DE3248293C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Stromversorgungsteil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Für die Stromversorgung eines Fernsehempfängers oder Sichtgerätes kann ein Transformator mit Sättigungskern oder eine sättigbare Spule verwendet werden, um eine geregelte Anodenhochspannung und eine geregelte Ablenkversorgungsspannung B+ zu liefern. Betreibt man eine solche Stromversorgungsschaltung mit einer relativ hohen Eingangsfrequenz, die etwa der Horizontalablenkfrequenz von ca. 16 kHz, dann erhält man einen relativ kompakten und leichten Stromversorgungsteil, der von Haus aus eine geregelte Ausgangsspannung liefert, ohne daß dazu relativ komplizierte und teure Steuerschaltungen für einen elektronischen Regler notwendig wären.

Damit man einen vernünftig guten Wirkungsgrad bei der hohen Betriebsfrequenz von 16 kHz erhält, kann der magnetisierbare Kern oder eine sättigbare Ferroresonanzspule aus einem magnetisierbaren Material hohen spezifischen Widerstandes, wie etwa einem Ferrit, hergestellt werden. Ferritmaterialien zeigen im allgemeinen einen hohen Widerstand gegen das Fließen von Strom, und dadurch treten nur relativ kleine Wirbelstromverluste auf. Auch Hystereseverluste sind in einem Ferritkern relativ niedrig. Selbst bei Verwendung eines Ferritkerns können aber Wirbelstrom- und Hystereseverluste im Kern sowie Ohm'sche Verluste (I²R), die durch in einer mit einem Kondensator gekoppelten Wicklung der sättigbaren Ferroresonanzspule fließenden Strom verursacht werden, im Sättigungskern einen erheblichen Temperaturanstieg über die Umgebung zur Folge haben.

Die Sättigungsflußdichte, Bsat, vieler magnetisierbarer Materialien nimmt mit wachsender Temperatur ab. Da die Ausgangsspannung eines Ferroresonanz-Stromversorgungsteils teilweise vom Wert Bsat des Sättigungskernmaterials abhängt, kann ein Anstieg der Betriebstemperatur im Sättigungskern und eine entsprechende Verringerung von Bsat zu einem unerwünschten Absinken der Ausgangsspannung des Stromversorgungsteils führen.

Um Änderungen der Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern bei einer Änderung der Umgebungstemperatur und bei Erwärmung des Sättigungskerns nach Einschalten des Stromversorgungsteils erheblich herabzusetzen, kann man das magnetisierbare Material des Sättigungskerns mit einem relativ niedrigen negativen Temperaturkoeffizienten der Sättigungsflußdichte -α_f wählen. Der Temperaturkoeffizient α_f kann als relative Änderung der Sättigungsflußdichte pro Grad Celsius definiert werden, also α_f=ΔBsat/Bsat/ΔT, wobei ΔBsat die Änderung der Sättigungsflußdichte innerhalb des Temperaturbereiches ΔT ist.

Ein geeignetes magnetisierbares Marterial mit niedrigem Temperaturkoeffizienten kann ein Lithium oder Lithiumsubstitutferrit sein, wie Lithiummanganferrit oder Lithiumzinkferrit mit Temperaturkoeffizienten zwischen 5×10^-4 und 1×10^-3 pro °C über den Betriebstemperaturbereich eines Sättigungskerns von beispielsweise 0°C bis 120°C.

Lithiumferrite und substituierte Lithiumferrite, die sich zur Verwendung in einem Ferroresonanz-Stromversorgungsteil eignen, sind in der DE-OS 31 28 178 beschrieben.

Aus der US-PS 38 85 198 ist ein mit der Horizontalfrequenz betriebenes geregeltes Stromversorgungsteil für einen Fernsehempfänger bekannt, bei dem der Kern einer sättigbaren Spule durch einen Permanentmagneten vorgespannt wird, der im Fall eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung der als Last angeschlossenen Ablenk- und Hochspannungsschaltungen die Induktivität der Drossel auf einen niedrigen Wert verschiebt, so daß Ablenkstrom und Hochspannung begrenzt werden. Eine Temperaturkompensation ist hier nicht vorgesehen.

