospine U composition, lithium zinc ferrite having a Curie tempera tür von 5700C und Lithiummangan von 5000C hat Wegen der verringerten Curie-Temperaturen von Lithium zink- und Lithiummangan-Ferrospinellen steigt der Temperaturkoeffizient txa etwas auf einen Wert von —0,72 Teilen pro Tausend pro "C für Lithiumzinkferrit und —036 Teilen pro Tausend pro 0C für Lithiummanganferrit Obwohl der Temperaturkoeffizient dieser Misch-Ferrospinelle höher als der Temperaturkoeffizient eines Lithiumferrites mit nur einem Ferrospinell ist eignet er sich dennoch zur Verwendung in einer geeignet bemessenerdoor of 570 0 C and lithium manganese of 500 0 C is due to zinc to the reduced Curie temperatures of lithium and lithium manganese Ferro spinels increases the temperature coefficient TXA slightly to a value of -0.72 parts per thousand per "C for Lithiumzinkferrit and -036 Parts per thousand per 0 C for lithium manganese ferrite. Although the temperature coefficient of these mixed ferrospinels is higher than the temperature coefficient of a lithium ferrite with only one ferrospinel, it is nevertheless suitable for use in a suitably sized one
Lithium-Ferrospinell und geeignete Misch-Ferrospinelle, die Lithiumkationen enthalten, wie oben beschrieben, eignen sich gut als magnetisierbares Ferritmaterial für Sättigungskerne in Hochlfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungseinrichtungen, weil die Lithium enthaltenden Ferrospinelic einen relativ kleinen Temperatur· koeffizienten Xb der Sättigungsflußdichte und eine relativ kleine Koerzitivkraft Hc aufweisen. Diese beiderLithium ferrospinels and suitable mixed ferrospinels containing lithium cations, as described above, are well suited as magnetizable ferrite material for saturation cores in high-frequency ferroresonance power supply devices because the lithium-containing ferrospinels have a relatively small temperature coefficient Xb of the saturation flux density and a relatively small one Have coercive force H c . Both of these Eigenschaften sind für ein magnetisierbares Ferritmaterial für die Verwendung in einer Ferroresonanz-Einrichtung mit sättigbarer Drossel erwünscht weil ein kleiner Temperaturkoeffizient arnem Zeichen dafür ist daß eins relativ große Änderung der Kerntemperatur nur eine kleine Änderung der Ausgangsspannung mit sich bringt und daß nur ein relativ kleiner Abfall der geregelten Ausgangsspannung auftritt wenn der magnetisierbar Kerr sich auf seine Betriebstemperatur erwärmt hat Eine relativ kleine Koerzitivkraft Hc bedeutet daß der AnstiegProperties are desirable for a magnetizable ferrite material for use in a ferroresonance device with a saturable choke because a small temperature coefficient is an indication that a relatively large change in core temperature results in only a small change in output voltage and that only a relatively small drop in regulated output voltage occurs when the magnetizable Kerr has warmed up to its operating temperature. A relatively small coercive force H c means that the increase der durch das Kernmaterial erreichten Betriebstemperatur nicht sehr groß istthe operating temperature reached by the core material is not very high
Andere magnetisierbar Ferrite, die in Hochfrequenz-Leistungstransformatoren ve:rwendet werden, eigner sich nicht für die Verwendung in Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltungen, wo die Ausgangsspannung stabil gegen Temperaturänderungen sein soll, und wo ein übermäßiger Kerntemperaturanstieg vermieden werden soll. Beispielsweise stellt Kurve A die Sättigungsflußdichte über der Temperatur für ein ahOther magnetizable ferrites used in high frequency power transformers are not suitable for use in high frequency ferroresonance power supply circuits where the output voltage is to be stable against temperature changes and where excessive core temperature rise is to be avoided. For example, curve A represents the saturation flux density versus temperature for an ah Kernmaterial eines üblichen Rücklauftransformators eines Fernsehempfängers verwendetes Manganzinkferrit dar. Ein solches Manganzinkferrit kann beispielsweise ein Ferrit RCA 540 der RCA Corporation, Indianapolis Indiana sein und als Kern für einen Rücklauftransformator in einem Farbfernsehempfänger der Serien RCjA CTC-85 verwendet werden. Da Manganzinkferrite allgemein niedrige Curie-Temperaturen haben — das Manganzinkferrit gemäß Kurve A hat eine Curie-Temperatur von Tc von 2000C — ist der Temperaturkoeffizient «ι The core material of a common flyback transformer of a television receiver is manganese zinc ferrite. Such manganese zinc ferrite can be, for example, an RCA 540 ferrite from RCA Corporation, Indianapolis Indiana, and can be used as the core for a flyback transformer in a color television receiver of the RCjA CTC-85 series. Since manganese zinc ferrites generally have low Curie temperatures - the Manganzinkferrit according to curve A has a Curie temperature of T c of 200 0 C - is the temperature coefficient "ι extrem groß, nämlich etwa — 33 Teile pro Tausend pro ° C.extremely large, namely about - 33 parts per thousand per ° C.
