DE3151203C3 - Selbstregelnde Spannungsversorgungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstregelnde Spannungsversor­ gungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Schaltung ist aus der GB 10 96 622 bekannt. Hier­ bei ist eine sättigbare Resonanzdrossel über einen Teil der Sekundärwicklung geschaltet, während der Resonanzkondensator parallel zur gesamten Sekundärwicklung fließt. Der Ferroreso­ nanzstrom fließt hier auch durch den anderen Teil der Sekun­ därwicklung und erwärmt den Transformatorkern. Aus der DE-OS 15 13 769 ist eine Ferroresonanz-Regelschaltung bekannt, bei welcher der aus Resonanzdrossel und Resonanzkondensator be­ stehende Parallelresonanzkreis über eine normale Drossel an die Sekundärwicklung des Transformators angekoppelt ist, so daß der Ferroresonanzstrom nicht durch eine Transformatorwick­ lung fließt und demnach nicht zur Erwärmung des Transforma­ torkernes beiträgt. Durch die Entkopplung wird jedoch nur die unmittelbar an dem Ferroresonanzkreis abgreifbare Spannung geregelt, während die in der Sekundärwicklung selbst indu­ zierte Spannung ungeregelt bleibt. Sollen die Spannungen mehrerer Sekundärwicklungen geregelt werden, so wäre jede Sekundärwicklung in der beschriebenen Weise zu beschalten, benötigte also einen eigenen Ferroresonanzkreis.

Aus der GB 20 41 668 A ist eine Ferroresonanz-Regelschaltung bekannt, bei der die auf einen Ferroresonanz-Transformator gewickelte Hochspannungswicklung für die Bildröhre eines Fernsehers mit der verteilten Wicklungskapazität einen Ferro­ resonanzkreis bildet, der die Regelung der Hochspannung be­ wirkt. Dabei hat der die Hochspannungswicklung durchfließende Ferroresonanzstrom infolge Wirbelstrom- und Hysteresever­ lusten eine Erwärmung des Transformatorkerns zur Folge, des­ sen Sättigungseigenschaften sich mit der Temperatur ändern und bei höherer Kerntemperatur die Regelungseigenschaften schlechter werden lassen.

Beim Betrieb mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz, wie etwa der Horizontalablenkfrequenz von 15,75 kHz, ist ein Ferroresonanz-Transformator ein relativ kompaktes und leich­ tes Gebilde, welches von Haus aus Regeleigenschaften für die Ausgangsspannung besitzt, ohne daß dazu relativ komplizierte und aufwendige elektronische Regelschaltungen benötigt werden.

Damit man bei 19 kHz einen hohen Wirkungsgrad erhält, kann der magnetisierbare Kern eines Ferroresonanz-Transformators aus einem Ferrit bestehen, wie etwa einem handelsüblichen Mangan-Zink oder Nickel-Zink-Ferrit. Solche Ferritmaterialien haben einen hohen Widerstand gegen Stromfluß, so daß nur relativ kleine Wirbelstromverluste auftreten, die andernfalls bei der relativ hohen Betriebsfrequenz von 16 kHz sehr hoch wären. Die Hystereseverluste sind ebenfalls relativ niedrig. Selbst wenn man einen Ferritkern benutzt, würden jedoch ohm­ sche Verlust (I²R) in einer oder mehrern Wicklungen, sowie Wirbelstromverluste und Hystereseverluste einen erheblichen Anstieg der Kerntemperatur hervorrufen.

Die Sättigungsflußdichte B_sat eines magnetisierbaren Materials sinkt mit zunehmender Kerntemperatur. Für Mangan-Zink-Ferrite kann die Sättigungsflußdichte von etwa 4,5 kG (Kilogauss) bei 20° C auf 2,5 kG bei 150° C absinken. Da die Ausgangsspannung eines Ferroresonanz-Transformators vom Wert der Sättigungs­ flußdichte B_sat des Kernmaterials innerhalb der Ausgangswick­ lungen abhängt, führt ein Anstieg der Kernbetriebstemperatur zu einer unerwünschten Abnahme der Ausgangsspannung. Wenn bei­ spielsweise die Ausgangsspannung eine Anodenhochspannung ist, dann ist sie unmittelbar nach dem Einschalten des Fernseh­ empfängers, wenn der Kern des Ferroresonanz-Transformators noch die Umgebungstemperatur hat, höher als die Anodenhoch­ spannung, die anschließend im Dauertemperaturbetrieb auftritt, nachdem der Kern sich auf seine normale Betriebstemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur erwärmt hat.