Ferner ist es aus der US-PS 35 90 302 bekannt, bei einer Konvergenzanordnung einer Dreistrahl-Bildröhre temperaturbedingte Änderungen der magnetischen Permeabilität der Konvergenzmagneten dadurch zu kompensieren, daß man in einen rückwärtigen Magnetspalt der Konvergenzmagneten einen Metallstreifen einfügt, dessen magnetische Permeabilität mit steigender Temperatur stärker abnimmt als die Permeabilität der Konvergenzmagnete. Als Materialien zur Verwendung bei einem Konvergenzmagnet aus Bariumferrit eignet sich Nickeleisen mit Zusätzen aus Kohlenstoff, Mangan und Silizium.

Schließlich ist es aus der US-SP 36 62 307 zur Temperaturkompensation bei einem Rücklauftransformator eines Fernsehgerätes bekannt, in einen Kernspalt ein Ferritteil mit temperaturabhängigen Magneteigenschaften einzufügen, welches unterhalb einer bestimmten Temperatur ferromagnetisch ist und oberhalb dieser Temperatur paramagnetisch wird. Dadurch soll eine Kernsättigung bei zunehmender Temperatur vermieden werden.

In einem Fernsehempfänger kann die geregelte Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern zur Erzeugung einer geregelten Anodenspannung benutzt werden. Bei dieser Anwendung ist die Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung des Stromversorgungsteils besonders wichtig, weil selbst mäßige Änderungen der Anodenspannung unerwünscht sein können.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturstabilität einer mit einem sättigbaren Magnetkern arbeitenden Stromversorgungsschaltung weiter zu verbessern. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der erfindungsgemäße Stromversorgungsteil mit Sättigungskern liefert eine temperaturstabilere geregelte Ausgangsspannung als sie bei Verwendung eines magnetisierbaren Materials mit niedrigem Temperaturkoeffizienten, wie etwa ein Lithiumferrit, für den Sättigungskern erhalten wird. Auf dem magnetisierbaren Kern eines sättigbaren magnetischen Elementes sitzt eine Wicklung. Aus einer Eingangsspannungsquelle wird ein Erregerstrom für das sättigbare Element abgeleitet, der einen mit der Wicklung verketteten Magnetfluß im magnetisierbaren Kern erzeugt und eine Ausgangsspannung wechselnder Polarität erzeugt. Eine Kapazität läßt einen zirkulierenden Strom fließen, welcher ein Magnetfeld in dem Kernabschnitt unter der Wicklung erzeugt. Mit einem Permanentmagnet wird der Kern so vorgespannt, daß ein zweites Magnetfeld in diesem Kernabschnitt hervorgerufen wird und die beiden Magnetfelder ergeben einen magnetischen Fluß, der das magnetisierbare Material des Kernabschnittes magnetisch sättigt, so daß man eine geregelte Ausgangswechselspannung erhält. Der Tendenz dieser geregelten Ausgangswechselspannung, sich mit Temperaturschwankungen der Sättigungsflußdichte des magnetisierbaren Materials zu ändern, wird durch entsprechende Temperaturänderungen der Magnetisierungsstärke des Permanentmagneten begegnet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung verläuft die Richtung des magnetischen Flusses, welcher durch den Permanentmagnet im magnetisierbaren Material des Kernabschnittes erzeugt wird, allgemein senkrecht zu der Richtung des von dem zirkulierenden Strom erzeugten Magnetflusses.

Bei Verwendung in einem Fernsehempfänger oder Sichtgerät kann der Stromversorgungsteil mit Sättigungskern einen Hochspannungsgenerator speisen, der dann eine temperaturstabile Anodenhochspannung für die Anode der Bildröhre erzeugt.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stromversorgungsteil mit Sättigungskern, der eine temperaturstabile geregelte Ausgangsspannung erzeugt,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Stromversorgungsteil mit Sättigungskern für einen Fernsehempfänger oder ein Sichtgerät,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer durch einen Permanentmagnet vorgespannten sättigbaren Spule eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsteils,

Fig. 4 eine Endansicht der Anordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt der Anordnung nach Fig. 4 entlang der Schnittlinie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der sättigbaren Spule mit Permanentmagnetvorspannung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsteils,

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 6 entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der aus Kern und Permanentmagnet bestehenden Einheit der Anordnung nach Fig. 6,

Fig. 9 bis 11 Vectordiagramme und Kurven zur Erläuterung der Betriebsweise der in den Fig. 1, 2, 12 und 13 dargestellten Schaltungen,

Fig. 12 einen Teil einer alternativen Ausführungsform des Stromversorgungsteils nach Fig. 1 und

Fig. 13 einen Teil einer abgewandelten Ausführungsform des Stromversorgungsteils nach Fig. 2.

