DE3151205A1 - Stromversorgungsschaltung mit ferroresonanzlast fuer einen fernsehempfaenger - Google Patents

Description

RCA 75752ASch/Ri

RCA Corporation
New York, N.Y. 10020, V.SiL.A.

Stromversorgunqsschaltung mit Ferroresonanzlast für einen Fernsehempfänger

Die Erfindung bezieht sich auf Ferroresonanz-Stromver- -sorgungsschaltungen für Fernsehempfänger.

Es r.inri Ferroresonanz-Transformatoren bekannt, die ge- '> roqrvltc Anodenhochspannungen und geregelte Abtastspannungen B+ für Fernsehempfänger liefern. Eine Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung für Fernsehempfänger ist in der US-Patentanmeldung Nr. 007815 vom 30. Januar

1979 beschrieben (Erfinder: F.S. Wendt, Titel: "High

frequency ferroresonant power supply for a deflection and high voltage circuit"), welche der am 10. September

1980 veröffentlichten britischen Patentanmeldung Nr.

2041668Λ entspricht. Beim Betrieb mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz,-wie etwa der Horizontalablenkfrequenz von 15,75 KHz, ist ein Ferroresonanz-Transformator ein relativ kompaktes und leichtes Gebilde, welches von Haus aus Regeleigenschaften für die Ausgangsspannung besitzt, ohne daß dazu relativ komplizierte und aufwendige elektronische Regelschaltungen benötigt werden.

] Damit man bei 16 KHz einen hohen Wirkungsgrad erhält, kann der magnctisierbare 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,

2 würden jedoch ohmsche Verluste (I R) in einer oder ineiireren Wicklungen, sowie Wirbelstromverluste und Hystereseverluste einen erheblichen Anstieg der Kerntemperatur hervorrufen.

Die Sütligungsflußdichte B , eines magnetisierbaren Materials

S3.C

sinkt mit zunehmender Kerntemperatur. Für Mangan-Zink-Ferrite kann die Sättigungsflußdichte von etwa 4,5 kG (Kilogauss) bei 20⁰C auf 2,5 kG bei 150⁰C absinken. Da die Ausgangsspannung eines Ferroresonanz-Transformators vom Wert der Sättigungsflußdichte B des Kernmaterials innerhalb der Ausgantjswicklungen abhängt, führt ein Anstieg der Kernbetriebstemperatur zu einer unerwünschten Abnahme der Ausgangsspannung. Wenn beispielsweise die Ausgangsspannung eine Anodenhochspannung ist, dann ist die unmittelbar nach dem Einschalten des Fernsehempfängers, wenn der Kern des 5 Ferroresonanz-Transformators noch die Umgebungstemperatur hat, höher als die Anodenhochspannung, 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 Temperaturanstieges ist bei einem Hochfrequenz-Ferroresonanz-Transformator ein Fernsehempfängers relativ schwierig. Die Ausgangswicklungen des Ferroresonanz-Transformators einschließlich der Hochspannungswicklung, welche eine relativ große Windungszahl hat, sind um den gesättigten

Kernteil des Transformators gewickelt und magnetisch eng miteinander gekoppelt. Die mehrfachen Ausgangswicklungen und die große Windungszahl der Hochspannungswicklung beschränken den Zugang zum Kern für Wärmeabfuhrmaßnahmen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält eine selbstregelnde Stromversorgungsquelle einen Transformator mit einer ersten und einer zweiten Wicklung. Die erste Wicklung hat Anschlüsse zur Vorbindung mit einer ftinqangswechselspannungsquelle; die zweite Wicklung hat Anschlüsse zur Verbindung mit einer Last.

Eine sättigbare Spule enthält einen magnetisierbaren Kern und mindestens eine um den Kern gewickelte Spulenwicklung.

