DE3144215A1

DE3144215A1 - Regler fuer eine horizontalablenkschaltung mit kommutiertem steuerbaren halbleitergleichrichter

Info

Publication number: DE3144215A1
Application number: DE19813144215
Authority: DE
Inventors: James Edward New Palestine Ind. Hicks; David Warren Indianapolis Ind. Luz; Leslie Neil Thibodeau
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS57109464A; KR830008592A; KR880000599B1; FI813410L; CA1177178A; JPH029747B2; FI72245B; DE3144215C2; US4321514A; FI72245C

Description

I NACHGEREICHT

RCA 76051 Sch/Vu « : ■

USSN 204,978

vom 7. November 1980

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

Regler für eine Horizontalablenk- SChaltung tn/V koyntnuttfrZrnt s/cuer herren

Die Erfindung bezieht sich auf geregelte Ablenkschaltungen.

Wenn Schaltregler mit der relativ hohen Frequenz, wie der Horizontalablenkfrequenz, betrieben werden, dann erhält man mit Ihnen relativ kompakte geregelte Stromversorgungsschaltungen niedriger Verlustleistung für Fernsehempfänger. Eine Art von Schaltreglern verwendet einen SCR als steuerbaren Reglerschalter, der mit der Horizontalablenkfrequenz betrieben wird. Der SCR liegt zwischen dem Eingangsanschluß für die ungeregelte Spannung und dem B -Versorgungsspannungsanschluß. Eine Steuerschaltung für den Regler schaltet den SCR zu einem regelbaren Moment im Hinlaufintervall jedes Horizontalablenkzyklus ein, um einen Eingangsstrom zu erzeugen, der vom Anschluß für die ungeregelte Spannung zum geregelten B -Spannungsanschluß fließt. Zur Begrenzung des Eingangsstroms ist eine Induktivität in Reihe mit dem SCR geschaltet. Ebenfalls liegt eine Sekundärwicklung des Rücklauftransformators in Reihe mit dem SCR. Die an dieser Sekundärwicklung auftretende Rücklaufimpulsspannung führt zu einem Anwachsen des Eingangsstromes, damit der SCR innerhalb des RücklaufIntervalls jedes Ablenkzyklus kommutiert wird.

Das Kommutierungsintervall des SCR ist diejenige Zeit, welche der Eingangsstrom zum Abfallen auf Null benötigt, wenn der transformierte Rücklaufimpuls der Serieninduktivität zugeführt wird. Die Dauer des Kommutierungsintervalls bestimmt sich nach der Größe der Reiheninduktivität und nach der Größe der zugeführten transformierten Rücklaufspannung. Das Kommutationsintervall verkürzt sich mit Zunahme der zugeführten Rücklaufimpulsspannung und vergrößert sich mit größer werdender Reiheninduktivität.

Die Werte für die Reiheninduktivität und die transformierte Rücklaufimpulsspannung werden so gewählt, daß der Regler-SCR vor dem Ende des RücklaufIntervalls sicher in den Sperrzustand kommutiert wird, und zwar bei allen im normalen Betrieb der Ablenkschaltung auftretenden Schwankungen der Eingangsspannung und Belastung. Wenn der SCR nicht vor Rücklaufende in den Sperrzustand umgeschaltet wird, dann setzt die Regelung aus.

Anstelle der Verwendung einer separaten diskreten Spule für die Serieninduktivität kann die Regler-Sekundärwicklung magnetisch lose mit der Primärwicklung des Rücklauftransformators gekoppelt werden. Die Streuinduktivität zwischen den beiden Wicklungen bildet dann die erforderliche Reiheninduktivität. Die der Streuinduktivität während des Rücklaufs im Endeffekt zugeführte Spannung gibt die Rücklaufimpuls-Spannungsamplitude abzüglich der Differenz zwischen ungeregelter Eingangsspannung und geregelter Spannung B wieder» Diese zugeführte "Netto"-Spannung und die Größe der Streuinduktivität bestimmen die Kommutierungszeit des SCR innerhalb des Rücklaufs bei einem gegebenen Spitzeneingangsstromwert .

Im allgemeinen wird die Größe der Reiheninduktivität genügend klein gewählt, c*i eine Kommutation des SCR innerhalb des Rücklaufs selbst bei Zuständen hoher Eingangsspannung sicherzustellen, welche erhöhte Spitzeneingangsstromwerte

ergeben. Benutzt man die Streuinduktivität als Reiheninduktivität, dann kann man eine relativ kleine Streuinduktivität in den Rücklauftransformator hineinkonstruieren, indem man die Sekundärwindungszahl klein gegenüber der Pr imärwindungszahl hält. Da jedoch die Sekundärwindungszahl auch die Größe der transformierten Rücklaufimpulsspannung bestimmt, welche eine Abnahme des EingangsStroms hervorruft, kann eine Verringerung der Sekundärwindungszahl keine nennenswerte Verkürzung der SCR-Kommutierungszahl ergeben, da die transformierte Rücklaufimpulsspannung ebenfalls herabgesetzt wird.