In dem erfindungsgemäßen Stromversorgungsteil 17 mit Sättigungskern gemäß Fig. 1 erzeugt ein Hochfrequenz- Leistungsoszillator 26 eine Eingangsrechteckspannung 23 wechselnder Polarität mit einer Frequenz f₀ an Ausgangsanschlüssen 18 und 19 des Leistungsoszillators. Die Frequenz der (quadratischen) Rechteckspannung 23 kann innerhalb eines Bereiches von beispielsweise 16 bis 25 KHz gewählt werden. Die Eingangswechselspannung 23 wird über eine Eingangsdrossel L einer Schaltung FR1 mit sättigbarer Reaktanz zugeführt.

Die Schaltung FR1 enthält ein sättigbares Magnetelement oder eine sättigbare Spule SR1 und einen über eine Wicklung 20 der Spule SR1 gekoppelten Resonanzkondensator C. Die sättigbare Spule SR1 hat einen magnetisierbaren Kern 21, auf dem die Wicklung 20 sitzt, und einen neben dem Kern 21 angeordneten Permanentmagnet 22.

Die Induktivität L erzeugt zusammen mit der Kapazität C einen Erregerstrom für die Spulenwicklung 20, so daß im Kern 21 ein mit der Wicklung verketteter Magnetfluß entsteht, der eine Ausgangsspannung Vout wechselnder Polarität an den Wicklungsanschlüssen 24 und 25 erzeugt. Eine in Fig. 1 allgemein als Last R angedeutete Lastschaltung liegt zwischen den Anschlüssen 24 und 25 und wird von der Ausgangsspannung Vout des Stromversorgungsteils 17 gespeist.

Zur Regelung der Ausgangsspannung Vout erzeugt der Kondensator C einen zirkulierenden Strom während jedes Halbzyklus der Ausgangsspannung wechselnder Polarität (im folgenden als Ausgangswechselspannung bezeichnet), welcher zur magnetischen Sättigung des der Spulenwicklung 20 zugeordneten Kernabschnittes des magnetisierbaren Kerns 21 beiträgt. Da der zur Wicklung 20 gehörige Kernabschnitt in die Sättigung und wieder aus ihr herauskommt, wird die Impedanz der Wicklung zwischen einem niedrigen und einem hohen Wert hin- und hergeschaltet. Aufgrund dieses Schaltens werden die Amplitude der Ausgangsspannung, die Halbperiodenfläche der Ausgangsspannung oder beides gegen Amplitudenänderungen der Spannung 23 und gegen Änderungen der Belastung durch die Lastschaltung R geregelt.

Befindet sich die sättigbare Spule im magnetisch ungesättigten Zustand, dann ist die Induktivität der Wicklung 20 relativ groß und der Strom in dieser Wicklung relativ klein: Es fließt nur ein kleiner Erreger- oder Magnetisierungsstrom zur Erzeugung des Magnetflusses im Kern 21. Die Ausgangsspannung Vout, welche über der Wicklung 20 liegt, ruft eine Richtungsumkehr des Magnetflusses im Kern 21 und einen anschließenden Flußaufbau in der Gegenrichtung hervor.