Diese eine Spulenwicklung ist leitend mit der zweiten Wicklung des Transformators verbunden, so daß bei Erregung an der Spulenwicklung eine Spannung wechselnder Polarität auftritt. Die zweite Transformatorwicklung ist magnetisch von der sättigbaren Spule isoliert, so daß der magnetische Fluß des Spulenkerns nicht mit der zweiten Wicklung verkettet ist.

Durch magnetische Sättigung des Spulenkerns werden die Spannungen an der Wicklung der sättigbaren Spule und der j Sekundärwicklung des Transformators, welche leitend miteinander verbunden sind, geregelt. Eine dritte Wicklung des Transformators, etwa die Hochspannungswicklung, erzeugt in Abhängigkeit von der geregelten Spannung, die an der Sekundärwicklung des Transformators erscheint, 0 eine geregelte Ausgangsspannung wechselnder Polarität.

Mit dieser dritten Wicklung des Transformators ist eine Lastschaltung, die etwa der Anodenkreis gekoppelt, welcher von der geregelten Ausgangsspannung gespeist wird.

-G-

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 Versorgungsspannunqen für den Fernsehempfänger liefern. Somit ist die Hochspannunqswicklung um den Transformatorkern anstatt um den Kern der sättigbaren Spule gewickelt, so daß der sättiqbare Kernabschnitt für Wärmeabführmaßnahmen laichter zugänglich ist.

Körner kann der Transformatorkern, um welchen die Sekundärausqan'ji-.wicklungen herumgewickelt sind, im wesentlichen im nicht gesättigten Bereich der BH-Schleife des Transfornui Lorkernmaterials betrieben werden. Die Ausgangs-'j 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 zeigen

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

'?.'·> Ki g. 2 und 3 Signalformen, wie sie im Betrieb der Schaltung nach Fig. 1 auftreten.

Gemäß Figur 1 enthält eine Ferroresonanz-Stromversorgungsschaltung 10 für einen Fernseher einen Transformator 22 und eine Ferroresonanzlastschaltung 20 mit einer sättigbaren Spule. Eine Primärwicklung 22a des Transformators 22 ist an eine Quelle 11 ungeregelter Eingangswechselspannung V. angeschlossen, die einen Inverter 21 und einen Eingangsgleichspannungsanschluß 23 aufweist, der mit einer 5 Mittelanzapfung der Primärwicklung 22a gekoppelt ist.

Dem Anschluß 23 wird eine ungeregelte Gleichspannung V

zugeführt. Der Inverter 21 wird mit einer hohen Frequenz betrieben, beispielsweise mit der Horizontalablenkfrequenz von 15,75 KHz. Der Inverter 21 erzeugt die Eingangswechselspannung V. als horizontalfrequente Rechteckspannung über der Primärwicklung 22a.

Wenn die Spannung V. 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 verbunden, die als Doppelweggleichrichter arbeiten. Die Enden 48 und 51 der Ausgangswicklung 22c sind mit Dioden 27 bzw. 28 verbunden, die ebenfalls als Doppelweggleichrichter arbeiten. 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 doppelweggleichgerichtet und von einem Kondensator 36 zu einer Versorgungsgleichspannung an einem Anschluß 33 von beispielsweise +210 gefiltert zur Speisung von Schaltungen wie dem Bildröhrentreiber.

Die an der Wicklung 22c entstehende Ausqangsspannung wechselnder Polarität wird von den Dioden 27 und 28 doppelweggleichgerichtet und von einem Kondensator zur Erzeugung einer Ablenkversorgungsspannung B+ am Anschluß 32 für eine Horizontalablenkwicklung 41 gefiltert. Zur Erzeugung des Horizontalablenkstroiaes in der Horizontalablenkwicklung 41 ist ein Horizontalabienkqencrator 40 über eine Kiriqangsdrossel 39 mit dem Anschluß 32 verbunden. Der Horizontalablenkgenerator wird liurch die Ablenkversorgungsspannung B+ gespeist und enthält einen Ilorizontaloszillator und Tre'.jer 43, einen Horizontalausgangstransistor 44, eine Dämpfungsdiode 45, einen Horizontalrücklaufkondensator 4 6 und einen S-Formungs- oder Hinlaufkondensator 42, der in Reihe mit der Horizontalablenkwicklung 41 über dem Horizontalausgangstransistor 4 4 liegt.