Ein Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung einer Wicklungsanordnung bei einem Regler mit einem Rücklauftransformator, welche eine größere Flexibilität bei der Wahl der richtigen Größe der Streuinduktivität erlaubt, die zur Sicherung der Kommutierung des SCR bei hohen Eingangsspannungsbedingungen benötigt wird, ohne daß die Größe der durch die Reglerwicklungsanordnung reflektierten (transformierten) Rücklaufimpulsspannung nachteilig beeinflußt wird. Die von einem Ablenkgenerator an einer Horizontalablenkwicklung erzeugte Rücklaufimpulsspannung wird einer ersten Wicklung eines Rücklauftransformators zugeführt. Eine zweite und eine dritte Reglerwicklung des Rücklauftransformators sind in Reihe mit einem steuerbaren Schalter über eine Eingangsspannungsquelle geschaltet. Von dieser Quelle fließt Eingangsstrom in die Reihenschaltung, wenn der steuerbare Schalter zu einem regelbaren Augenblick innerhalb des HinlaufIntervalls jedes Ablenkzyklus eingeschaltet wird. Wird die Rücklaufimpulsspannung der Ablenkwicklung der ersten Wicklung des Rücklauftransformators zugeführt, dann führt dies zu einer Abnahme der Größe des Eingangsstromes, so daß der steuerbare Schalter innerhalb des RücklaufIntervalls jedes Ablenkzyklus in den Sperrzustand kommutiert wird. Die magnetische Kopplung der dritten Wicklung mit der ersten Wicklung ist schwächer als die

magnetische Kopplung zwischen der zweiten Wicklung und der ersten Wicklung bemessen.Wendet man eine Reihenschaltung der zweiten und dritten Rücklauftransformatorwicklungen unterschiedlicher magnetischer Kopplung an, dann erhält man die erforderliche Induktivität in Reihe mit dem steuerbaren Schalter durch die lose Kopplung der dritten mit der ersten Wicklung.

Die reflektierte (transformierte) Rücklaufimpulsspannungsamplitude wird zu einem großen Teil durch die Gesamtwindungszahl der zweiten und dritten Wicklung bestimmt. Verändert man die Wicklungszahl der dritten Wicklung gegenüber der Wicklungszahl der zweiten Wicklung unter Beibehaltung der Gesamtwicklungszahl der zweiten und dritten Wicklung, dann erhält man eine wesentliche Änderung des Wertes der Streue induktivität in Reihe mit dem steuerbaren Schalter, ohne daß die Amplitude der gesamten transformierten Rücklaufimpulsspannung sich nennenswert ändern würde. Auf diese Weise ergibt sich eine erhebliche Flexibilität bei der Wahl des richtigen Wertes der Streuinduktivität, um die richtige Kommutierung des Regler-SCR bei hohen Eingangsspannungen sicherzustellen, ohne den Gesamtwert der transformierten Rücklaufimpulsspannungsamplitude nennenswert zu verändern.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung hat der Rücklauftransformator einen allgemein rechteckigen Kern. Die erste und die zweite Wicklung sitzen auf einem Schenkel des Kerns, und die dritte Wicklung sitzt auf dem gegenüberliegenden Schenkel. Die erste und die zweite Wicklung sind relativ dicht miteinander gekoppelt, während die erste und die dritte Wicklung relativ lose miteinander gekoppelt sind. Die Streuinduktivität wird daher im wesentlichen durch den Kopplungsgrad zwischen der ersten und der dritten Wicklung bestimmt. Nimmt man von der dritten Wicklung Windungen weg und fügt sie zur zweiten Wicklung hinzu, dann verringert man die vorhandene Stre..!induktivität erheblich. Die gesamte reflektierte (transformierte) Rücklaufimpulsspannung ändert

sich dabei wenig, weil die Gesamtzahl der Windungen, in denen die Rücklaufimpulsspannung transformiert wird, unverändert bleibt.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine geregelte Ablenkschaltung gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine spezielle Ausfuhrungsform einer Rücklauftrans forma to rkonstrukt ion gemäß der Erfindung; und Fig. 3a bis 3e Signalformen, wie sie im Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Horizontalablenkschaltung 10 für einen Fernsehempfänger hat ein Horizontalausgangs- oder -rücklauftransformator 30 eine Mehrzahl von Wicklungseinheiten 32 bis 42, die je um einen Teil eines magnetisierbaren Kernes 31 gewickelt sind. Aus den Wicklungseinheiten sind Zuleitungsdrähte einschließlich Anzapfungsleitern herausgezogen und elektrisch mit zugeordneten Anschlüssen 43 bis 65 verbunden.

Die Wicklungseinheit 32 ist die Primärwicklung des Rücklauftransformators, und sie ist leitend über eine. Hochspannungsabstimmungsschaltung, die eine Induktivität 82 mit parallelliegendem Kondensator 83 enthält, an einen Versorgungsspannungsanschluß B angeschlossen. Am Anschluß B⁺ entsteht eine geregelte Abtastgleichspannung V_Q. Der Anschluß 47 ist mit einer Horizontalablenkwicklung 71 einer Horizontalablenkschaltung 70 gekoppelt. Die Horizontalablenkschaltung 70 enthält einen Horizontaloszillator und Treiber 73, einen Horizontalausgangstransistor 74, eine Dämpfungsdiode 75, einen Rücklaufkondensator 76 und die Reihenschaltung einer Horizontalablenkwicklung 71 mit einem S-Formungskondensator 72.