Diese Spannung Vout kann auch den Magnetfluß im Spulenkern 21 bis zu einem Punkt aufbauen, wo die entsprechende Flußdichte des magnetisierbaren Kernmaterials oberhalb des Knies seiner B-H-Kennlinie und im Sättigungsbereich des Betriebes liegt. Zum Zwecke der Erläuterung kann angenommen werden, daß der Betriebsbereich magnetischer Sättigung derjenige Bereich der B-H-Kennlinie oberhalb des Knickes ist, bei dem der Permeabilitätszuwachs im Vergleich zum Permeabilitätszuwachs unterhalb des Knickes erheblich geringer ist. Für ein magnetisierbares Kernmaterial wie etwa ein Lithiumferrit, wie es in der bereits erwähnten DE-OS 31 28 178 des Erfinders I. Gordon beschrieben ist, ist der Permeabilitätszuwachs in einem Punkt reichlich jenseits des Knickes bei einer magnetischen Feldstärke H von beispielsweise 50 bis 100 Oersted ein relativ niedriger Wert von beispielsweise 2-10 im Vergleich zu einem Permeabilitätszuwachs zwischen beispielsweise 500-3000 oder noch mehr an Punkten unterhalb des Knickes der B-H-Kennlinie. Der Betrieb des Kernes 21 im magnetischen Sättigungsbereich der B-H-Kennlinie führt dazu, daß die Wicklung 20 eine relativ niedrige Sättigungsinduktivität nach Beginn der Sättigung aufweist. Der zwischen dem Kondensator C und der Wicklung 20 zirkulierende Strom fließt nach diesem Sättigungseinsatz.

Die Amplitude der Ausgangsspannung Vout und der genaue Schaltaugenblick, zu dem die Wicklung 20 zwischen gesättigten und ungesättigten Induktivitätswerten umschaltet, hängt von der Sättigungsflußdichte Bsat des magnetisierbaren Materials des Kernes 21 ab. Generell ist die Amplitude der Ausgangsspannung für größere Werte von Bsat größer.

Da der Wert von Bsat eine Funktion der Temperatur des Sättigungskernmaterials ist, neigt die geregelte Ausgangsspannung eines Stromversorgungsteils mit Sättigungskern zu Änderungen mit Schwankungen der Umgebungstemperatur und während der Aufwärmzeit des Stromversorgungsteils. Gemäß der Erfindung wird zur Begegnung dieser Tendenz ein Permanentmagnet 22 gemäß Fig. 1 neben dem Sättigungskern 21 der sättigbaren Spule SR1 angeordnet, um den Kern magnetisch vorzuspannen.

Die Stärke des Permanentmagneten 22 hängt von der Magnettemperatur ab, indem beispielsweise bei wachsender Magnettemperatur die Magnetfeldstärke abnimmt. Befindet sich der Permanentmagnet in der Nähe des Kerns 21, dann folgt die Magnettemperatur Änderungen der Kerntemperatur. Die Vorspannung des Kernes 21 ist so gewählt, daß die Neigung der geregelten Ausgangswechselspannung Vout sich mit Temperaturänderungen der Sättigungsflußdichte Bsat, welche durch Temperaturschwankungen im Sättigungskern 21 hervorgerufen werden ebenfalls zu ändern, im wesentlichen kompensiert wird durch die gleichzeitigen Änderungen der Vorspannungsfeldstärke des Magneten 22 mit der Temperatur, so daß mit Änderungen der Betriebstemperatur des Kernes sich die Ausgangsspannung nur sehr wenig ändert.

Fig. 12 zeigt eine mit FR4 bezeichnete andere Ausführungsform der Schaltung mit sättigbarer Spule gemäß Fig. 1, wobei die durch den Permanentmagnet vorgespannte sättigbare Spule einen Transformator SR4 umfaßt. Der Transformator SR4 hat eine mit dem Resonanzkondensator C leitend gekoppelte Primärwicklung 20a, die auf dem Sättigungskern 21 sitzt, welcher durch den Permanentmagnet 22 vorgespannt wird. Die geregelte Ausgangswechselspannung entsteht über einer Sekundärwicklung 20b, die magnetisch mit der Primärwicklung 20a gekoppelt ist. Die Lastschaltung R liegt an der Sekundärwicklung 20b des Transformators und wird durch die an dieser Wicklung entstehende Ausgangsspannung gespeist.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen Draufsichten bzw. Querschnitte einer Konstruktion einer sättigbaren Spule, die als die sättigbare Spule SR1 in Fig. 1 verwendet werden kann. Wie die Fig. 3 bis 5 erkennen lassen, ist der Kern 21 ein Rechteckkern, der durch einen C-Kernabschnitt 21a neben einem einen Schenkel des Rechteckkerns bildenden I-Kernabschnitts 21b gebildet wird. Jeder der Kernabschnitte 21a und 21b kann einen Rechteckquerschnitt haben.