Die an der Hochspannungssekundärwicklung 22e auftretende Ausgangsspannung wechselnder Polarität wird einer Hoch-

.'!() spannungsschaltunn 24 zur Erzeuaung 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-Wal ton sein oder eine Halbwellengleichrichterschaltung mit mehreren Dioden, die zusammen mit einer Mehrzahl von hier nicht einzeln dargestellten Wicklungsabschnitten der Ilochspannungssekundärwicklung 22e zu· einer einzigen Einheit vergossen sind.

Die Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22d und die Ilochspannungsekundärwicklung 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 herumgewickelt 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 Streuinduküivitäten zwischen den Ausgangswicklungcn auftreten können.

Zur Regelung der Spannungen an den Sekundärausgangswick-Jungen gegen Amplitudcnschwankungon der Eingangsspannung V und gegen Lastschwankungen der an die Anschlüsse 31 bis 33 angeschlossenen Lastschaltungen und gegen Strahlstrombelastungsänderungen am Anodenanschluß U ist die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit sättigbarer Spule über eine der eng miteinander gekoppelten Sekundärausgangswicklungen des Transformators 22 geschaltet. In Fig. 1 ist die Lastschaltung 20 mit der sättigbaren Spule beispielsweise über die Sekundärausgangswicklung 22d geschaltet.

Die Ferroresonanzlastschaltung 20 enthält eine sättigbare Spule oder Wicklung 37, die um zumindest einen Teil eines sättigbaren magnetisierbaren Kerns 137 gewickelt ist und einen über die Spulenwicklung 37 geschalteten Resonanzkondensator 38 enthält. Der sättigbare Spulenkern 137 kann ein üblicher Toroidkern oder ein rechteckiger Zweifensterkern sein.

In einer Ferroresonanzschaltung, wie der Ferroresonanzschaltung 20 mit sättigbarer Spule nach Fig. 1 ist die Ausgangsspannung V an der sättigbaren Spule 37 geregelt. Durch Anschließen der Ferroresonanzschaltung 20 an die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators arbeitet die Schaltung 20 als mit der Wicklung 22d gekoppelte regelnde Lastschaltung, um die Spannung an der

-ιοί Wicklung 22d auf der geregelten V zu halten. Wenn die Spannung an der Sekundärwicklung 22d durch die Ferroresonanzlastschaltung 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 der Ferroresonanzschaltung 20 somit geregelt.

Ijcr Transformator 22 weist eine erhebliche Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung 22a und jeder der eng gekoppelten "geregelten" Sekundärwicklungen 22b bis 22e aus. Die lose Kopplung der Primärwicklung mit den Sekundärausgangswicklungen erlaubt, daß die Ausgangsspannung durch die Ferroresonanzschaltung 20 im wesentlichen konsLanL gehalten wird, selbst wenn die an die Primärwicklung 22a zngeführte Spannung sich mit Änderunaen der Einaangswr«chi:elspannung V. verändern sollte. Die Streuinduktivität zwischen der Primärwicklung 22a und jeder der Sekundärwicklungen 22b bis 22e kann in den Transformator 22 hineinkon.struiert sein, in dem der magnetisierbare Kern 122 des Transformators als geschlossene Schleife rechteckiger Form ausgebildet ist. Die Primärwicklung 22 kann um einen 5 Schenkel des Kerns 122 herumgewickelt sein, und die Sekundärwicklungen 22b bis 22e können konzentrisch um einen gegenüberliegenden Schenkel gewickelt sein.