Eine Wärmeabführung vom Kern zur Verringerung des Temperatur­ anstieges ist bei einem Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transfor­ mator eines Fernsehempfängers relativ schwierig. Die Ausgangs­ wicklungen des Ferroresonanz-Transformators einschließlich der Hochspannungswicklung, welche eine relativ große Windungs­ zahl hat, sind um den gesättigten Kernteil des Transformators gewickelt und magnetisch eng miteinander gekoppelt. Die mehr­ fachen Ausgangswicklungen und die große Windungszahl der Hoch­ spannungswicklung beschränken den Zugang zum Kern für Wärme­ abfuhrmaßnahmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ferroresonanz- Regelschaltung zu schaffen, die eine nicht durch Kernerwär­ mung beeinträchtigte Regelung der Spannungen mehrerer Sekun­ därwicklungen mit geringem Aufwand erlaubt. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung enthält eine selbstregelnde Spannungsver­ sorgungsschaltung einen Transformator mit einer ersten und einer zweiten Wicklung. Die erste Wicklung hat Anschlüsse zur Verbindung mit einer Eingangswechselspannungsquelle; die zwei­ te Wicklung hat Anschlüsse zur Verbindung mit einer Last.

Eine Spule enthält einen sättigbaren, magnetisierbaren Kern und mindestens eine um den Kern gewickelte Spulenwicklung. Diese eine Spulenwicklung ist leitend mit der zweiten Wick­ lung des Transformators verbunden, so daß bei Erregung an der Spulenwicklung eine Spannung wechselnder Polarität auf­ tritt. Die zweite Transformatorwicklung ist magnetisch von der Spule isoliert, so daß der magnetische Fluß des Spulenkerns nicht mit der zweiten Wicklung verkettet ist.

Durch magnetische Sättigung des Spulenkerns werden die Span­ nungen an der Wicklung der Spule und der Sekun­ därwicklung des Transformators, welche leitend miteinander verbunden sind, geregelt. Eine dritte Wicklung des Transfor­ mators, etwa die Hochspannungswicklung, erzeugt in Abhängig­ keit von der geregelten Spannung, die an der Sekundärwick­ lung des Transformators erscheint, eine geregelte Ausgangs­ spannung wechselnder Polarität. Mit dieser dritten Wicklung des Transformators ist eine Lastschaltung, wie etwa der Anodenkreis gekoppelt, welcher von der geregelten Ausgangs­ spannung gespeist wird.

Ein Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung besteht darin, daß das sättigbare Kernelement, welches für die Spannungsregelung sorgt, kein Teil des Transformatorkerns ist, um den die Ausgangssekundärwicklungen gewickelt sind, welche die geregelten Versorgungsspannungen für den Fern­ sehempfänger liefern. Somit ist die Hochspannungswicklung um den Transformatorkern anstatt um den Kern der sättig­ baren Spule gewickelt, so daß der sättigbare Kernabschnitt für Wärmeabführmaßnahmen leichter zugänglich ist.

Ferner kann der Transformatorkern, um welchen die Sekundär­ ausgangswicklungen gewickelt sind, im wesentlichen im nicht gesättigten Bereich der BH-Schleife des Trans­ formatorkernmaterials betrieben werden. Die Ausgangs­ spannungen an den Transformatorsekundärwicklungen sind trotzdem geregelt, weil die Wicklungen magnetisch eng mit der "geregelten" Ausgangswicklung gekoppelt sind, welche leitend mit der Spulenwicklung verbunden ist.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ferroresonanz-Spannungsversorgungsschaltung für Fernsehzwecke gemäß der Erfindung und

Fig. 2 und 3 Signalformen, wie sie im Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.

Gemäß Fig. 1 enthält eine Ferroresonanz-Spannungsversorgungs­ schaltung 10 für einen Fernseher einen Transformator 22 und eine Ferroresonanzlastschaltung 20 mit einer sättig­ baren Spule. Eine Primärwicklung 22a des Transformators 22 ist an eine Quelle 11 ungeregelter Eingangswechselspannung V_in angeschlossen, die einen Inverter 21 und einen Ein­ gangsgleichspannungsanschluß 23 aufweist, der mit einer Mittelanzapfung der Primärwicklung 22a gekoppelt ist.

Dem Anschluß 23 wird eine ungeregelte Gleichspannung V_a zugeführt. Der Inverter 21 wird mit einer hohen Frequenz betrieben, beispielsweise mit der Horizontalablenkfrequenz von 15,75 kHz. Der Inverter 21 erzeugt die Eingangswechsel­ spannung V_in als horizontalfrequente Rechteckspannung über der Primärwicklung 22a.

Wenn die Spannung V_in der Primärwicklung 22a zugeführt wird, dann entstehen horizontalfrequente Ausgangswechselspannungen an den Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22d und an einer Hochspannungssekundärwicklung 22e. Die Enden 49 und 50 der Ausgangswicklung 22b sind mit Dioden 29 bzw. 30 ver­ bunden, die als Doppelweggleichrichter arbeiten. Die Enden 48 und 51 der Ausgangswicklung 22c sind mit Dioden 27 bzw. 28 verbunden, die ebenfalls als Doppelweggleichrichter ar­ beiten. Auch die Enden 47 und 52 der Ausgangswicklung 22d sind mit als Doppelweggleichrichter arbeitenden Dioden 25 und 26 verbunden. Eine gemeinsame Mittelanzapfung 53 ist an Masse gekoppelt.