Der Permanentmagnet 22 weist einen Stab rechteckigen Querschnittes mit einer unteren Fläche 27, welche die obere Fläche des I-Kernabschnittes 21b berührt, und einer oberen Fläche 28 auf. Die Wicklung 20 der sättigbaren Spule ist um einen hohlen Plastikwickelkörper 29 gewickelt, und der Permanentstab 22 und der I-Kernabschnitt 21b des Kernes befinden sich im Inneren des Wickelkörpers. Der Permanentmagnet 22 kann durch die Flächen 27 und 28 des Permanentmagnetstabes magnetisiert sein, wobei die Fläche 27 beispielsweise als Südpol und die gegenüberliegende Fläche 28 als Nordpol dargestellt ist.

Bei einer solchen Anordnung wirken zwei Magnetkräfte, die im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, auf das magnetisierbare Material des I-Kernabschnittes 21b durch einen wesentlichen Volumenteil des I-Kernabschnittes im Inneren der Spule 20 ein. Die erste Magnetkraft oder Feldstärke wird durch den Magnetisierungsstrom in der sättigbaren Spule 20 hervorgerufen und verläuft in einer Richtung allgemein parallel zur Längsachse der Spule. Die zweite Magnetfeldstärke wird vom Permanentmagnet 22 erzeugt und verläuft generell in einer Richtung quer oder rechtwinklig zur Längsachse der Spule. Das aus diesen beiden Feldern resultierende Magnetfeld ergibt einen Magnetfluß im Kern 21, der eine wesentliche magnetische Sättigung des Kernes innerhalb der Spule 20 während jedes Halbzyklus der an der Spule vorhandenen Ausgangswechselspannung hervorruft.

Wie der Querschnitt in Fig. 5 schematisch zeigt, kann an einem im Inneren der Spule 20 liegenden Punkt A innerhalb des magnetisierbaren Materials des I-Kernabschnittes 21b der Vektor _v der magnetischen Flußdichte in zwei rechtwinklige Komponenten aufgeteilt werden. Die erste Komponente ist eine Komponente _c, welche mit der Spule 20 verkettet ist und somit parallel zur Längsachse der Spule 20 verläuft und eine Größe hat, die von der durch den Erregerstrom in der Spule hervorgerufenen Feldstärke abhängt. Die zweite Komponente ist ein Vektor _b, der senkrecht auf dem Vektor _c steht und vom Permanentmagnet 22 herrührt. Obgleich der Vektor _b der Vorspannungsflußdichte zu Veranschaulichungszwecken in der Zeichenebene der Figur dargestellt ist, kann der Flußdichte-Vektor _b auch eine Komponente enthalten, die senkrecht zur Zeichenebene steht, je nach der genauen Lage des Punktes A innerhalb des I-Kernabschnittes 21b.

Die Amplitude des resultierenden Flußdichten-Vektors _v und der Winkel R, den der Vektor mit dem vorspannungsflußdichten Vektor _b in einem bestimmten Augenblick während des Zyklus der Ausgangswechselspannung Vout über der Spule 20 einschließt, hängt von der sich zeitlich verändernden Amplitude der mit der Spule 20 verketteten Flußdichte _c- ab.

Der Permanentmagnet 22 kann aus einem harten magnetisierbaren Material wie Bariumferrit oder Strontiumferrit bestehen, welches Coercitivkräfte in der Größenordnung von 2 bis 4000 Oersted hat. Der I-Kernabschnitt 21b kann aus einem weichen Ferrit bestehen, wie dem bereits erwähnten Lithiumferrit, dessen Coercitivkraft um ein Oersted herum liegt. Wegen der großen Coercitivkräfte von Barium- oder Strontiumferrit zeigt der Permanentmagnet 22 eine relativ geringe Entmagnetisierung, wenn er zu einem Teil des zusammen mit dem Kern 21 gebildeten magnetischen Kreises wird. Die relativ geringe Entmagnetisierung des Permanentmagneten 22 bleibt auch beim Anlegen einer Entmagnetisierungsfeldstärke, die von dem Strom in der sättigbaren Spule 20 erzeugt wird. In der Spule 20 erzeugte Spitzenfeldstärken gehen typtischerweise nicht über einige hundert Oersted hinaus. Solche Werte reichen nicht aus, um einen Barium- oder Strontiumferrit- Magneten mit Coercitivkräften von mehreren tausend Oersted nennenswert zu entmagnetisieren. So bleibt also das vom Permanentmagneten 22 im magnetisierbaren Material des I-Kernabschnittes 21b erzeugte Vorspannungsfeld innerhalb der Spule 20 mindestens vor dem Sättigungseinsatz des weichen Ferrits relativ konstant.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen den verschiedenen erwähnten Flußdichten-Vektoren an einem gegebenen Punkt innerhalb des magnetisierbaren Materials des I-Kernabschnitts 21b innerhalb der Spule 20 zu verschiedenen ausgewählten Zeitpunkten innerhalb eines Zyklus der Ausgangsspannung. Der Flußdichten-Vektor _c, der bei verschiedenen Werten der durch den in der sättigbaren Spule 20 fließenden Magnetisierungsstrom bewirkten Feldstärke erzeugt wird, ist längs der Y-Achse aufgetragen. Der vom Permanentmagnet 22 erzeugte Flußdichte-Vektor _b0 ist längs der X-Achse unter rechtem Winkel zum Spulenvektor _c aufgetragen.