Betrachtet man das elektrische Ersatzschaltbild des Transformators 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 5 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. . Diese äquivalente Impedanz, die aus der losen magnetischen Kopplung des Transformators resultiert, gleicht Änderungen der Eingangsspannung aus, während sie Schwankungen der Ferroresonanzlastschaltung und der Spannungsamplitude an der Ausgangswicklung im Vergleich zu Spannungsamplitudenschwankungen der Primärwicklung erheblich reduziert.

Fig. 2a zeigt eine rechteckförmige, ihre Polarität wechselnde Eingangsspannung V. , die von der Quelle 11 an die Primärwicklung 22a des Transformators 22 angelegt wird. Fig. 2b veranschaulicht die geregelte Ausgangsspannung V , die an der Ferroresonanzlastschaltung 20 mit der gesättigten Spule und der Sekundärausgangswicklung 22b des Transformators 22 erscheint. Die geregelte Spannung V ist eine Spannung wechselnder Polarität und gleicher Frequenz wie die Eingangsspannung V. 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 ., etwa zwischen den Zeiten tQ~t^ in Fig. 2b, wird der zur Spule 37 gehörige magnetisierbar Kernteil der sättigbaren Spule im magnetisch ungesättigten Bereich der BH-Schleife des Kernmaterials betrieben. Die Wicklung 37 der sättigbaren Spule hat während der ungesättigten Intervalle der abgeflachten Teile relativ große Induktivität. In der Wicklung 37 fließt zwischen den Zeiten

t_n-t., ein relativ kleiner Strom i , der in Fig. 2b ausgeu ι sr

zogen gezeichnet ist.

Da die Wicklung 37 der sättigbaren Spule während der abgeflachten Teile oder magnetisch ungesättigten Intervalle der Ausgangsspannung V eine relativ hohe Impedanz hat,

entlädt sich der Resonanzkondensator 38 nur wenig in die Wicklung der sättigbaren Spule, und der Kondensator behält eine relativ konstante Ausgangsspannung V , welche den Spulenanschlüssen zugeführt wird, wie dies durch den relativ kleinen Kondensatorstrom i zwischen den Zeitpunkten t.-t₁ gestrichelt in Fig. 2b gezeichnet ist.

Wird die Ausgangsspannung V vom Kondensator 38 über die Spulenwicklung 37 gelegt, so führt sie zu einem F1u.jaufbau im Kern 137, bis der Kern nahe dem Zeitpunkt t₁ im wesentlichen magnetisch gesättigt ist. Wenn jich der Kern 137 beim Zeitpunkt t magnetisch sättigt, dann nimmt die Induktivität der Spulenwicklung 3 7 erheblich ab. Die Induk t.i vität der Spule 37 kann beispielsweise 20 bis 60 ^ri mal kleiner als im ungesättigten Fall sein.

Nachdem der Kern 137 magnetisch gesättigt worden ist, durchlaufen der Kondensator 38 und die Spulenwicklung 37 einen Halbzyklus einer Resonanzstromschwingung, wie dies in Fig. 2b durch den Stromimpuls 12 des Spulenstromes i . veranschaulicht ist und durch den Stromimpuls des Knpazi üätsstromes i, zwischen den Zeiten t-i-t. gezeigt ist. Der Resonanzstrom oder Schwingungsstrom in der Wicklung dor sättigbaren Spule und im Kondensator 38 erreicht zur

2^r> Zeit t eine maximale Größe. Die Ausgangsspannung V kohrt: ebenfalls zu dieser Zeit ihre Polarität um.

Nahe dem Zeitpunkt t. hat sich der Resonanzstromimpuls genügend verkleinert, so daß der Kern 137 aus der Sättigung herausgerät und die Wicklung 37 der Spule wieder eine hohe Impedanz aufweisen kann. Die Spannung über dem Kondensator 38, also die geregelte Ausgangsspannung V , beendet ihre schnelle Änderungen und geht auf die Werte des abgeflachten Teils der entgegengesetzten Polarität über. Während des Intervalls t.-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 Sättigungsflußwert nahe dem Zeitpunkt t^ auf, wo sich der Kern wiederum magnetisch sättigt. Der Strom in der Spulenwicklung 37 durchläuft dann zwischen den Zeiten t .-t- den anderen Halbzyklus der Schwingung.