Über einen typischen Betriebstemperaturbereich eines Kerns von 800C, nämlich beispielsweise von 200C bis 1000C, nimmt die Sättigungsflußdichte des Manganzinkferrites der Kurve A etwa 25% ab von einem Wert vor 4400 Gauss bis 3300 Gauss. Eine solche prozentuale Änderung der Sättigungsflußdichte würde eine entsprechend große unerwünschte prozentuale Änderung der geregelten Ausgangsspannung eines Hochfrequenz-Fer-Over a typical operating temperature range of a core of 80 0 C, namely, for example from 20 0 C to 100 0 C, the saturation flux density increases the manganese zinc ferrite of the curve A about 25% from a value prior to 4400 Gauss to 3300 Gauss. Such a percentage change in the saturation flux density would result in a correspondingly large undesired percentage change in the regulated output voltage of a high-frequency remote control. roresonanz-Transformators ergeben. Obwohl die Koerzitivkraft Hc des Manganzinkferrites nach Kurve A wesentlich kleiner als die Koerzitivkräfte der Lithium enthaltenden Ferrite nach den Kurven B, C und E sind womit der Manganzinksättigungskern einen erheblich kleineren Kerntemperaturanstieg hat, macht der außerordentlich große Temperaturkoeffizient der Sättigungsflußdichte von Manganzinkferrit dieses Material ungeeignet zur Verwendung in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsschaltung, wennroresonance transformer result. Although the coercive force Hc of the manganese zinc ferrite according to curve A is significantly smaller than the coercive force of the lithium-containing ferrites according to curves B, C and E , which means that the manganese zinc saturation core has a considerably smaller core temperature rise, the extraordinarily large temperature coefficient of the saturation flux density of manganese zinc ferrite makes this material unsuitable for use in a high frequency ferroresonance power supply circuit when nicht aufwendige Kühlungsmaßnahmen vorgesehen werden, um den Kerntemperaturanstieg erheblich einzuschränken. Selbst dann führt eine Umgebungstemperaturänderung unabhängig von den vorgesehenen thermischen Maßnahmen zu einer erheblichen Flußdichtenänderung.no expensive cooling measures are provided in order to considerably limit the increase in core temperature. Even then, a change in the ambient temperature leads to a considerable change in the flux density, regardless of the thermal measures provided.