Die an der Wicklung 22b entstehende Ausgangsspannung wechselnder Polarität wird von den Dioden 29 und 30 doppelweggleichgerichtet und von einem Kondensator 34 zu einer Betriebsgleichspannung an einem Anschluß 31 von beispielsweise +25 Volt gefiltert, um Schaltungen des Fernsehempfängers wie die Vertikalablenkschaltung und die Tonfrequenzschaltung zu speisen. Die an der Wicklung 22d entstehende Ausgangsspannung wechselnder Polarität wird von den Dioden 25 und 26 doppelweggleich­ gerichtet und von einem Kondensator 36 zu einer Versor­ gungsgleichspannung an einem Anschluß 33 von beispiels­ weise +210 Volt gefiltert zur Speisung von Schaltungen wie dem Bildröhrentreiber.

Die an der Wicklung 22c entstehende Ausgangsspannung wechselnder Polarität wird von den Dioden 27 und 28 doppelweggleichgerichtet und von einem Kondensator 35 zur Erzeugung einer Ablenkversorgungsspannung B+ am Anschluß 32 für eine Horizontalablenkwicklung 41 gefil­ tert. Zur Erzeugung des Horizontalablenkstromes in der Horizontalablenkwicklung 41 ist ein Horizontalablenk­ generator 40 über eine Eingangsdrossel 39 mit dem An­ schluß 32 verbunden. Der Horizontalablenkgenerator 40 wird durch die Ablenkversorgungsspannung B+ gespeist und enthält einen Horizontaloszillator und Treiber 43, einen Horizontalausgangstransistor 44, eine Dämpfungs­ diode 45, einen Horizontalrücklaufkondensator 46 und einen S-Formungs- oder Hinlaufkondensator 42, der in Reihe mit der Horizontalablenkwicklung 41 über dem Horizontalausgangstransistor 44 liegt.

Die an der Hochspannungssekundärwicklung 22e auftretende Ausgangsspannung wechselnder Polarität wird einer Hoch­ spannungsschaltung 24 zur Erzeugung einer hochgespannten Anodengleichspannung oder Beschleunigungsspannung am Anschluß U für die nicht dargestellte Bildröhre des Empfängers zugeführt. Die Hochspannungsschaltung 24 kann eine übliche Spannungsvervielfacherschaltung nach Cockroft- Walton sein oder eine Halbwellengleichrichterschaltung mit mehreren Dioden, die zusammen mit einer Mehrzahl von hier nicht einzeln dargestellten Wicklungsabschnitten der Hochspannungssekundärwicklung 22e zu einer einzigen Ein­ heit vergossen sind.

Die Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22d und die Hochspannungsekundärwicklung 22e sind magnetisch eng miteinander gekoppelt. Zur Erreichung dieser engen Kopplung können die Wicklungen konzentrisch um einen gemeinsamen Teil des magnetisierbaren Kerns 122 des Transformators 22 gewickelt sein. Wegen der engen magnetischen Kopplung der Wicklungen haben die an den Sekundärausgangswicklungen auftretenden Ausgangsspannungen wechselnder Polarität alle dieselbe Kurvenform, wobei geringe Abweichungen durch die relativ kleinen Streuin­ duktivitäten zwischen den Ausgangswicklungen auftreten können.

Zur Regelung der Spannungen an den Sekundärausgangswick­ lungen gegen Amplitudenschwankungen der Eingangsspannung V_in und gegen Lastschwankungen der an die Anschlüsse 31 bis 33 angeschlossenen Lastschaltungen und gegen Strahl­ strombelastungsänderungen am Anodenanschluß U ist die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit einer Spule 37, 137 an eine der eng miteinander gekoppelten Sekundärausgangs­ wicklungen des Transformators 22 geschaltet. In Fig. 1 ist die Lastschaltung 20 mit der sättigbaren Spule bei­ spielsweise über die Sekundärausgangswicklung 22d ge­ schaltet.

Die Ferroresonanzlastschaltung 20 enthält eine Spulenwicklung 37, nachstehend Wicklung 37 genannt, die um zumindest einen Teil eines sättigbaren, magnetisierbaren Kerns 137, nachstehend Kern 137 genannt, gewickelt ist und einen über die Wicklung 37 geschalteten Resonanzkondensator 38 enthält. Der Kern 137 kann ein üblicher Toroidkern oder ein rechteckiger Zwei­ fensterkern sein.

In einer Ferroresonanzschaltung, wie der Ferroresonanzschaltung 20 mit einer Spule 37, 137 nach Fig. 1 ist die Ausgangsspannung V_out an der Spule 37, 137 geregelt. Durch Anschließen der Ferroresonanzschaltung 20 an die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators 22 arbeitet die Schaltung 20 als mit der Wicklung 22d gekoppelte regelnde Lastschaltung, um die Spannung an der Wicklung 22d auf der geregelten Ausgangsspannung V_out zu halten. Wenn die Spannung an der Sekundärwicklung 22d durch die Ferrore­ sonanzlastschaltung 20 geregelt wird, dann sind auch die Ausgangsspannungen an allen anderen Sekundärwicklungen, welche eng mit der Wicklung 22d gekoppelt sind, geregelt. Die Ausgangsspannungen an den Wicklungen 22e und 22c und an der Hochspannungsausgangswicklung 22e werden durch die Regelung der Ausgangsspannung V_out der Ferroresonanz­ schaltung 20 somit geregelt.