Wenn während der sättigungslosen Intervalle der Ausgangswechselspannung Vout die Spule 20 eine relativ große Induktivität bei fehlender Sättigung hat, dann kann die Vektorkomponente der Flußdichte im Kernmaterial innerhalb der Spule senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule, also der mit der Spule 20 verkettete Flußdichte-Vektor _c mit zunehmender Magnetisierungsfeldstärke H, welche durch den Magnetisierungsstrom in der Spule 20 erzeugt wird, beginnen anzuwachsen. Wenn die magnetische Feldstärke der Spule 20 von einem Wert H₁ auf einen Wert H₄ anwächst, dann wächst die Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 von einem Flußdichtewert B_c1 auf einen Flußdichtewert B_c4.

Es wurde bereits gesagt, daß der aus einem harten Ferrit, wie Barium- oder Strontiumferrit, hergestellte Permanentmagnet 22 nur wenig entmagnetisiert wird, wenn die Spule 20 magnetische Kraftfelder relativ niedriger Feldstärke erzeugt. Während des Intervalles anwachsender Flußdichte - senkrecht zur Spule 20 - bleibt daher die Flußdichte im Kernmaterial innerhalb der Spule in Parallelrichtung zu dem vom Permanentmagnet 22 erzeugten magnetischen Vorspannungsfeld (hier für Erläuterungszwecke) relativ unverändert, bei einem als Beispiel angegebenen Wert B_b0.

Der resultierende Flußdichte-Vektor _-v, der im magnetisierbaren Material des I-Kernabschnittes 21b durch die Kombination der vom Permanentmagnet 22 und dem in der Spule 20 fließenden Magnetisierungsstrom erzeugt wird, ist ein Vektor, dessen Amplitude mit anwachsender Spulenfeldstärke ebenfalls wächst und seine Richtung verdreht, so daß der Winkel R zwischen dem resultierenden Flußdichte- Vektor _v und dem Vorspannungsflußdichte-Vektor _b zunimmt.

Wenn die Spulenmagnetisierungsfeldstärke eine genügend große Amplitude erreicht hat, so daß der resultierende Vektor _v5 eine Amplitude in der Nähe der Sättigungsflußdichte Bsat hat, dann wird die Induktivität der sättigbaren Spule 20 auf eine relativ niedrige Induktivität bei Sättigung umgeschaltet und läßt damit das Zirkulationsstromintervall innerhalb des Ausgangsspannungszyklus beginnen. Die Größe der Flußdichte im I-Kernabschnitt 21b senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 ist beim Sättigungseinsatz B_c5=Bmax.

Die Größe Bmax ist kleiner als die Sättigungsflußdichte Bsat. Die Ausgangsspannung Vout neigt daher zu einer kleineren Amplitude, wenn die sättigbare Spule mit einem Permanentmagnet vormagnetisiert wird. Diese Tendenz läßt sich kompensieren durch Vergrößerung der Windungszahl der Spule 20, durch Vergrößerung der Querschnittsfläche des Sättigungskerns innerhalb der Spule oder durch andere geeignete Maßnahmen. Da die Amplitude der geregelten Ausgangsspannung Vout bei Verwendung einer mit einem Permanentmagnet vormagnetisierten sättigbaren Spule vor dem Sättigungseinsatz im allgemeinen proportional zur maximalen Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 ist, also proportional zu Bmax, läßt sich eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung erreichen durch Anpassung oder geeignete Wahl des Permanentmagnetmaterials und des Sättigungskernmaterials hinsichtlich ihres Temperaturverhaltens, um bei Temperaturänderungen einen konstanten Wert für Bmax zu erhalten.