Ferrospinelle wie das Nickel-Ferrospinell der Kurve D können ebenfalls ungeeignet als Sättigungskernmaterial sein, obwohl Nickelferrit eine relativ hohe Curie-Temperatur Tc von 5800C und einen relativ kleinerFerrospinels such as the nickel ferrospinel of curve D can also be unsuitable as saturation core material, although nickel ferrite has a relatively high Curie temperature T c of 580 ° C. and a relatively lower one Temperaturkoeffizient as von =0,9 Teilen pro Tausend pFO 0C hat Die Koerzitivkraft Hc von Nickelferrit liegl jedoch um 5,0 Oersted herum oder beim 7fachen der Koerzitivkraft des Lithiumferrites und substituierte Lithiumferrite gemäß den Kurven B, C und £ Die relativ hohe Koerzitivkraft von Nickelferrit führt zu einem außerordentlich hohen Kerntemperaturanstieg, wenn man dieses Ferrit als Sättigungskernmaterial in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung benutzt. Obwohl der relativ kleine TemperaturkoefTemperature coefficient as of = 0.9 parts per thousand PFO 0 C has the coercive force H c of nickel ferrite Liegl however to 5.0 Oersted around or at 7 times the coercive force of the lithium ferrite and lithium substituted ferrites according to the curves B, C and £ The relatively high coercivity of nickel ferrite results in an extremely high core temperature rise when this ferrite is used as the saturation core material in a high frequency ferroresonance power supply circuit. Although the relatively small temperature coefficient fizient von Nickelferrit einen relativ kleinen temperaturbedingten Abfall der geregelten Ausgangsspannung führt, läßt der außerordentlich hohe Temperaturanstieg des Sättigungskerns über die Umgebungstemperatur das Kernmaterial relativ ungeeignet für solche Anwendung sein, wenn nicht spezielle Kühlkonstruktionen oder besonders temperaturfeste Wicklungsdrahtisolationen und Wickelkörpermaterialien verwendet werden. DieNickel ferrite efficiently produces a relatively small temperature-related drop in the regulated output voltage leads, leaves the extraordinarily high temperature rise of the saturation core above the ambient temperature the core material may be relatively unsuitable for such application if not special cooling constructions or particularly temperature-resistant winding wire insulation and winding body materials are used. the
relativ hohe Koerzitivkraft von Nickelferrit, die ein Anzeichen für relativ große Hystereseverluste ist, die im Sättigungskern während jedes Zyklus der Ausgangswechselspannung auftreten, führt auch zu einem schlechten Wirkungsgrad beim Betrieb als Leistungsstromquelle.relatively high coercive force of nickel ferrite, which is an indication of relatively large hysteresis losses, which in the Saturation kernel occur during each cycle of the AC output voltage also leads to a bad Efficiency when operated as a power source.
F i g. 2 veranschaulicht eine Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsquelle unter Verwendung eines temperaturstabilen Lithiumferrites oder substituierten Lkhiuinferrites, welches eine geregelte Anoden-Hochspannung für einen Fernsehempfänger liefert In F i g. 2 ist eine Quelle 27 niedrigfrequenter Netzwechselspannung über Eingangsanschlüsse 32 und 33 eines Vollweg-Brückengleichrichters 28 geschaltet, der an einem Ausgangsanschluß 30 eine ungeregelte Gleichspannung Vm liefert. Zwischen den Ausgangsanschluß 30 und einen Stromrückschlußanschluß 31 des Brückengleichrichters 28 ist ein Filterkondensator 29 geschaltet Die Eingangsspannung Vm wird einer Eingangsdrossel 34 zur Speisung eines Horizontalablenkgenerators 35 zügeführt, der in einer Horizontalablenkwicklung 36 einen Ablenkstrom erzeugtF i g. 2 illustrates a high frequency ferroresonance power supply source using a temperature stable lithium ferrite or substituted lithium ferrite which provides a regulated anode high voltage for a television receiver. In FIG. 2, a source 27 of low-frequency mains alternating voltage is connected via input connections 32 and 33 of a full-wave bridge rectifier 28 which supplies an unregulated direct voltage V m at an output connection 30. Between the output terminal 30 and a current feedback circuit terminal 31 of the bridge rectifier 28, a filter capacitor 29 connected in the input voltage V m is an input throttle 34 trains leads for supplying a Horizontalablenkgenerators 35 that generates a deflection current in a horizontal deflection winding 36