Der Transformator 22 weist eine erhebliche Streuindukti­ vität zwischen der Primärwicklung 22a und jeder der eng gekoppelten "geregelten" Sekundärwicklungen 22b bis 22e aus. Die lose Kopplung der Primärwicklung mit den Sekun­ därausgangswicklungen erlaubt, daß die Ausgangsspannung durch die Ferroresonanzschaltung 20 im wesentlichen kon­ stant gehalten wird, selbst wenn die an die Primärwicklung 22a zugeführte Spannung sich mit Änderungen der Eingangs­ wechselspannung V_in verändern sollte. Die Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung 22a und jeder der Sekundär­ wicklungen 22b bis 22e kann in den Transformator 22 hinein­ konstruiert sein, in dem der magnetisierbare Kern 122 des Transformators als geschlossene Schleife rechteckiger Form ausgebildet ist. Die Primärwicklung 22a kann um einen Schenkel des Kerns 122 gewickelt sein, und die Se­ kundärwicklungen 22b bis 22e können konzentrisch um einen gegenüberliegenden Schenkel gewickelt sein.

Betrachtet man das elektrische Ersatzschaltbild des Trans­ formators 22, dann erscheinen die an die Anschlüsse 31 bis 33 und den Anodenanschluß U angeschlossenen Lastschaltungen für die Primärwicklung als Lastimpedanzen parallel zur transformierten Ferroresonanzlastschaltung 20. Wegen der losen magnetischen Kopplung zwischen Primärwicklung 22a und den Sekundärwicklungen 22b bis 22e "sehen" die transformierte Ferroresonanzlastschaltung und die anderen parallelen Lasten eine äquivalente Impedanz in Reihe mit der Quelle 11 der Eingangswechselspannung V_in. Diese äquivalente Impedanz, die aus der losen magnetischen Kopplung des Transformators 22 resultiert, gleicht Änderungen der Eingangsspannung aus, während sie Schwankungen der Ferroresonanzlastschaltung und der Spannungsamplitude an der Ausgangswicklung im Ver­ gleich zu Spannungsamplitudenschwankungen der Primärwicklung erheblich reduziert.

Fig. 2a zeigt eine rechteckförmige, ihre Polarität wechselnde Eingangsspannung V_in, die von der Quelle 11 an die Primär­ wicklung 22a des Transformators 22 angelegt wird. Fig. 2b veranschaulicht die geregelte Ausgangsspannung V_out die an der Ferroresonanzlastschaltung 20 mit der Spule 37, 137 und der Sekundärausgangswicklung 22b des Transformators 22 erscheint. Die geregelte Spannung V_out ist eine Spannung wechselnder Polarität und gleicher Frequenz wie die Ein­ gangsspannung V_in mit allgemein abgeflachten Teilen 14 wechselnder Polarität, welche durch allgemein sinusförmige Abschnitte 15 miteinander verbunden sind.

In den Intervallen der abgeflachten Teile der geregelten Ausgangsspannung V_out, etwa zwischen den Zeiten t₀-t₁ in Fig. 2b, wird der zur Spule 37, 137 gehörige magnetisierbare Kernteil im magnetisch ungesättigten Bereich der BH-Schleife des Kernmaterials betrieben. Die Wicklung 37 der Spule 37, 137 hat während der unge­ sättigten Intervalle der abgeflachten Teile relativ große Induktivität. In der Wicklung 37 fließt zwischen den Zeiten t₀-t₁ ein relativ kleiner Strom i_sr, der in Fig. 2b ausge­ zogen gezeichnet ist.

Da die Wicklung 37 der Spule 37, 137 während der abge­ flachten Teile oder magnetisch ungesättigten Intervalle der Ausgangsspannung V_out eine relativ hohe Impedanz hat, entlädt sich der Resonanzkondensator 38 nur wenig in die Wicklung 37 der Spule 37, 137, und der Kondensator behält eine relativ konstante Ausgangsspannung V_out, welche den Spulenanschlüssen zugeführt wird, wie dies durch den rela­ tiv kleinen Kondensatorstrom i_c zwischen den Zeitpunkten t₀-t₁ gestrichelt in Fig. 2b gezeichnet ist.

Wird die Ausgangsspannung V_out vom Kondensator 38 an die Wicklung 37 gelegt, so führt sie zu einem Fluß­ aufbau im Kern 137, bis der Kern nahe dem Zeitpunkt t₁ im wesentlichen magnetisch gesättigt ist. Wenn sich der Kern 137 beim Zeitpunkt t₁ magnetisch sättigt, dann nimmt die Induktivität der Spule 37, 137 erheblich ab. Die Induktivität der Spule 37, 137 kann beispielsweise 20 bis 60 mal kleiner als im ungesättigten Fall sein.