Infolge des Schaltbetriebes des Horizontalendtransistors 74 entsteht an der Horizontalablenkwicklung 71 eine horizontalfrequente (1/T₁₁) Rücklaufimpulsspannung, die in Fig.1

mit der Bezugsziffer 84 am Kollektor des Horizontalendtransistors bezeichnet und dargestellt ist. Die Rücklaufimpulsspannung der Horizontalablenkwicklung wird der Primärwicklung 32 des Rücklauf transformator zugeführt. Wie Fig. 3a zeigt, ist die Spannung ν an der Primärwicklung 32 während des HorizontalrücklaufIntervalls Tr zwischen den Zeitpunkten t₃~t_g eine positive Impulsspannung 85, und während des Hinlaufintervalls zwischen den Zeitpunkten t_-t₃ eine negative Spannung 86.

Die der Primärwicklung 32 zugeführte Rücklaufimpulsspannung erzeugt an den anderen Rücklauftransformatorwicklungen Impulsspannungen. Beispielsweise kann die Spannung an der Wicklung 35 durch eine nicht dargestellte Schaltung gleichgerichtet und gefiltert werden zu einer Versorgungsgleichspannung für Schaltungen wie die Vertikalablenk- und Tonschaltungen. Die Impulsspannung an der Wicklung 36 kann beispielsweise als Zeitsteuersignal für Schaltungen wie die Bildröhrenaustastschaltung herangezogen werden. Eine Hochspannungs-Versorgungsschaltung 185, welche Wicklungen 37 bis 42 des Rücklauftransformators 32, sowie Gleichrichter 66 bis 68 und einen Widerstand 69 enthält, erzeugt eine Anodengleichspannung für die Bildröhre des Empfängers an einem Anschluß U. Der Anschluß 54 ist mit ainem Anschluß BL, dem Eingang einer üblichen Strahlstrombegrenzerschaltung, verbunden. Paare von Wicklungseinheiten 37 und 38, 39 und 40, 41 und 42 sind durch Verbindungsdrähte miteinander gekoppelt, die entsprechende Anschlußpaare 55 und 56, 59 und 60 63 und 64 miteinander verbinden. Zwischen die Anschlüsse 57 und 58 ist ein Gleichrichter 66 geschaltet, zwischen die Anschlüsse und 62 ein Gleichrichter 67 und zwischen die Anschlüsse 65 und 69 ein Gleichrichter 68. Die Gleichrichter 66 bis 68 richten die Spannungen gleich, die an den Wicklungen 37 bis 42 während des Horizontalrücklaufintervalles entstehen, um eine Endanodenspannunc; am Anschluß zu erzeugen, die von der nicht dargestellten Anodenkapazität der Bildröhre gefiltert wird.

V» lilt I V

-ΙΟΙ Eine Gleichspannungsquelle 16 umfaßt eine Quelle einer Netzspannung 21 wechselnder Polarität, die zwischen den Eingangsanschlüssen 24 und 25 eines Vollwellen-Brückengleichrichters 23 liegt, und zwischen dem Anschluß 26 und einem Stromrückführungs- oder Masseanschluß 27 liegt ein Filterkondensator 28. Ein Strombegrenzungswiderstand 22 liegt zwischen der Netzspannungsquelle 21 und dem Anschluß 24. Am Anschluß 26 entsteht eine ungeregelte Eingangsgleichspannung V. .

Ein mit der Horizontalablenkfrequenz betriebener Schaltregler 81 läßt aus der ungeregelten Eingangsgleichspannung am Anschluß 26 eine geregelte getastete Spannung V_n (B⁺) am Anschluß B entstehen. Zwischen den beiden Anschlüssen liegt ein Filterkondensator 29, welcher horizontalfrequente Welligkeitsspannungen ausfiltert. Der Schaltregler 81 enthält die Reihenschaltung der Sekundärwicklungseinheiten 33 und 34 des Rücklauftransformators und einen steuerbaren Schalter, nämlich den SCR 80, der über die Spannungsklemme B an die Gleichspannungsquelle 16 angeschlossen ist. Der SCR 80 wird mit der Horizontalfrequenz durch Tastimpulse geschaltet, die von einer Reglersteuerschaltung 77 erzeugt werden und über einen Koppeltransformator 78 der Steuerelektrode des SCR zugeführt werden. Die Synchronisation mit der Horizontalabtastung erfolgt dadurch, daß der Reglersteuerschaltung 77 die zwischen den Anschlüssen 49 und 50 entstehende Rücklaufimpulsspannung zugeführt wird.

Die Wicklungseinheit 33 des Rücklauftransformators ist so entworfen, daß sie magnetisch eng mit der Primärwicklung 32 gekoppelt ist, und zwar mit einem Koppelfaktor von k..=O,92.

Der Koppelfaktor k ist

L-(L₁ +L₂)

k = ^l ' ^Z

hierbei ist L die Gesamtinduktivität der beiden Wicklungen, wenn diese in Reihe geschaltet sind, und L₁, L„ die Indukti-

vität einer Wicklung bei nicht angeschlossener anderer Wicklung.