Der Horizontalablenkgenerator 35 enthält einen Horizontaloszillator und -treiber 41, einen Horizontalausgangstransistor 40, eine Dämpfungsdiode 39, einen Rücklaufkondensator 38 und die Reihenschaltung einer Horizontalablenkwicklung 36 und eines S-Formungs- oder Hinlaufkondensators 37. Die Horizontalrücklaufimpulsspannung 42, die mit der Horizontalablenkfrequenz MTh periodisch ist entsteht am Kollektor des Horizontalausgangstransistors 40 an der Klemme 43 und wird über einen Gleichspannungsblockkondensator 44 und eine Eingangsinduktivität 45 zur Erregung einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Einrichtung 46 mit sättigbarer !drossel gekoppeltThe horizontal deflection generator 35 contains a horizontal oscillator and driver 41, a horizontal output transistor 40, a damping diode 39, a flyback capacitor 38 and the series connection of a horizontal deflection winding 36 and an S-shaping or trace capacitor 37. The horizontal flyback pulse voltage 42, which is periodic with the horizontal deflection frequency MTh at the collector of the horizontal output transistor 40 at the terminal 43 and is coupled via a DC voltage block capacitor 44 and an input inductance 45 for exciting a high-frequency ferroresonance device 46 with a saturable choke
Die Einrichtung 46 enthält einen Resonanzkondensator 47, der über eine Wicklung 48 geschaltet ist welche um einen magnetisierbaren Sättigungskern gewickelt ist der aus dem obenerwähnten Lithiumferrit oder substituierten Lithiumferrit besteht Die ungesättigte Induktivität der Drosselwicklung 48 beträgt beispielsweise 2 mH, während die gesättigte Induktivität beispielsweise 100 μΗ beträgt Die durch die Ferroresonanz-Einrichtung 46 mit sättigbarer Drossel erzeugte geregelte Ausgangsspannung V00, wird an die Primärwicklung eines hoch transformierenden Hochspannungs-Autotransformators 50 gelegt dessen Sekundärwicklung an eine Hochspannungsschaltung 51 angeschlossen ist die beispielsweise eine Hochspannungs-Vervielfacherschaltung enthalten kann, um eine Anoden-Gleich-Hochspannung zur Zuführung an einen Ahodenanschluß einer nicht dargestellten Fernsehbildröhre zu erzeugen.The device 46 contains a resonance capacitor 47 which is connected via a winding 48 which is wound around a magnetizable saturation core which consists of the above-mentioned lithium ferrite or substituted lithium ferrite.The unsaturated inductance of the choke winding 48 is, for example, 2 mH, while the saturated inductance is, for example, 100 μΗ The regulated output voltage V 00 generated by the ferroresonance device 46 with a saturable choke is applied to the primary winding of a high-transforming high-voltage autotransformer 50, the secondary winding of which is connected to a high-voltage circuit 51 which, for example, can contain a high-voltage multiplier circuit to produce an anode DC -To generate high voltage for feeding to an aode connection of a television picture tube, not shown.
Bei der in F i g. 2 dargestellten Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung 60 zur Erzeugung der Anoden-Hochspannung eines Fernsehempfängers umfaßt die Rücklaufimpulsspannung 42, welche der Ablenkgenerator 35 erzeugt die Eingangswechselspannung für die Ferroresonanz-Einrichtung 46 mit sättigbarer 3c Drossel.In the case of the in FIG. 2 illustrated high frequency ferroresonance power supply circuit 60 for generating of the anode high voltage of a television receiver comprises the flyback pulse voltage 42 which the deflection generator 35 generates the AC input voltage for the ferroresonance device 46 with a saturable 3c Throttle.
Bei einer bevorzugten Anordnung enthält die Quelle ungeregelter Hochfrequenz-Eingangswechselspannung cintfl Hochfrequenz-Inverter, der aus der ungeregelten Eingangsgleichspannung eine hochfrequente Rechteckspannung erzeugt. Die Ferroresonanz-Anordnung mit sättigbarer Drossel enthält einen Ferroresonanz-Transformator, dessen Primärwicklung die vom Inverter abgeleitete Rechteckeingangsspannung zugeführt wird, und einen Resonanzkondensator, der über eine mit der Primärwicklung magnetisch lose gekoppelte Sekundärwicklung des Ferroresonanz-Transformators geschaltet ist Die an der Sekundärwicklung auftretende geregelte Wechselspannung wird dann zur Ableitung einer geregelten Versorgungsspannung B + für die Speisung eines Horizontalablenkgenerators benutzt Eine Hochspannungswicklung ist magnetisch eng mit der Sekundärwicklung des Ferroresonanz-Transformators gekoppelt, und über ihr entsteht eine geregelte Wechselspannung, aus der eine geregelte Anoden-Hochspannung erzeugt wird. Eine solche Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung für Fernsehempfänger ist in der US-Patentanmeldung Nr. 1 44 150 des Erfinders F. S. Wendt beschrieben, die unter der Bezeichnung »HIGH FREQUENCY FERRORESONANT POWER SUPPLY FOR A DEFLECTION AND HIGH VOLTAGE CIRCUIT« am 28. April 1980 