Nachdem der Kern 137 magnetisch gesättigt worden ist, erzeugen der Kondensator 38 und die Wicklung 37 einen Halbzyklus einer Resonanzstromschwingung, wie dies in Fig. 2b durch den Stromimpuls 12 des Spulenstromes i_sr veranschaulicht ist und durch den Stromimpuls des Kapazitätsstromes i_c zwischen den Zeiten t₁-t₄ gezeigt ist. Der Resonanzstrom oder Schwingungsstrom in der Wicklung 37 der Spule 37, 137 und im Kondensator 38 erreicht zur Zeit t₃ eine maximale Größe. Die Ausgangsspannung V_out kehrt ebenfalls zu dieser Zeit ihre Polarität um.

Nahe dem Zeitpunkt t₄ hat sich der Resonanzstromimpuls 12 genügend verkleinert, so daß der Kern 137 aus der Sättigung herausgerät und die Wicklung 37 der Spule 37, 137 wieder eine hohe Impedanz aufweisen kann. Die Spannung über dem Kondensator 38, also die geregelte Ausgangsspannung V_out, beendet ihre schnelle Änderungen und geht auf die Werte des abgeflachten Teils der entgegengesetzten Polarität über. Während des Intervalls t₄-t₅ für den abgeflachten Teil entgegengesetzter Polarität wird der Kern 137 wiederum im magnetisch unge­ sättigten Bereich der BH-Schleife betrieben. Der Fluß im Kern 137 kehrt seine Richtung während dieses Intervalls um und baut sich im wesentlichen bis zum Sättigungsfluß­ wert nahe dem Zeitpunkt t₅ auf, wo sich der Kern wiederum magnetisch sättigt. Der Strom in der Wicklung 37 durchläuft dann zwischen den Zeiten t₄-t₅ den anderen Halb­ zyklus der Schwingung.

Die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit der Spule 37, 137 arbeitet als magnetischer Spannungsregler zur Aufrecht­ erhaltung einer Ausgangsspannung V_out relativ konstanter Amplitude bei variierender Eingangsspannung und bei variierender Last an den verschiedenen Sekundärausgangs­ wicklungen, wie etwa bei schwankender Strahlstrombe­ lastung am Anodenanschluß. Wenn der Kondensator 38 einen genügend großen Wert hat, dann ist die Wechselspannungs­ komponente der abgeflachten Teile der Ausgangsspannung V_out relativ klein. Die Fläche unter dem abgeflachten Teil der Spannungskurve V_out ist gleich dem zeitlichen Integral der Ausgangsspannung V_out über das Intervall des abgeflachten Teils oder stellt äquivalent gesehen die maximale Änderung der Flußverkettung der Wicklung 37 dar.

Die maximale Flußverkettung der Spule 37, 137 ist proportional zur Sättigungsflußdichte B_sat des magnetisierbaren Ma­ terials des Kerns 137. Da die maximale Flußverkettung der Wicklung 37 einen im wesentlichen konstanten Betrag darstellt, der unabhängig von Eingangsspannungs­ schwankungen ist, ist auch die Fläche unterhalb des abge­ flachten Teils der Ausgangsspannung V_out unabhängig von Eingangsspannungsänderungen konstant. Damit wird die Amplitude der Ausgangsspannung V_out geregelt und hat einen sich praktisch nicht verändernden Wert, solange die Dauer des abgeflachten Teils der Ausgangsspannung V_out, während welcher der Kern 137 ungesättigt bleibt, relativ fest ist.

Die Periode der ihre Polarität wechselnden Ausgangs­ spannung V_out ist gleich derjenigen der Eingangsspannung V_in und hat eine feste Dauer. Auch ist innerhalb dieser Periode die Dauer der Intervalle t₁-t₄ und t₅-t₆ magne­ tischer Sättigung festgelegt durch den Wert der Indukti­ vität der Wicklung 37 nahe oder bei der Sättigung und durch den Wert des Kondensators 38. Die Dauer der Ab­ schnitte der Ausgangsspannung V_out ohne Sättigung ist daher ebenfalls fest, so daß die Ausgangsspannung eine relativ konstante Amplitude haben kann.

Da die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators 22 über die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit der Spule 37, 137 geschaltet ist, muß die Spannung an der Ausgangs­ wicklung 22 den Wert der geregelten Ausgangsspannung V_out annehmen, selbst wenn sich die Amplitude der Ausgangs­ spannung V_in ändert. Alle anderen Sekundärausgangswick­ lungen 22b, 22c und die Hochspannungswicklung 22e müssen ebenso geregelte Spannungen liefern. Änderungen der Ein­ gangsspannung und der Belastung der Ausgangswicklungen führen zu Phasenverschiebungen der Ausgangswechsel­ spannung V_out gegenüber der Phasenlage der Eingangswechsel­ spannung V_in, jedoch bleibt die Amplitude der Ausgangs­ spannung V_out relativ unverändert.