Die Spannung ν .., die an der Wicklungseinheit 33 entsteht, hat daher allgemein dieselbe Kurvenform (jedoch ist sie mit umgekehrter Polarität gezeichnet) wie die Spannung ν an der Primärwicklung 32, wie das mit der Spannung ν ₁ in Fig. 3e gezeigt ist. Während des RücklaufIntervalls t₃~tg ist daher die Spannung ν ₁ ein Impuls 88 entsprechend dem Impuls 85 der Primärwicklungsspannung ν .

Die Wicklungseinheit 34 des Rücklauftransformator ist relativ lose mit der Primärwicklung 32 gekoppelt: der Kopplungsfaktor zwischen den Wicklungen 32 und 34 ist k₂=0,78.

Wegen der losen Kopplung zwischen der Reglerwicklung 34 und der Primärwicklung 32 besteht eine erhebliche Streuinduktivität. Diese Streuinduktivität ist in Fig. 1 durch die Induktivität 87 dargestellt, die in Reihe mit der Wicklung 34 liegt. Da die Wicklungseinheit 33 relativ eng mit der Primärwicklung 32 gekoppelt ist, umfaßt die überwiegende Induktivität in Reihe mit dem SCR 80 die der lose gekoppelten Wicklungseinheit 34 zugeordnete Streuinduktivität 87.

Die ReglerSteuerschaltung 77 schaltet den SCR 80 in einem regelbaren Augenblick innerhalb des HinlaufIntervalls jedes Ablenkzyklus ein, nämlich beispielsweise zum Zeitpunkt t., in den Fig. 3a bis 3e. Wie Fig. 3b zeigt, beginnt zum Zeitpunkt t₁ ein Eingangsstrom i_fi vom Eingangsspannungsquellenanschluß 26 durch die Reihenschaltung der Wicklungseinheiten 33 und 34 und den SCR 80 zum Spannungsanschluß B zu fließen, Zwischen den Zeitpunkten t* und t₃ (t₃ ist das Ende des HinlaufIntervalls) enthält der Eingangsstrom i_Q einen aufwärts geneigten Rampenstrom 89, der zum Zeitpunkt t_ einen Spitzenwert I_p erreicht.
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Die Streuinduktivität 87 bildet die Reihenimpedanz, welche dem Eingangsstrom die Rampenform verleiht und den Eingangs-

stromfluß zwischen dem Anschluß 26 und dem Spannungsanschluß B begrenzt. Während des Hinlaufintervalls zwischen den Zeitpunkten t_Q bis t₃ umfaßt die einem Ende der Streuinduktivität 87 zugeführte Spannung die ungeregelte Eingangsgleichspannung V. in Reihe mit der Hinlaufspannung, welche in die eng gekoppelte Wie clungseinheit 33 transformiert wird, und in Reihe mit der Hinlaufspannung, welche in die lose gekoppelte Wicklungseinheit 34 transformiert wird. Die dem anderen Ende der Streuinduktivität bei leitendem SCR 80 zugeführte Spannung umfaßt die geregelte B -Tastspannung V_Q. Die über der Streuinduktivität 87 entstehende Spannung ist daher die Spannung v_L = v_T + Δν, wobei v„ gleich der Summe der in den Reglerwicklungen 33 und 34 transformierten Hinlaufspannungen und Δν die Differenzspannung Δν = V. - V_Q ist. Die Steigung des EingangsStroms i_n ist positiv oder aufwärtsgerich-tet, di»/dt = v_T/L, wobei

U U L·

L die effektive Induktivität in Reihe mit dem SCR 80 ist, nämlich vorwiegend der Streuinduktivität 87 der lose gekoppelten Wicklungseinheit 34.

Der SCR wird während des RücklaufIntervalls infolge abnehmenden Eingangsstromes 90 in den Sperrzustand kommutiert, wobei der Strom nahe dem Zeitpunkt t. den Wert Null erreicht. Über den SCR 80 ist eine Dämpfungsschaltung 79 gekoppelt. Zwischen den Zeitpunkten t₃ bis t. innerhalb des Rücklaufintervalls t₃ bis t_g hat der Eingangs strom i_Q eine negative Rampe oder nach unten gerichtete Steigung. Die Umkehr der Steigungsrichtung ist bedingt durch die Entstehung einer Rücklaufimpulsspannung entgegengesetzter Polarität, die in den Wicklungseinheiten 33 und 34 induziert wird. Das Intervall t₃ bis t, stellt die Kommutierungszeit dar oder das Intervall, in dem der Eingangsstrom abnimmt, und es ist die Zeit, welche zum Abschalten des SCR 80 gebraucht wird, wenn der Rücklauf erst einmal nahe dem Zeitpunkt t₃ begonnen hat. Die negative Steigung des Eingangsstromes während des SCR-Kommutierungsintervalls ist -di_n7dt = (v - Av)/L, wobei v_R gleich der Summe der in den Reglerwicklungen 33 und 34

induzierten Rücklaufimpulsspannungen ist. Die Kommutierungszeit ist T = LI //v_. - Δν) . Somit wächst die Kommutierungs-

C ir JK

zeit des SCR mit zunehmendem Eingangsspitzenstrom I ,der zum Beginn des Rücklaufs fließt, und mit abnehmender Reiheninduktivität L, sowie mit hohen Werten der Eingangsspannung V. , welche Δν vergrößert.