Die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit sättigbarer Spule arbeitet als magnetischer Spannungsregler zur Aufrechterhaltung einer Ausgangsspannung V relativ konstanter Amplitude bei variierender Eingangsspannung und bei variierender Last an den verschiedenen Sekundärausgangswicklungen, wie etwa bei schwankender Strahlstrombelas Lung am Anodenanschluß. Wenn der Kondensator 38 einen genügend großen Wert hat, dann ist die Wechselspannungskomponente der abgeflachten Teile der Ausgangsspannung V relativ klein. Die Fläche unter dem abgeflachten Teil der Spannungskurve V ist gleich dem zeitlichen Integral der Ausgangsspannung V über das Intervall des abgeflachten Teils oder stellt äquivalent gesehen die maximale Änderung der Flußverkettung der Spulenwicklung 37 dar.

Die maximale Flußverkettung der Spule 37 ist proportional zur Sättigungsflußdichte B . des magnetisierbaren Ma-

s at

terials des Spulenkerns 137. Da die maximale Flußverkettung der Spulenwicklung 37 einen im wesentlichen konstanten Betrag darstellt, der unabhängig von Eingangsspannungs-Schwankungen ist, ist auch die Fläche unterhalb des abgeflachten Teils der Ausgangsspannung V unabhängig von Eingangsspannungsänderungen konstant. Damit wird die Amplitude der Ausgangsspannung V geregelt und hat einen sich praktisch nicht verändernden Wert, solange die Dauer 5 des abgeflachten Teils der Ausgangsspannung V , während

welcher der Spulenkern 137 ungesättigt bleibt, relativ fest ist.

Die Periode der ihre Polarität wechselnden Ausgangsspannung V ist gleich derjenigen der Eingangsspannung V. und hat eine feste Dauer. Auch ist innerhalb dieser Periode die Dauer der Intervalle fc..—t. und t^-t^ magnetischer Sättigung festgelegt durch den Wert der InduktivLtät der Wicklung 37 nahe oder bei der Sättigung und durch den Wert des Kondensators 38. Die Dauer der \hschnitte der Ausgangsspannung V ohne Sättigung ist daher ebenfalls fest, so daß die Ausgangsspannung eine relativ konstante Amplitude hcibon kann.

1S Da die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators 22 über die Ferroresonanzlastschaltung 20 mit der sättigbaren Spule aeschaltet ist, muß die Spannung an der Ausgangswickluivj 22 den Wert der geregelten Ausgangsspannung V annehmen, selbst wenn sich die Amplitude der Ausgangs-

.'¹O spannung V. ändert. Alle anderen Sekundarausgangswicklungen 22b, 22c und die Hochspannungswicklung 22e müssen ebenso geregelte Spannungen liefern. Änderungen der Eingnngsspannung und der Belastung der Ausgangswicklungen führen zu Phasenverschiebungen der Ausgangswechsel-

2^r> spannung V gegenüber der Phasenlage der Eingangswechselspannung V. , jedoch bleibt die Amplitude der Ausgangsspannung V 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 Strahlstrombelastung von etwa 1/2 Milliampere, die Ausgangsspannung V . in ihrer Phase um eine Größe At gegenüber der Phase der Eingangsspannung verzögert ist. Die Phasenverzögerung &t ergibt sich wegen der Leistungsverluste in den Lastschaltungen, die mit den Sekundärausgangswicklungen

22b bis 22e gekoppelt sind. Die Phasenverzögerung zwischen den Spannungen V. und V erlaubt eine Leistungsübertragung von der Quelle zur Last an der Sekundärausgangswicklung während jedes Zyklus der Eingangs- oder Ausgangsspannungsschwingung.