Bei Betrachtung der Fig. 10 sei angenommen, daß bei einem gegebenen Sättigungskern und bei der Betriebstemperatur T₁ des Permanentmagneten dessen Vormagnetisierungsstärke B_b1 und die Sättigungsflußdichte des Sättigungskernmaterials B_sat1 betrage. Wird der Sättigungseinsatz während jedes Zyklus der Ausgangswechselspannung Vout erreicht, dann liegt die Vektorspitze des resultierenden Flußdichte-Vektors _-sv1 im Sättigungskernmaterial innerhalb der Spule 20 am Punkt P₁. Die maximale Flußdichte senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20, die sich vor dem Sättigungseinsatz erreichen läßt, ist Bmax.

Damit die geregelte Ausgangsspannung temperaturstabil wird, sollte die Flußdichtekomponente Bmax relativ unverändert bleiben, wenn der Sättigungskern und der Permanentmagnet bei unterschiedlicher Temperatur T₂, die im dargestellten Beispiel größer als die Temperatur T₁ ist, betrieben werden. Bei der größeren Temperatur T₂ beträgt der Wert der Sättigungsflußdichte des Sättigungskernmaterials B_sat2, und dieser Wert ist bei der Temperatur T₁ um einen Betrag ΔBsat= α_fΔTB_sat1 kleiner als der Wert B_sat1, wenn ΔT=T₂- T₁ ist.

Um bei der höheren Temperatur T₂ dieselbe maximale Flußdichte Bmax senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 zu erhalten, muß der resultierende Flußdichte- Vektor bei Sättigung bei der Temperatur T₂ gleich dem Vektor _vc2 sein, dessen Vektorspitze in Fig. 10 am Punkt P₂ liegt. Damit der resultierende Vektor _sv2 seine Vektorspitze am Punkt P₂ hat, muß die Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten 22 auf einen kleineren Wert B_b2 abnehmen. Bei einem gegebenen Sättigungskernmaterial mit einem Temperaturkoeffizienten der Sättigungsflußdichte von α_f, muß daher das Permanentmagnetmaterial so gewählt werden, daß sein negativer Temperaturkoeffizient -α_m zu einer entsprechenden Abnahme der Vormagnetisierungsstärke von ΔB_b=B_b1-B_b2 führt, wobei α_m die relative Änderung der Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten pro Grad Celsius ist, oder α_m=ΔB_b/B_b/T.

Wenn der Temperaturkoeffizient α_m des Permanentmagnetmaterials nicht auf den Temperaturkoeffizienten α_f des Sättigungskernmaterials abgestimmt ist, dann kann die maximale senkrechte Flußdichte, die beim Sättigungseintritt erreicht wird, sich bei den beiden Kernbetriebstemperaturen T₁ und T₂ unterscheiden, und dies führt zu einer relativ schlechten Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Temperaturkoeffizient α_m des Magnetmaterials kleiner als notwendig ist, um bei den beiden Temperaturen T₁ und T₂ eine exakte Temperaturkompensation der Ausgangsspannung zu erhalten. Dann würde bei der Temperatur T₂ die Vormagnetisierungsstärke des Magneten bei einem Wert B_ba zwischen den Werten B_b1 und B_b2 liegen. Der resultierende Flußdichte-Vektor beim Sättigungseinsatz ist bei der höheren Temperatur T₂ der Vektor -_sva, dessen Vektorspitze am Punkt P_a in Fig. 10 liegt. Die Komponente des Vektors _sva, die senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20 liegt, hat einen Amplitudenwert B_maxa, der kleiner als der Amplitudenwert Bmax ist, der bei der niedrigeren Temperatur T₁ erreicht wird. Somit läßt sich keine Temperaturstabilität der Ausgangsspannung erreichen, wenn die Vormagnetisierungsstärke nicht richtig hinsichtlich α_m, α_f und B_sat1 gewählt wird.