eingereicht ist und der englischen Offenlegungsschrift 2041 668A, veröffentlicht am 10. September 1980, entspricht, eine weitere Beschreibung befindet sich im US-Patent Nr. 42 62 245 ebenfalls von F. S. Wendt, erteilt am 14. April 1981 mit der Bezeichnung »HIGH FREQUENCY FERRORESONANT TRANSFORMER«.In a preferred arrangement, the source of unregulated high-frequency AC input voltage contains a high-frequency inverter which generates a high-frequency square-wave voltage from the unregulated DC input voltage. The ferroresonance arrangement with a saturable choke contains a ferroresonance transformer, the primary winding of which is supplied with the rectangular input voltage derived from the inverter, and a resonance capacitor which is connected via a secondary winding of the ferroresonance transformer that is loosely coupled to the primary winding is then used to derive a regulated supply voltage B + for feeding a horizontal deflection generator.A high-voltage winding is magnetically closely coupled to the secondary winding of the ferroresonance transformer, and through it a regulated alternating voltage is generated, from which a regulated anode high voltage is generated. Such a high-frequency ferroresonance power supply circuit for television receivers is described in US patent application no and corresponds to British Patent Application Laid-Open No. 2041 668A, published September 10, 1980; a further description can be found in US Pat. No. 4,262,245, also by FS Wendt, issued April 14, 1981 with the designation "HIGH FREQUENCY FERRORESONANT TRANSFORMER «.
Gemäß den Lehren der vorstehend im Hinblick auf die Verwendung von Lithiumferrit oder substituiertem Lithiumferrit in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Leistungsstromversorgungsschaltung beschriebenen Erfindung kann der magnetisierbare Kern des Fernsehempfänger-Ferroresonanz-Transformators, wie er in der obenerwähnten US-Anmeldung und dem Patent von Wendt beschrieben ist, vorteilhafterweise Lithiumferrit oder substituiertes Lithiumferrit als Transformator-Sättigungskernmaterial aufweisen.In accordance with the teachings of the foregoing with regard to the use of lithium ferrite or substituted Lithium ferrite in a high frequency ferroresonance power supply circuit described in the invention can be the magnetizable core of the television receiver ferroresonance transformer, as it is in the above-mentioned US application and the Wendt patent, advantageously lithium ferrite or substituted lithium ferrite as the transformer saturable core material.
Gemäß der Offenbarung der gleichlaufenden US-Patentanmeldung von W. E. Babcock et al., Ser. No. 250,130 vom 2. April 1981 mit der Bezeichnung »TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT POWER SUPPLY USING A TWO-MATERIAL MAGNETIZABLE CORE ARRANGEMENT«, braucht weiterhin auch nur der Sekundärwicklung-Sättigungskernteil des magnetisierbaren Kerns des Ferroresonanz-Transformators aus Lithiumferrit oder substituiertem Lithiumferrit hergestellt zu sein, um die hier erläuterten vorteilhaften Ergebnisse der Verwendung von Lithium enthaltenden Ferrospinell als Sättigungskernmaterial zu ergeben. Der Primärwicklung-Kernteil des in der obenerwähnten Babcock-Anmeldung beschriebenen Ferroresonanz-Transformators kann, wie dort beschrieben, so gewählt werden, daß er magnetische Eigenschaften besitzt, die dann 60 | vorteilhaft sind, wenn der magnetisierbare Kern im praktisch linearen Bereich seiner ß-A/-Kennlinie betrieben |According to the disclosure of the co-pending US patent application by W. E. Babcock et al., Ser. No. 250.130 dated April 2, 1981 with the designation »TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT POWER SUPPLY USING A TWO-MATERIAL MAGNETIZABLE CORE ARRANGEMENT «is still needed by only that person Secondary winding saturation core part of the magnetizable core of the ferroresonance transformer made of lithium ferrite or substituted lithium ferrite to achieve the advantageous results discussed here the use of lithium-containing ferrospinel as the saturation core material. The primary winding core part the ferroresonance transformer described in the aforementioned Babcock application can, as described there, be chosen so that it has magnetic properties which then 60 | are advantageous if the magnetizable core is operated in the practically linear range of its ß-A / characteristic |
wird, wie dies bei dem Primär-Kernteil des in der Babcock-Anmeldung beschriebenen Ferroresonanz-Transformators der Fall ist.becomes, as is the case with the primary core part of the ferroresonance transformer described in the Babcock application the case is.