Die Figuren 2a und 3a zeigen, daß bei Änderungen der Eingangsspannung V. vom Wert einer hohen Netzeingangsspannung auf eine niedrige Netzspannung die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V . von einem Verzögerungs wert At₁ auf ^t. anwächst. Die Phasenverzögerung vergrößert sich bei niedriger Eingangsspannung, weil dann zur übertragung derselben mittleren Leistung zu den Sekundärwicklungslasten eine größere Phasenverzögerung benötigt wird. Wenn auch die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V . bei niedrigerer Eingangsspannung anwächst, so ändert sich doch die Amplitude der Ausgangsspannung V 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 Milliampere die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V von einem Verzögerungswert At auf At. bei beispielsweise dom gleichen nominellen Eingang.^c;spannungswert anwächst. Die Phasenverzögerung vergrößert sich, weil zur Übertragung von mehr mittlerer Leistung bei einer stärkeren Sckundärwicklungsbelastung eine größere Phasenverzögerung erforderlich ist. Wenn auch die Phasenverzögerung der Ausgangsspannung V angewachsen ist, so hat sich doch die Amplitude der Ausgangsspannung V . in Fig. 3d und die mittlere Halbzyklusspannung nennenswert verändert, so daß man die gewünschte Regelung gegen Lastschwankungen erhält.

I Δ. U

Eine Eigenschaft der Erfindung liegt darin, daß sie an den Sekundärwicklungen des Transformators Ausgangsspannungen liefert, ohne daß der zu der Sekundärwicklung gehörige Kernteil des Transformators gesättigt werden muß. Deshalb bestehen für den mit der Wechselspannungsquelle gekoppelten Leistungstransformator, wie etwa den Transformator 22 in Fig. 1 nicht solche Konstruktionsbeschränkungen, wie sie für einen Ferroresonanztransformator gelten. Im Gegensatz zur Verwendung eines Ferroresonanztransformators kann der Teil des magnetisiorharcMi Korns 122 des Transformators, der innerhalb der Sekundärausgangswicklungen 22b bis 22d des Transformators liegt, im linearen Bereich der BH-Schleife des Kernmaterials liegen. Der Kern bleibt deshalb während des gesamten Ausgangswechselspannungszyklus magnetisch ungesättigt.

Es ergeben sich eine Reihe von Vorteilen bei Verwendung der erlTindungsgemäßen Anordnung nach Fiq. 1, bei der ein lieistiungstransformator 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-

2'3 wirkt wird, die als regelnde Last über eine der Ausgangswicklungen des I.eistungstransformators geschaltet ist. Box einer Ferroresonanztransformatoranordnung, die .sich von der Anordnung gemäß Fig. 1 unterscheidet, fließt beispielsweise ein relativ hoher Kreisstrom oder Resonanzstrom in einer der Ausgangswicklungen des Ferroresonanztransformators. 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 Leistungstransformators 22 nach Fig. 1. Wie beispielsweise Fig. 2c zeigt, hat der Strom i , der aus der Ausgangswicklung 22d der Ferroresonanzlastschaltung fließt, eine relativ kleine Amplitude mit einem Spitzenwert, der veranschaulichungshälber zehn mal kleiner oder noch kleiner als der Spitzenwert des Resonanzstromimpulses 12 ist, welcher in der Spulenwicklunq 37 fließt. Es muß nur im Mittel genug Strom i aus dem Transformator 22d herausfließen, um die Verluste auszugleichen, die während jedes Zyklus der geregelten Ausgangsspannung V , wechselnder Polarität entstellen. Hierbei handelt es sich um Hystereseverluste, um Wirbelstromaufheizung des magnetisierbaren Kerns 137 der Spule, und um ohmsche Verluste in der Spulenwicklung 37, ferner um Energieverluste, die im Kondensator 38 während jedes Zyklus der Ausgangsspannung V . 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 erscheinen.