Die Fig. 2a und 2b zeigen, daß bei einem Betriebszustand mit der Solleingangsspannung und einer mittleren Belastung der Ausgangswicklungen 22b bis 22e, also bei einer Strahl­ strombelastung von etwa ½ Milliampere, die Ausgangs­ spannung V_out in ihrer Phase um eine Größe Δt gegenüber der Phase der Eingangsspannung verzögert ist. Die Phasen­ verzögerung Δt ergibt sich wegen der Leistungsverluste in den Lastschaltungen, die mit den Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22e gekoppelt sind. Die Phasenverzögerung zwi­ schen den Spannungen V_in und V_out erlaubt eine Leistungs­ übertragung von der Quelle zur Last an der Sekundäraus­ gangswicklung während jedes Zyklus der Eingangs- oder Ausgangsspannungsschwingung.

Die Fig. 2a und 3a zeigen, daß bei Änderungen der Ein­ gangsspannung V_in vom Wert einer hohen Netzeingangs­ spannung auf eine niedrige Netzspannung die Phasenver­ zögerung der Ausgangsspannung V_out von einem Verzögerungs­ wert Δt₁ auf Δt₂ anwächst. Die Phasenverzögerung ver­ größert sich bei niedriger Eingangsspannung, weil dann zur Übertragung derselben mittleren Leistung zu den Se­ kundärwicklungslasten eine größere Phasenverzögerung be­ nötigt wird. Wenn auch die Phasenverzögerung der Aus­ gangsspannung V_out bei niedrigerer Eingangsspannung an­ wächst, so ändert sich doch die Amplitude der Ausgangs­ spannung V_out und die mittlere Halbzyklusspannung nicht nennenswert, so daß man die gewünschte Regelung gegen Eingangsspannungsänderungen erhält.

Die Fig. 3c und 3d zeigen, daß bei einem Anwachsen der Strahlstrombelastung am Anodenanschluß U von 0 auf 1,7 Milli­ ampere die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V_out von einem Verzögerungswert Δta auf Δtb bei beispielsweise dem gleichen nominellen Eingangsspannungswert anwächst. Die Phasenverzögerung vergrößert sich, weil zur Über­ tragung von mehr mittlerer Leistung bei einer stärkeren Sekundärwicklungsbelastung eine größere Phasenverzögerung erforderlich ist. Wenn auch die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V_out angewachsen ist, so hat sich doch die Amplitude der Ausgangsspannung V_out in Fig. 3d und die mittlere Halbzyklusspannung nennenswert verändert, so daß man die gewünschte Regelung gegen Lastschwankungen erhält.

Eine Eigenschaft der Erfindung liegt darin, daß sie an den Sekundärwicklungen des Transformators Ausgangs­ spannungen liefert, ohne daß der zu der Sekundärwicklung gehörige Kernteil des Transformators gesättigt werden muß. Deshalb bestehen für den mit der Wechselspannungs­ quelle gekoppelten Leistungstransformator, wie etwa den Transformator 22 in Fig. 1 nicht solche Konstruktions­ beschränkungen, wie sie für einen Ferroresonanztransfor­ mator gelten. Im Gegensatz zur Verwendung eines Ferro­ resonanztransformators kann der Teil des magnetisier­ baren Kerns 122 des Transformators, der innerhalb der Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22d des Transformators liegt, im linearen Bereich der BH-Schleife des Kern­ materials liegen. Der Kern bleibt deshalb während des gesamten Ausgangswechselspannungszyklus magnetisch unge­ sättigt.

Es ergeben sich eine Reihe von Vorteilen bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 1, bei der ein Leistungstransformator geregelte Ausgangsspannungen an Sekundärausgangswicklungen liefert, dennoch aber der Kern des Transformators im linearen Bereich seiner BH- Schleife betrieben wird und die Regelung durch eine getrennte Ferroresonanzschaltung sättigbarer Spule be­ wirkt wird, die als regelnde Last über eine der Aus­ gangswicklungen des Leistungstransformators geschaltet ist. Bei einer Ferroresonanztransformatoranordnung, die sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 unterscheidet, fließt beispielsweise ein relativ hoher Kreisstrom oder Resonanzstrom in einer der Ausgangswicklungen des Ferro­ resonanztransformators. Zur Verringerung der ohmschen Verluste in dieser Wicklung benötigt man einen relativ dicken Leitungsdraht (also einen solchen mit großem Querschnitt). Ein solcher dicker Spulendraht behindert aber eine enge Kopplung, so daß die Streuinduktivität höher als erwünscht wird.

Im Gegensatz dazu fließt kein hoher Resonanzstrom in irgendeiner der Ausgangssekundärwicklungen des Leistungs­ transformators 22 nach Fig. 1. Wie beispielsweise Fig. 2c zeigt, hat der Strom i_w, der aus der Ausgangswicklung 22d der Ferroresonanzlastschaltung fließt, eine relativ kleine Amplitude mit einem Spitzenwert, der veranschau­ lichungshalber zehn mal kleiner oder noch kleiner als der Spitzenwert des Resonanzstromimpulses 12 ist, welcher in der Wicklung 37 fließt. Es muß nur im Mittel genug Strom i_w aus dem Transformator 22d herausfließen, um die Verluste auszugleichen, die während jedes Zyklus der geregelten Ausgangsspannung V_out wechselnder Polarität entstehen. Hierbei handelt es sich um Hystereseverluste, um Wirbelstromaufheizung des Kerns 137 der Spule, und um ohmsche Verluste in der Wicklung 37, ferner um Energieverluste, die im Kondensator 38 während jedes Zyklus der Ausgangsspannung V_out entstehen wegen des aus dem Anschluß 33 herausfließenden Laststroms und wegen des zu den Lastschaltungen fließenden Stroms, die den Anschlüssen 31 und 32 und dem Anodenanschluß verbunden sind und transformiert in der Ausgangswicklung 22d er­ scheinen.