Die nachstehenden Tabellen I und II veranschaulichen die Auswirkungen bei Verwendung verschiedener Sättigungskernmaterialien für den Sekundär-Abschnitt in einem aus zwei Materialien bestehenden Ferritkern beim Betrieb eines Ferroresonanz-Transformators eines Fernsehempfängers zur Lieferung einer geregelten Versorgungsspannung B+ für die Ablenkung und einer geregelten Anoden-Hochspannung, wie es in der obenerwähnten US-Patentanmeldung Nr. 2 50 130 beschrieben ist. Das Primär-Kernmaterial für jedes derTables I and II below illustrate the effects of using different saturation core materials for the secondary section in a bi-material ferrite core in operating a ferroresonance transformer of a television receiver to provide a regulated supply voltage B + for deflection and a regulated anode high voltage such as it is described in the aforementioned U.S. Patent Application No. 2,50,130. The primary core material for each of the
Beispiele eines Sekundär-Kernabschnittmaterials ist ein Manganzinkferrit. Der Ferroresonanz-Transformator wurde benutzt für die Stromversorgung eines abgewandelten Farbfernsehempfängers vom Typ CTC-99 der RCA Corporation, dessen Bildröhre eine 19 Zoll-Röhre mit 100° Weitwinkelablenkung war. Die Leistungsaufnahme des gesamten Fernsehempfängers betrug bei einem Milliampere Strahlstrom 98 Watt Die Beispiele 1 und 2 der Tabellen zeigen die Vorteile bei einer Verwendung entweder eines Lithiumferrites (Beispiel Nr. 1) oder eines substituierten Lithiumferrites, wie eines lithiummanganzinkferrites (Beipiel 2) gemäß den Lehren der Erfindung hinsichtlich der Verwendung von Lithiumferrit oder substituiertem Lithiumferrit in einer Hochfrequenz-Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung. Als Gegensatz sind auch die Ergebnisse bei Verwendung eines Manganzinkferrits (Beispiel 3) oder eines Nickelferrits (Beispiel 4) als Sekundär-Sättigungs-Examples of a secondary core portion material is a manganese zinc ferrite. The ferroresonance transformer was used for the power supply of a modified color television receiver of the type CTC-99 of RCA Corporation, whose picture tube was a 19-inch tube with 100 ° wide-angle deflection. The power consumption of the entire television receiver was 98 watts with one milliampere beam current Examples 1 and 2 of the tables show the advantages of using either a lithium ferrite (Example No. 1) or a substituted lithium ferrite, such as a lithium manganese zinc ferrite (Example 2) according to the teachings of the invention regarding the use of lithium ferrite or substituted lithium ferrite in a high frequency ferroresonance power supply circuit. As a contrast, the results are also at Use of a manganese zinc ferrite (example 3) or a nickel ferrite (example 4) as a secondary saturation
10 kernabschnittsmaterial angegeben.10 core section material specified.
Die in Tabelle I in der Spalte »ΔΤ« angegebenen Werte stellen den Temperaturanstieg Ober die Umgebungstemperatur von 25° C dar, der in den sättigbaren Kernabschnitt des Ferroresonanz-Transformators im Bereich der Sekundärwicklung nach Einschalten des Fernsehempfängers auftritt, wenn der Kern seine Betriebstemperatur erreicht hat Die Werte in der Spalte -»AU«, geben den Abfall der Anoden-Hochspannung unter denThe values given in table I in the column "ΔΤ" represent the temperature rise above the ambient temperature of 25 ° C, which occurs in the saturable core section of the ferroresonance transformer in the area of the secondary winding after switching on the television receiver when the core has reached its operating temperature The values in the column - »AU« indicate the drop in the anode high voltage below the Nominalwert von 32 kV im Ferroresonanz-Transformator nach dem erstmaligen Einschalten des Fernsehempfängers wieder. Die Nominalspannung von 32 kV ergab sich bei Verwendung der Materialien nach