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 des Stromversorgungssystems 10 ergibt, ohne daß der Leistungstransformator 22 umkonstruiert werden müßte. Weil die Sekundärausgangswicklung 22d des Transformators 22 magnetisch von der Wicklung 37 und dem magnetisierbaren Kern 137 der sättigbaren Spule isoliert ist, weil also der im Spulenkern 137 fließende Magnetfluß nicht mit der Transformatorausgangswicklung 22d verkettet ist, erfordern Konstruktionsänderungen des magnetisierbaren Kernes 137 und Änderungen des Wertes des vom Kondensator

gelieferten Resonanzstromes keine nennenswerten Konstruktionsänderungen des Transformators 22, sofern die Änderungen in der Ferroresonanzlastschaltung 20 die Regelung der Ausgangsspannung V . nicht nennenswert verschlechtem.

Die Amplitude der von der Ferroresonanzlastschaltung erzeugten Ausgangsspannung V hängt von den Eigenschaften des Magnotmaterials des Spulenkerns 137 bezüglich der SätLigungsflußdichte B ab. Zur Verringerung von Wirbelstromverlust im Kern 137 beim Betrieb mit einer relativ hohen Frequenz von 16 KHz oder darüber, wird ein Kernmaterial mit einem relativ hohen Widerstand gegen ein Fließen von Wirbelströmen gewählt. Für den sättigbaren Spulenkern 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 des Materials führen.

Zur Berücksichtigung der Toleranz von B , zwischen einzelnen Kernen kann die Anzahl der um den Kern 137 herumgewickelten Leiterwindungen der Spulenwicklung für jeden Kern verändert werden, so daß die Ausgangsspannung V . sich nicht von Einheit zu Einheit verändert. Weil die geregelten Ausgangsspannungen für die meisten Fernsehempfängerschaltungen an den Ausgangswicklungen eines getrennten Transformators abgenommen werden, erfordern die Toleranzen von B . des Kernes 137 und die

sat

Änderungen der Leiterwindungszahl· für die Wicklung 37 zur Kompensation dieser Toleranzen keine entsprechenden Änderungen der Windungszahlen oder anderer Parameter des Transformators 22.
35

Der Wert B des magnetisierbarer! Materials des Spulenkerns 137 hängt von der Betriebstemperatur des Kernes ab, und zwar sinkt B mit steigender Betriebstemperatur. Nach dem anfänglichen Einschalten des Fernsehempfängers erwärmt sich der Kern 137 wegen der im Betrieb auftretenden Hystere und Wirbelstromverluste und der Aufheizung durch die ohmschen Verluste (I R) des Leiterdrahtes der Wicklung 37, die um den Spulenkern 137 gewickelt ist. Vor dem Einschalten der Stromversorgungsschaltung 10 hat der sättigbarc Spulenkern 137 die Umgebung 3temperatur. Nach dem Einschalten erwärmt sich der Kern 137 auf irgendeine Dauertemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur. Während des Zeitintervalls, wo sich der Kern erwärmt, nimmt der Viert B , des Kernes ab.

sat

Daher nimmt die Ausgangsspannung V , der regelnden Ferroresonanzlastschaltung 20 von ihrem Anfangswert beim Einschalten des Fernsehers auf einen niedrigeren Dauerwert 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 und dem Kern 137 der sättigbaren Spule zu einem Kühlkörper oder zum Metallchassis des Fernschors sorgen. Die Wärmeableitung vom sattigbnrrn Spulenkern 137 ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung, wo nur eine oder eine kleine Anzahl von Wicklungen um den Spulenkern herumgewickelt ist, mit relativ geringerem Aufwand zu erreichen als von einem sättigbaren Kernteil eines Ferroresonanztransformators, der viele Ausgangsspannungen an vielen Ausgangswicklungen liefert, welche um den sättigbaren Kernteil des Resonanztransformators herumgewickelt 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 herumgewickelten Windungen diesen Kernteil· unzugänglich macht.