Ein anderer Vorteil der Anordnung nach Fig. 1 liegt in der größeren Flexibilität beim Entwurf, die sich für die Wahl der Parameter der Ferroresonanzlastschaltung 20 der Spannungsversorgungsschaltung 10 ergibt, ohne daß der Leistungstransformator 22 umkonstruiert werden müßte. Weil die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators 22 magnetisch von der Wicklung 37 und dem Kern 137 der Spule 37, 137 isoliert ist, weil also der im Kern 137 fließende Magnetfluß nicht mit der Transformatorausgangswicklung 22d verkettet ist, erfordern Konstruktionsänderungen des Kernes 137 und Änderungen des Wertes des vom Kondensator 38 gelieferten Resonanzstromes keine nennenswerten Kon­ struktionsänderungen des Transformators 22, sofern die Änderungen in der Ferroresonanzlastschaltung 20 die Rege­ lung der Ausgangsspannung V_out nicht nennenswert ver­ schlechtern.

Die Amplitude der von der Ferroresonanzlastschaltung 20 erzeugten Ausgangsspannung V_out hängt von den Eigenschaften des Magnetmaterials des Kerns 137 bezüglich der Sättigungsflußdichte B_sat ab. Zur Verringerung von Wirbel­ stromverlust im Kern 137 beim Betrieb mit einer relativ hohen Frequenz von 16 kHz oder darüber, wird ein Kern­ material mit einem relativ hohen Widerstand gegen ein Fließen von Wirbelströmen gewählt. Für den Kern 137 geeignete handelsübliche Kernmaterialien sind beispielsweise Mangan-Zink-Ferrite, Nickel-Zink- Ferrite oder Lithium-Ferrite. Herstellungstoleranzen bei der Produktion des Ferritkernmaterials können zu relativ großen Toleranzen des Wertes B_sat des Materials führen.

Zur Berücksichtigung der Toleranz von B_sat zwischen einzelnen Kernen kann die Anzahl der um den Kern 137 herumgewickelten Leiterwindungen der Wicklung 37 für jeden Kern verändert werden, so daß die Ausgangs­ spannung V_out sich nicht von Einheit zu Einheit verändert. Weil die geregelten Ausgangsspannungen für die meisten Fernsehempfängerschaltungen an den Ausgangswicklungen eines getrennten Transformators abgenommen werden, er­ fordern die Toleranzen von B_sat des Kernes 137 und die Änderungen der Leiterwindungszahl für die Wicklung 37 zur Kompensation dieser Toleranzen keine entsprechenden Änderungen der Windungszahlen oder anderer Parameter des Transformators 22.

Der Wert B_sat des magnetisierbaren Materials des Kerns 137 hängt von der Betriebstemperatur des Kernes ab, und zwar sinkt B_sat mit steigender Betriebstemperatur. Nach dem anfänglichen Einschalten des Fernsehempfängers erwärmt sich der Kern 137 wegen der im Betrieb auf­ tretenden Hystere und Wirbelstromverluste und der Auf­ heizung durch die ohmschen Verluste (I²R) des Leiter­ drahtes der Wicklung 37, die um den Kern 137 ge­ wickelt ist. Vor dem Einschalten der Spannungsversorgungs­ schaltung 10 hat der Kern 137 die Um­ gebungstemperatur. Nach dem Einschalten erwärmt sich der Kern 137 auf irgendeine Dauertemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur. Während des Zeitintervalls, wo sich der Kern erwärmt, nimmt der Wert B_sat des Kernes ab. Daher nimmt die Ausgangsspannung V_out der regelnden Ferro­ resonanzlastschaltung 20 von ihrem Anfangswert beim Einschalten des Fernsehers auf einen niedrigeren Dauer­ wert ab, wenn die endgültige Betriebstemperatur des Kerns 137 erreicht ist.

Um die Temperaturänderung zwischen Einschalttemperatur und Betriebsdauertemperatur klein zu halten, kann man in üblicher Weise für eine Wärmeabfuhr von der Wicklung 37 und dem Kern 137 der sättigbaren Spule zu einem Kühl­ körper oder zum Metallchassis des Fernsehers sorgen. Die Wärmeableitung vom Kern 137 ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, wo nur eine oder eine kleine Anzahl von Wicklungen um den Kern 137 gewickelt ist, mit relativ geringerem Aufwand zu erreichen als von einem sättigbaren Kernteil eines Ferro­ resonanztransformators, der viele Ausgangsspannungen an vielen Ausgangswicklungen liefert, welche um den sättigbaren Kernteil des Resonanztransformators herum­ gewickelt sind. Weiterhin ist es auch schwieriger, von einem Ferroresonanztransformator Wärme abzuführen, der eine Hochspannungswicklung hat, weil die große Anzahl von um den sättigbaren Kernteil des Transformators gewickelten Windungen diesen Kernteil unzugänglich macht.