den Beispielen 1 bis 4, obwohl sich diese in ihrer Sättigungsflußdichte Β&,, unterscheiden, indem der Gesamtsättigungsfluß durch Einstellung der Kernquerschnittsfläche des Sättigungskerns konstant gehalten wurde. Die Werte für die bei einer Magnetisierungsfeldstärke von 25 Oersted erhaltenen Flußdichte wurde üblicherweise als Ban bezeichNominal value of 32 kV in the ferroresonance transformer again after switching on the television receiver for the first time. The nominal voltage of 32 kV was obtained when the materials according to Examples 1 to 4 were used, although they differ in their saturation flux density & ,, in that the total saturation flux was kept constant by adjusting the core cross-sectional area of the saturation core. The values for the flux density obtained at a magnetizing field strength of 25 oersted have been commonly referred to as Ban net Die in 1 abelle 11 angegebenen Werte für Hc und Bm, ergeben sich bei 15,75 kHz und bei einer Raumtempe ratur von 23° Cnet The values for H c and Bm given in Table 11 result at 15.75 kHz and at a room temperature of 23 ° C
Aus den Tabellen sieht man, daß die Größe des Temperaturkoeffizienten «s von Lithiumferrit und Lithiummanganzinkferrit unter 1 bis 13 Teilen pro Tausend und pro 0C liegen und daß die Koerzitivkraft bei 25° C kleiner als 1,0 Oersted ist: Damit wird der Spannungsabfall der Hochspannung kleiner als 2,4 kV vom Nominal-From the tables it can be seen that the size of the temperature coefficient of lithium ferrite and lithium manganese zinc ferrite are below 1 to 13 parts per thousand and per 0 C and that the coercive force at 25 ° C is less than 1.0 oersted High voltage less than 2.4 kV from the nominal
25 wert von 32 kV.25 value of 32 kV.
Bei dem Manganzinkferrit (Beispiel 3 in den Tabellen) entsteht teilweise infolge der relativ niedrigen Koerzitivkraft //cvon Manganzinkferrit ein relativ kleiner Kerntemperaturanstieg ΔT. Dennoch kann ein Manganzinkferrit ein für die Verwendung unbrauchbares Sättigungskernmaterial sein wegen des übermäßigen Anoden-Hochspannungsabfalls von 3,5 kV, zum Teil bedingt durch den relativ hohen Temperaturkoeffizienten ocb desIn the case of the manganese zinc ferrite (example 3 in the tables), a relatively small increase in core temperature ΔT occurs partly as a result of the relatively low coercive force // c of manganese zinc ferrite. Nevertheless, a manganese zinc ferrite may be a saturation core material unusable for use because of the excessive anode high voltage drop of 3.5 kV, in part due to the relatively high temperature coefficient ocb des
Materials. Der Manganzinkferrit führt zu einer relativ großen Änderung der Anoden-Hochspannung von 110 Teilen pro Tausend und kann daher als Sättigungskernabschnittsniaterial für die Sekundärwicklung unbrauchbar sein.Materials. The manganese zinc ferrite results in a relatively large change in the anode high voltage of 110 Parts per thousand and therefore may not be useful as the saturation core section material for the secondary winding.
Das im Beispiel 4 in den Tabellen angeführte Nickelferrit hat einen relativ guten Temperaturkoeffizienten für die Sättigungsflußdichte von — 9,Ox 10-VC. Dennoch kann auch das Nickelferrit ein unbrauchbares SättiThe nickel ferrite listed in the tables in Example 4 has a relatively good temperature coefficient for the saturation flux density of -9, Ox 10-VC. Nevertheless, the nickel ferrite can also be an unusable saturation gungskernmaterial sein wegen seiner relativ großen Koerzitivkraft von 5,0 Oersted. Die große Koerzitivkraft ergibt einen außerordentlich hohen Temperaturanstieg AT und einen sehr großen Ancdcn-Hochspannungsabfall von 3,4 kV.due to its relatively large coercive force of 5.0 oersted. The large coercive force results in an extremely high temperature rise AT and a very large ancdcn high voltage drop of 3.4 kV.