Der Mittelwert I des Eingangsstromes i_ stellt den mittleren Laststrom dar, der aus dem Anschluß B fließt und mit zunehmender Strahlstrombelastung am Anodenanschluß ü sowie mit zunehmender Belastung der mit der Wicklungseinheit 35 gekoppelten Stromverbraucher ansteigt.

Zur Aufrechterhaltung der geregelten B -Tastspannung V₀ wird die Spannung am Anschluß B zur ReglerSteuerschaltung 77 über eine Leitung 93 zurückgeführt. Die ReglerSteuerschaltung 77 verändert den Einschaltaugenblick des SCR 80 während des Hinlaufs, wenn sich die B -Tastspannung verändert, um diese Schwankungen auszuregeln. Die gestrichelte Kurvenform des ' Eingangsstroms i_Q in Fig. 3b erhält man bei höheren Werten der ungeregelten Eingangsgleichspannung V. . Der SCR 80 wird zu einem späteren Zeitpunkt t~ innerhalb des Hinlaufs eingeschaltet. Die Differenzspannung Δν ist bei höheren Eingangsspannungswerten größer. Die Steigung des positiven Rampenteils 91 des Eingangsstromes i_Q ist steiler als diejenige des Rampenstromes 89, die bei niedrigerer Eingangsnetzspannung erhalten wird.

Wenn die vom Fernsehempfänger verbrauchte Leistung bei Eingangsspannungsschwankungen im wesentlichen unverändert bleibt, dann ändert sich der Mittelwert I des Eingangs-

avg

Stromes umgekehrt zu diesen Schwankungen. Dennoch ist der Spitzenwert I_p." des Stroms i ' zu Beginn des Rücklaufs am Zeitpunkt t-> bei höherer Netzspannung größer als der Spitzenwert I bei niedriger Netzspannung wegen der steileren Neigung des Rampenabschnittes 91 gegenüber dem Rampenabschnitt 89. Da der Spitzenwert des Eingangsstromes bei hoher Netz-

j -r

spannung erheblich größer als bei niedriger Netzspannung ist und weil der Eingangsstrom mit nach unten gerichteter Steigung bei hoher Netzspannung etwas flacher verläuft, wird die Kommutierungszeit des SCR zum Zeitintervall t, bis t,- verlängert, wie das der nach unten geneigte Rampenabschnitt 92 des Eingangsstroms i_Q in Fig. 3b zeigt.

Nachdem der SCR 80 nahe dem Zeitpunkt t₅ in Sperrichtung kommutiert ist, muß eine Kommutierungsabschaltzeit t verstrichen sein, ehe die Durchlaßsperrschicht des SCR eine Durchlaßverarmungszone aufbaut, welche den SCR 80 eine Durchlaßblockierspannung aufbauen läßt. Die Durchlaßblockierspannung des SCR 80 verhindert das Fließen eines Durchlaßanodenstroms zu Beginn des nächsten Hinlaufintervalls zum Zeitpunkt t_g, wenn die in den Wicklungseinheiten 33 und 34 induzierten Hinlaufspannungen an der Anode des SCR eine positive Spannung entstehen lassen.

Die Konstruktion des Schaltreglers 81 muß die richtige Kommutierung des SCR unter allen normalen Betriebsbedingungen sicherstellen. Das heißt, daß die Summe der Kommutierungs-

zeit T und der Abschaltzeit t für den SCR ausreichend kürc q

zer als das Rücklaufintervall T„ sein soll, damit der SCR

κ.

in den Durchlaßblockierzustand umschalten kann, ehe die Durchlaßspannung wieder seiner Anode zu Beginn des nächsten Hinlaufintervalles nahe dem Zeitpunkt zugeführt wird.

Nach dem Stande der Technik ist eine einzige Sekundärwicklung des Rücklauftransformators lose mit der Primärwicklung gekoppelt und in.Reihe mit dem Regler-SCR geschaltet. Die Streuinduktivität der einzigen Sekundärwicklung dient als Reihenimpedanz zur Begrenzung des Eingangsstromflusses während des HinlaufIntervalls, wenn der SCR leitet. Wegen verschiedener Beschränkungen beim Entwurf des Aufbaus des Rücklauftransformators eignen sich nur wenige Methoden zur Einstellung der Streuinduktivität, wenn man sich auf den Transformatoraufbau erst einmal grundsätzlich festgelegt hat.

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Eine Methode besteht in der Einstellung der Windungszahl

der Reglersekundärwicklung. Zur Verringerung der Streuinduktivit.ät kann beispielsweise die Anzahl der Reglersekundärwindungen herabgesetzt werden.
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Verwendet man nur eine einzige Sekundärwicklung für den Rücklauftransformatorregier, dann hat man keine Freiheit mehr, den Bereich des SCR-Reglerbetriebes zu vergrößern, wenn man den Grundentwurf für den Rücklauftransformator festgelegt hat. Ist es beispielsweise erwünscht, den Betriebsbereich des SCR-Reglers zu vergrößern, um höhere Eingangsspannungen und höhere Belastungswerte ausregeln zu können, dann wird der Spitzeneingangsstrom zum Rücklaufbeginn größer: Die Kommutierungszeit für den SCR verlängert sich.