Bei der Anordnung gem. Fig. 1 ist keine Wärmeableitung vorn Kern 122 des Leistungstransformators 22 notwendig, weiJ das Kernmaterial dieses Transformators im linearen Gebiet seiner BH-Kennlinie betrieben wird und daher relativ geringe Kernverluste und ein geringerer Betriebs-Leinpexatiuranstieg auftreten. Weiterhin fließen in keiner der Ausgangswicklungen des Transformators 22 Resonanz-

sLrömo. Die ohmschen (I R) Verluste in den Ausgangswicklungen des Transformators und die Aufheizung des Transflormatorkerns 122 sind daher relativ unbedeutend. Bei einem Au.sführungsbeispiel des Leistungstransformators hatte die Primärwicklung - von der Mittelanzapfung bis zum Ende - eine Induktivität L =2,03 Millihenries, die

P
Sekundärinduktivität der Sekundärwicklung 22d betrug L = 10,3 Millihenries und die Gegeninduktivität zwischen diesen beiden Wicklungen betrug M = 3,35 Millihenries.

Da.s Kernmaterial kann ein Mangan-Zink-Ferrit sein, und der Transformatorkern kann irgendeine geeignete geometrische Form haben, welche zu diesen Induktivitätswerten führt und bei der der Kern magnetisch ungesättigt bleibt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Ferroresonanzlastschalt.unq 20 kann, der Kondensator 38 einen Wert von 0,033 Mikrofarad haben, die Sättigungsflußdichte des Kernmaiorials, die Querschnittsfläche und die Windungszahl können dann so gewählt werden, daß die Ausgangsijpannunq V eine Kurvenform ähnlich wie in Fig. 2b während der "ungesättigten" Intervalle t_n~t und t^-tr hat, wobei der Wert der ungesättigten Induktivität der Spule 37 relativ groß ist, nämlich in der Größenordnung 5 von 1 Henry ist. Die Windungszahl, die Kernform, wie die

mittlere Magnetweglänge und die Querschnittsfläche, und die BH-Charakteristik des Kernmaterials sind so bernessen, daß beim Auftreten einer wesentlichen magnetischen Sättigung in der Nähe der Zeitpunkt t.. und t_r in Fig. 2a die Induktivität der Spule 37 bei Spitzenströmen 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 kloinen Änderung von B . mit Betriebstemperaturänderungen des sac

Kcrni¹;; im Vergleich zu vielen anderen Ferrite η hat. Der Kern als Toroid oder als Doppol-E-Kern ausgebildet sein.

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Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE.-"..' ·- DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

   MARlA-THERtSlA-STRASSt 22 POSTFACH /10 03 60

   D-eOOO MUENCHEN 86

   RCA Corporation
   New York, N.Y. 10020, V.St.A.

   ZUCEIASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

   EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROP6ENS

   TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 532 638 TELEGRAMM SOMBEZ

   RCA 75752A Sch/Ri

   Stromversorgungsschaltung mit Ferroresonanzlast für einen Fernsehempfänger

   Patentansprüche

   M .A Selbstregelnde Stromversorgungsschaltung mit einem Transformator, der eine erste und eine zweite Wicklung aufweist, deren erste Anschlüsse zur Verbindung mit einer Wechselspannungseingangsquelle und deren zweite Anschlüsse zum Ankoppeln einer Last hat, dadurch gekennzeichnet , daß-eine sättigbare Spule mit einem magnetisierbaren Kern (137) und mindestens einer, um den Kern herum gewickelten Spulenwicklung (37) mit dieser Wicklung an die zweite Transformatorwicklung (22c) leitend angekoppelt ist derart, daß bei Erregung eine Spannung wechselnder Polarität an der Spulenwicklung (37) liegt, und daß die zweite Wicklung (22c) von der sättigbaren

   Spule magnetisch isoliert ist derart, daß magnetischer Fluß im Spulenkern (137) nicht mit der zweiten Wicklung (22c) verkettet ist.