Bei der Anordnung gem. Fig. 1 ist keine Wärmeableitung vom Kern 122 des Leistungstransformators 22 notwendig, weil das Kernmaterial dieses Transformators im linearen Gebiet seiner BH-Kennlinie betrieben wird und daher re­ lativ geringe Kernverluste und ein geringerer Betriebs­ temperaturanstieg auftreten. Weiterhin fließen in keiner der Ausgangswicklungen des Transformators 22 Resonanz­ ströme. Die ohmschen (I²R) Verluste in den Ausgangswick­ lungen des Transformators und die Aufheizung des Trans­ formatorkerns 122 sind daher relativ unbedeutend. Bei einem Ausführungsbeispiel des Leistungstransformators 22 hatte die Primärwicklung - von der Mittelanzapfung bis zum Ende - eine Induktivität L_P = 2,03 Millihenries, die Sekundärinduktivität der Sekundärwicklung 22d betrug L_S = 10,3 Millihenries und die Gegeninduktivität zwischen diesen beiden Wicklungen betrug M = 3,35 Millihenries. Das Kernmaterial kann ein Mangan-Zink-Ferrit sein, und der Transformatorkern kann irgendeine geeignete geo­ metrische Form haben, welche zu diesen Induktivitäts­ werten führt und bei der der Kern magnetisch ungesättigt bleibt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Ferroresonanzlast­ schaltung 20 kann der Kondensator 38 einen Wert von 0,033 Mikrofarad haben, die Sättigungsflußdichte des Kernmaterials, die Querschnittsfläche und die Windungs­ zahl können dann so gewählt werden, daß die Ausgangs­ spannung V_out eine Kurvenform ähnlich wie in Fig. 2b während der "ungesättigten" Intervalle t₀-t₁ und t₄-t₅ hat, wobei der Wert der ungesättigten Induktivität der Spule 37, 137 relativ groß ist, nämlich in der Größenordnung von 1 Henry ist. Die Windungszahl, die Kernform, wie die mittlere Magnetweglänge und die Querschnittsfläche, und die BH-Charakteristik des Kernmaterials sind so bemessen, daß beim Auftreten einer wesentlichen ma­ gnetischen Sättigung in der Nähe der Zeitpunkt t₁ und t₅ in Fig. 2a die Induktivität der Spule 37, 137 Spitzen­ strömen erheblich absinkt auf etwa 500 Mikrohenry oder noch weniger. Ein geeignetes Kernmaterial kann ein Ferrit wie ein Lithium-Wismuth-Ferrit sein, welches den zusätzlichen Vorteil einer relativ kleinen Ände­ rung von B_sat mit Betriebstemperaturänderungen des Kernes im Vergleich zu vielen anderen Ferriten hat. Der Kern kann als Toroid oder als Doppel-E-Kern ausgebildet sein.

Claims (1)

1. Selbstregelnde Spannungsversorgungsschaltung (10), insbe­ sondere für ein Fernsehsystem,

   • - mit einem Transformator (22), der drei Wicklungen hat, von denen die erste Wicklung (22a) Anschlüsse zur Verbindung mit einer Eingangsspannungsquelle (11) aufweist, um eine Spannung wechselnder Polarität in der zweiten (22d) und dritten (22e) Wicklung zu induzieren, mit einer Spule (37, 137), die mindestens eine um einen sättigbaren, magneti­ sierbaren Kern (137) gewickelte Spulenwicklung (37) auf­ weist, die mit der zweiten Wicklung (22d) des Transforma­ tors (22) leitend zusammengeschaltet ist, von dieser aber magnetisch isoliert ist derart, daß der im Spulenkern (137) fließende Magnetfluß nicht mit der zweiten Wicklung (22d) des Transformators verkettet ist,
   • - mit einer Kapazität (38), die mit der Spulenwicklung (37) zur Erzeugung eines zirkulierenden Stroms gekoppelt ist, welcher dazu beiträgt, daß der zu dieser Spulenwicklung (37) gehörige Kern magnetisch gesättigt wird, derart, daß der zirkulierende Strom Änderungen der Spannungsamplitude an der mit der Spulenwicklung (37) zu­ sammengeschalteten zweiten Wicklung (22d) des Transforma­ tors (22) kleiner als Amplitudenänderungen der Eingangs­ spannung werden läßt,
     dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines großen Resonanzstromflusses in der zweiten oder dritten Transformatorwicklung (22d bzw. 22e),
   • - die Kapazität (38) direkt parallel zur Wicklung (37) geschaltet ist und
   • - daß die dritte Wicklung (22e) des Transformators (22) eine magnetisch eng mit dessen zweiter Wicklung (22d) gekoppelte Hochspannungswicklung (22e) ist, die mit einer Hochspan­ nungsschaltung (24) zur Erzeugung einer Anodenhochspannung gekoppelt ist.