Eine vernünftigerweise akzeptable Änderung der Anoden-Hochspannung AUIU kann beispielsweise eine Änderung von 75 Teilen pro Tausend oder weniger zwischen den Endpunkten des noiTnalen ßetriebstemperaFor example, a reasonably acceptable change in anode high voltage AUIU can be a change of 75 parts per thousand or less between the endpoints of normal operating temperature turbereichs einer Leistungsstromversorgungsanordnung sein. Ein akzeptabler Wert der Größe von «b des Materials über den normalen Betriebsbereich der Kerntemperatur kann gleich oder weniger als 1,5 Teile pro Tausend pro "C sein. Ein brauchbarer Wert für die Koerzitivkraft kann bei oder unter 1,5 Oersted liegen. Akzeptable Werte von && Hc und ΔUIU hängen von Parametern ab wie dem Maß der gewünschten Ausgangsspannungsregelung, dem Temperaturbereich einschließlich Umgebungstemperaturänderungen, innerhalb des-ture range of a power supply arrangement. An acceptable value for the magnitude b of the material over the normal operating range of core temperature can be equal to or less than 1.5 parts per thousand per "C. A useful value for the coercive force can be at or less than 1.5 oersteds. Acceptable values of && H c and ΔUIU depend on parameters such as the degree of the desired output voltage regulation, the temperature range including ambient temperature changes, within the sen die Stromversorgungsanordnung zufriedenstellend arbeiten soll, die Größe des Bildschirms und der Leistungsverbrauch, die maximal zulässige Temperatur der Bauelemente und das im Betrieb des Fernsehers zulässige Maß an Überabtastung (über die Bildränder hinaus).sen the power supply arrangement should work satisfactorily, the size of the screen and the power consumption, the maximum permissible temperature of the components and the operation of the television allowable amount of oversampling (beyond the edges of the image).
Somit ist gemäß der Erfindung die Verwendung von Lithiumferrit und substituiertem Lithiumferrit, welches die Eigenschaften eines kleinen Temperaturkoeffizienten der Sättigungsflußdichte und einer kleinen KoerzitivThus, according to the invention, the use of lithium ferrite and substituted lithium ferrite is which the properties of a small temperature coefficient of saturation flux density and a small coercive kraft aufweist, außerordentlich günstig für die Konstruktion einer Ferroresonanz-Leistungsstrom versorgungs einrichtung, welche eine Ausgangsspannung liefert, die relativ unempfindlich gegen Temperaturänderung ist, und welche zu einem sehr begrenzten Temperaturanstieg des Sättigungskerns über die Umgebungstemperatur führt. Andere erwünschte Eigenschaften, die das Lithiumferrit besitzen kann, sind ein relativ hoher spezifischerhaving force, extremely cheap for the construction of a ferroresonance power current supply device that provides an output voltage that is relatively insensitive to temperature changes, and which result in a very limited rise in temperature of the saturation core above ambient temperature leads. Other desirable properties that the lithium ferrite may have are relatively high in specific
Widerstand und eine ziemlich rechteckige ß-W-Hysteresekennlinie. Ein Rechteckverhältnis kann definiert werden als B1IBmU, wobei B1-^e Remanenzinduktion des Materials und iWdie bei einer Magnetisierungsfeldstärke von 50 Oersted erhaltene Flußdichte ist. Ein Rechteckverhältnis gleich oder größer als 0,6 kann für die Verbesserung der Ausgangsspannungsregelung anzustreben sein.Resistance and a fairly rectangular ß-W hysteresis curve. A square ratio can be defined as B 1 IBmU, where B 1 - ^ e is the remanent induction of the material and iW is the flux density obtained at a magnetization field strength of 50 Oersted. A square-wave ratio equal to or greater than 0.6 can be aimed for in order to improve the output voltage regulation.
60 Tabelle I60 Table I.
Beisp. Nr. Sättigb. Kernabschnittsmaterial -JU[VM) Example no. Core section material -JU [VM) -(JUIU)(x.\00)- (JUIU) (x. \ 00) AT(°C)AT (° C)
(Sekundärwicklg.)(Secondary winding)
1 LiFerrit 1,5 4,6 921 LiFerrit 1.5 4.6 92
89 51 > 16589 51> 165
500 10.7
200 32,0
585 9,0670 5.4
500 10.7
200 32.0
585 9.0
(Gauss) ' C) D S 1 "
(Gauss)
3400
4300
32002900
3400
4300
3200
0,70
0,24
5,00.94
0.70
0.24
5.0
(Sekundärwicklg.) ("C)Saturation Core section material T c —λ ^ χΚΛ
(Secondary winding) ("C)
LiMnZnFerrit
MnZnFerrit
NiFerritLiFerrit
LiMnZnFerrit
MnZnFerrit
NiFerrite
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