Um sicherzustellen, daß die Kommutierungszeit des SCR innerhalb des Rücklaufs genügend kurz ist, damit der SCR den Durchlaßblockierzustand vor Beginn des nächsten Hinlauf-Intervalls erreicht, ist es erwünscht, die Streuinduktivität der Sekundärwicklung des Reglers herabzusetzen. Hat man sich bereits für einen Grundentwurf des Transformators entschieden , dann kann man die Streuinduktivität durch Verringerung der Windungszahl der Reglersekundärwicklung herabsetzen. Da jedoch die Kommutierungszeit des SCR auch von der Rücklaufimpulsspannungsamplitude abhängt, die in der Reglersekundärwicklung induziert wird, wird durch eine Verringerung der Windungszahl der Sekundärwicklung auch die transformierte Rücklaufimpulsspannung reduziert, was die Kommutierungszeit zu verlängern sucht. Der Verkürzung der Kommutierungszeit durch Wahl einer kleineren Windungszahl zur Verkleinerung der Streuinduktivität wird praktisch durch diese Verlängerung der Kommutierungszeit wegen der Verringerung der induzierten Rücklaufimpulsspannung entgegengewirkt.

Benutzt man nur eine einzige Reglersekundärwicklung, dann muß man den BetriebsteFperaturbereich des SCR beschränken,

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oder man benötigt stärkere Kühlungsmaßnahmen. Die inhärente Sperrzeit t des SCR, die benötigt wird, um einen Durchlaßsperrzustand herzustellen, nachdem der SCR in den Sperrzustand kommutiert ist, wird wesentlich von der Betriebstemperatur des SCR beeinflußt. Höhere Betriebstemperaturen verlängern die Sperrzeit t des Bauelementes. Um bei höheren Umgebungstemperaturen oder mit geringeren Kühleinrichtungen zu arbeiten, muß man die Kommutierungszeit des SCR reduzieren, um der längeren Abschaltzeit t Rechnung zu tragen. Es wurde bereits gesagt, daß eine Verringerung der Windungszahl der Reglersekundärwicklung die SCR-Kommutierungszeit nicht nennenswert herabsetzt, wenn die Grundform des Transformators bereits gewählt ist.

Eine Eigenschaft der Erfindung liegt darin, daß man eine größere Freiheit bei der Einstellung der verschiedenen Betriebsbereiche des Schaltreglers bekommt, wenn die Grundform des Rücklauftransformators aufgrund anderer Entwurfskriterien bereits gewählt ist. Anstatt der Verwendung einer einzigen ReglerSekundärwicklung werden zwei Wicklungseinheiten 33 und 34 nach Fig. 1 benutzt. Die Wicklungseinheit 33 ist magnetisch eng mit der Primärwicklung 32 gekoppelt, und die Wicklungseinheit 34 ist mit der Primärwicklung 32 magnetisch lose gekoppelt. Als Beispiel sei für den Koppelfaktor k.. der Wicklungseinheit 33 der Wert 0,92, dagegen für den Kopplungsfaktor k„ der weniger eng gekoppelten Wicklungseinheit 34 der Wert 0,78 angeführt.

Da die Wicklungseinheit 33 eng mit der Primärwicklung 32 gekoppelt ist, besteht zwischen den beiden Wicklungen nur wenig Streuinduktivität, während zwischen der Wicklungseinheit 34 und der Primärwicklung 32 eine erhebliche Streuinduktivität vorliegt. Die überwiegende Komponente der in Reihe mit dem SCR 80 liegenden Induktivität ist also die Streuinduktivität der Wicklungseinheit 34.

In Fig. 3 d ist die Spannung ν ₂ veranschaulicht, welche

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zwischen den Anschlüssen der lose gekoppelten Wicklungseinheit 34 entsteht. Während der Intervalle innerhalb jedes Horizontalablenkzyklus, in denen der SCR 80 gesperrt ist, also zwischen den Zeitpunkten t_Q bis t. und t. bis t_ß, folgt die Spannung V₂ ^{an der} lose gekoppelten Wicklungseinheit 34 allgemein der Kurvenform der Primärwicklungsspannung ν . Während des Teils des Rücklaufs zwischen den Zeitpunkten t₄ bis tg hat die Spannung ν ₂ eine Impulsform 98, und während des Hinlaufteils zwischen den Zeitpunkten t_ bis t* hat die Spannung ν ~ die Kurvenform 94.

In Fig. 3c ist die Spannung ν zwischen dem Anschluß 26 und der Anode des SCR 80 gezeigt. Die Spannung ν ist gleich der Summe der Spannungen, die in den Wicklungseinheiten 33 und 34 induziert werden. Es ist also ν = ν _Λ + ν _η. Während der

s si sz

Leitungszeit des SCR 80 zwischen den Zeitpunkten t.. bis t, umfaßt die Spannung ν den Spannungsteil 95 und hat die gleiche Amplitude wie die Differenzspannung Δν = V. - V_Q, also eine Spannung relativ konstanten Wertes. Da die Spannung ν ^ an der eng gekoppelten Wicklungseinheit 33 gezwungen wird, der Kurvenform der Primärwicklungsspannung ν

auch während des Leitungsintervalls t_ bis t, des SCR 80 zu folgen, muß die Spannung ν ₂ von der Form der Primärwicklungsspannung abweichen, damit die Summe der beiden Wicklungsspannungen gleich dem Abschnitt 95 konstanter Spannung der Spannung ν ist.

Wie Fig. 3d zeigt, ist die Spannung V₂ an der lose gekoppelten Wicklung 34 gleich dem Spannungsabschnitt 96, wenn der SCR 80 während des Hinlaufintervalls zwischen den Zeitpunkten t₁ bis t₃ leitet. Der Abschnitt 96 hat die entgegengesetzte Polarität wie der Hinlaufabschnitt 94 vor dem Zeitpunkt t₁. Wenn der SCR 80 während des Rücklaufintervalls zwischen den Zeitpunkten t_ bis t. leitet, dann kehrt die Spannung V₂ ihre Pole. ^itat wieder um, so daß sie den positiven Spannungsabschnitt 97 bildet. Zwischen den Zeitpunkten t,. bis t. folgt die Spannung ν ₂ also nicht der Kurvenform

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der Primärwicklungsspannung. Die Streuinduktivität der Wicklungseinheit 34 erzeugt die notwendige Spannung, damit die Spannung ν ~ zwischen den Zeitpunkten t.. bis t. gleich der Differenz zwischen der konstanten Spannung ν und der Kurvenform der Ablenkspannung ν ₁ zwischen den Zeitpunkten t₁ bis t^ ist.

Nach dem Zeitpunkt t₄, wenn der SCR 80 in den Sperrzustand kommutiert wird und die Spannung ν nicht mehr auf einen Spannungswert Δν geklemmt wird, kann die Spannung ν ~ allgemeinen Kurvenform der Primärwicklungsspannung folgen, wie dies Fig. 3d mit dem Impuls 98 während des Rücklaufs zwischen den Zeitpunkten t. bis t_g und mit dem Hinlaufspannungsabschnitt 94 zwischen den Zeitpunkten t~ bis t₁ zeigt.

Zur Erzeugung des abwärtsgerichteten Rampenabschnittes 90 oder 92 des Eingangsstromes i_fl in Fig. 3b werden die in den Reglerwicklungseinheiten 33 und 34 induzierten Rücklaufimpuls spannungen in Reihe der Streuinduktivität der Wicklungseinheit 34 zugeführt. Die gesamte reflektierte Rücklaufimpulsspannung wird bestimmt durch die Gesamtwicklungszahl in der Reihenschaltung der Wicklungsabschnitte 33 und 34. Damit hängt die Amplitude der gesamten transformierten Rücklaufimpulsspannung von der Gesamtwindungszahl n,=n₁+n₂ ab, wobei n* die Windungszahl der eng gekoppelten Wicklungseinheit 33 und n„ die Windungszahl der lose gekoppelten Wicklungseinheit 34 ist.

Um den Betriebsbereich des Schaltreglers 31 nach höheren.

Eingangsnetzspannungen, höheren Eingangsstromwerten und höheren Betriebsspannungen des SCR-Bauelementes zu vergrößern, wird die Streuinduktivität der lose gekoppelten Reglerwicklungseinheit 34 verringert, indem ihre Windungszahl gegenüber der Windungszahl der eng gekoppelten Wicklungseinheit 33 verringert wird, wobei gleichzeitig aber die Gesamtwindungszahl n. konstant bleibt. Von der lose gekoppelten

Sekundärwicklungseinhait 34 werden Windungen abgenommen und in gleicher Anzahl der eng gekoppelten Wicklungseinheit 33 zugeschlagen. Durch Wegnahme von Windungen von der Wicklungseinheit 34 wird deren Streuinduktivität herabgesetzt, so daß die in Reihe mit dem SCR 80 liegende Induktivität reduziert wird, wie es zur Erweiterung des Betriebsbereichs erforderlich ist. Durch die Hinzufügung derselben Windungsanzahl zu der eng gekoppelten Wicklungseinheit 33 wird die gesamte Windungszahl n, unverändert beibehalten, und damit bleibt die gesamte induzierte Rücklaufimpulsspannung ebenfalls relativ unverändert. Wegen der engen Kopplung erhöhen weiterhin zusätzliche Windungen zur Wicklungseinheit 33 praktisch nicht die in Reihe mit dem SCR 80 liegende Streuinduktivität.

Fig. 2 veranschaulicht eine spezielle Ausführungsform für eine Konstruktion des Rücklauftransformators 30 nach Fig. 1 gemäß der Erfindung. Der Kern 31 des Rücklauftransformator 30 umfaßt zwei C-Kernteile, die zur Bildung eines allgemein rechteckförmigen Kernes zusammengefügt sind. Konzentrisch um einen Schenkel 31a des Rechteckkernes 31 sind eine Primärwicklung 32, eine Wicklungseinheit 36, eine Wicklungseinheit 35 und Hochspannungswicklungseinheiten 37 bis 42 gewickelt. Jede der Hochspannungswicklungseinheiten 37 bis 42 ist in einen in einem Plastikwickelkörper 15 ausgebildeten zugehörigen Schlitz gewickelt. Für die enge Kopplung zwischen der Reglerwicklungseinheit 33 mit der Primärwicklung 32 ist die Wicklungseinheit 33 um denselben Schenkel 31a wie die Primärwicklung 32 gewickelt. In Fig. 2 ist die eng gekoppelte Wicklungseinheit 33 dargestellt als auf demselben Schenkel 33 neben die Primärwicklung 32 gewickelt. Alternativ kann die Wicklungseinheit 33 auch konzentrisch mit der Primärwicklung 32 entweder über oder unter dieser gewickelt sein. Für die gewünschte lose Kopplung zwischen der Wicklungseinheit Ό ¹ und der Primärwicklung 32 ist die Wicklungseinheit 34 um den gegenüberliegenden Schenkel 31b des Kernes 31 gewickelt.

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Weil die lose gekoppelte Wicklungseinheit 34 um den der Primärwicklung 32 gegenüberliegenden Schenkel gewickelt ist, besteht ein beachtlicher Streuflußweg, so daß ein wesentlicher Anteil des mit einer der Wicklungseinheiten 32, 34 verketteten Flusses mit der anderen Wicklungseinheit nicht verkettet ist. Zusätzlich kann zur Einstellung der Windungszahl der lose gekoppelten Wicklungseinheit 34 deren Streuinduktivität durch Anordnung der Wicklungseinheit 34 an verschiedenen Stellen auf dem gegenüberliegenden Kernschenkel 31b weiterhin kontrolliert werden.

Dadurch, daß zwei Wicklungseinheiten vorgesehen sind, von denen eine relativ lose mit der Primärwicklung und die andere relativ eng mit der Primärwicklung gekoppelt ist, werden die Konstruktionsmöglichkeiten erweitert, indem die Größe der verfügbaren Streuinduktivität eingestellt wird, ohne daß die induzierte Gesamtrücklaufimpulsamplitude, welche dem SCR während des Rücklaufs zugeführt wird, nachteilig beeinflußt wird.

Claims

RCA 76051 Sch/Vu USSN 204/978 vom 7. November 1980 RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.) ■€R-Regler für eine HorizontalablenkschaltungmU front fvo//'er/C*v> Stutrt-hα*im Patentansprüche

1))Geregelte Ablenkschaltung mit einer Ablenkwicklung, einem mit dieser gekoppelten Ablenkgenerator zur Erzeugung eines Ablenkstroms in der Ablenkwicklung während jedes Ablenkzyklus und zur Erzeugung einer Rücklaufimpulsspannung über der Ablenkwicklung während eines RücklaufIntervalls jedes Ablenkzyklus, ferner mit einer Eingangsspannungsquelle, einem steuerbaren Schalter, einem Rücklauftransformator mit einer ersten Wicklung, welcher die Rücklaufimpulsspannung der Ablenkwicklung zur Erzeugung von Rücklaufimpulsspannungen über anderen Wicklungen des Rücklauftransformatorszugeführt wird, sowie mit einer in Reihe mit dem steuerbaren Schalter über die Eingangsspannungsquelle geschalteten zweiten und dritten Wicklung des Rücklauftransformator^,

dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Wicklung (34) mit der er Esten Wicklung (32) weniger stark magnetisch gekoppelt ist als die zweite Wicklung (33) mit der ersten Wicklung (32), daß mit dem steuerbaren Schalter eine Steuerschaltung (77) gekoppelt ist zum Einschalten des steuerbaren Schalters zu einem regelbaren Augenblick innerhalb des HinlaufIntervalls jedes Ablenkzyklus, derart, daß der Eingangsstrom von der Eingangsspannungsquelle (16) während jedes Ablenkzyklus in der Reihenschaltung von dem regelbaren Augenblick an zu fließen beginnt und daß die Rücklauf impiilsspannung (84) der Ablenkwicklung bei Zuführung zur erstem Wicklung (32) des Rücklauftransformators einen Eingangsstrom abnehmender Amplitude zur Sperrkommutierung des steuerbaren Schalters (80) innerhalb des RücklaufIntervalls jedes Ablenkzyklus erzeugt, und daß eine Einrichtung (36)zur Zuführung eines Signals zu der Steuerschaltung (77) vorgesehen ist, das einen Ablenkschaltungsenergiepegel zur Veränderung des regelbaren Augenblickes im Sinne einer Regelung dieses Energiepegels darstellt.

2) Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rücklauftransformator einen allgemein rechteckigen Kern (30) enthält, auf dessen einem Schenkel (31a) eine erste Wicklung (32) und eine zweite Wicklung (33) und auf dessen anderem Schenkel (31b) eine dritte Wicklung (34) angeordnet ist.

3) Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung

eine Induktivität enthält, deren größerer Anteil durch eine Streuinduktivität gebildet wird, die zwischen der ersten Wicklung (32) und der dritten Wicklung (34) des Rücklauftransformators existiert.
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3H4215

4) Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet / daß eine Einrichtung zur Ableitung einer Gleichspannung an einem Ausgangsanschluß (Kathode) des steuerbaren Schalters (80) vorgesehen ist und daß die erste Wicklung (32) des Rücklauftransformators leitend mit dem Ausgangsanschluß (über 82) gekoppelt ist.

5) Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das den Ablenkschaltungsenergiepegel darstellende Signal ein den Pegel der Gleichspannung darstellendes Signal umfaßt.

6) Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der steuerbare Schalter (80) einen gesteuerten Siliziumgleichrichter aufweist.

7) Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß mit einer vierten Wicklung (37-42) des Rücklauftransformators (30) eine Hochspannungsschaltung (185) zur Erzeugung einer Anodenhochspannung aus der an der vierten Wicklung auftretenden Spannung gekoppelt ist.