Es gibt verschiedene Abwägungsmöglichkeiten bei der Auswahl der Parameter wie Bsat, Bmax, B_b, α_m und α_f bei der Auslegung eines Ferroresonanzsystems mit einer sättigbaren Spule, die mit einem Permanentmagnet vorgespannt wird, um eine temperaturstabilisierte geregelte Ausgangsspannung zu erhalten. Beispielsweise muß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten α_m im allgemeinen größer als der Temperaturkoeffizient α_f des Sättigungskernmaterials gewählt werden, damit die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung besser wird. Der prozentuale Unterschied zwischen den Temperaturkoeffizienten der beiden Materialien muß verringert werden, falls man lieber einen Vorspannungsmagnet größerer Stärke wählen will.

Es sei im Zusammenhang mit Fig. 10 angenommen, daß ein Permanentmagnet bei einer Temperatur T₁ eine Vorspannungsstärke vom Wert B_b3 habe, die größer als der bereits erwähnte Wert B_b1 ist. Der resultierende Flußdichte-Vektor für eine Temperatur T₁ ist der Vektor _sv3, dessen Spitze am Punkt P₃ liegt. Die maximale Flußdichte B′_max senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20, die man bei der Temperatur T₁ erhält, ist die Projektion des Vektors _sv3 auf die Y-Achse in Fig. 10. Um dieselbe maximale Flußdichte B′_max bei der höheren Temperatur T₂ zu erhalten, wo die Sättigungsflußdichte des Sättigungskernmaterials auf einen Wert B_sat2 abgesunken ist, muß der resultierende Flußdichte-Vektor beim Sättigungseinsatz gleich dem Vektor _sv4 sein, dessen Spitze am Punkt P₄ liegt.

Die Projektion von _sv4 auf die X-Achse gibt den neuen niedrigeren Wert der Permanentmagnetvorspannungsstärke an, der bei der höheren Temperatur T₂ notwendig ist, um die geregelte Ausgangsspannung bei der neuen Temperatur unverändert aufrecht zu erhalten. Die Projektion von _sv4 auf die X-Achse gibt an, daß eine niedrigere Vorspannungsstärke für B_b4 bei der Temperatur T₂ benötigt wird, wenn man eine Temperaturstabilität erreichen will.

Verwendet man einen Permanentmagnet mit einer höheren Stärke für B_b3 bei der Temperatur T₁, dann muß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten mit einem Wert α′_m gewählt werden, so daß sich im Temperaturbereich ΔT=T₂-T₁ eine Änderung der Vorspannungsstärke ΔB′_b=B_b3-B_b4 ergibt. Bei Betrachtung der Fig. 10 stellt man fest, daß das für einen Magnet größerer Stärke benötigte ΔB′_b wesentlich kleiner als das bereits erwähnte ΔB_b für einen Permanentmagnet geringerer Stärke ist. Hieraus läßt sich schließen, daß der für einen stärkeren Permanentmagnet erforderliche Temperaturkoeffizient α′_m kleiner als der für einen schwächeren Magneten benötigte Temperaturkoeffizient α_m ist. Somit läßt sich die Vorspannungsstärke des Permanentmagneten bis zu einem gewissen Ausmaß einstellen, um die gewünschte Temperaturstabilität der Ausgangsspannung zu bekommen, wenn zur Auswahl nur eine begrenzte Anzahl von Materialien für Permanentmagnet und Sättigungskern zur Verfügung stehen.

Man sollte jedoch beachten, daß ein Auswahlgesichtspunkt für die Verwendung eines Permanentmagneten mit relativ kleinem Temperaturkoeffizienten seiner Magnetstärke α_m die Forderung einer Anordnung, die eine relativ große Vormagnetisierungsstärke benötigt, sein kann. Eine solche Anordnung ergibt eine relativ niedrige maximale Flußdichte Bmax senkrecht zu den Leiterwindungen der Spule 20. Um eine relativ hohe Ausgangsspannung Vout bei den entstehenden niedrigen Werten von Bmax beizubehalten, muß man die Anzahl der Leiterwindungen und/oder die Querschnittsfläche des Sättigungskerns innerhalb der Spule vergrößern. Weiterhin kann ein relativ niedriges Verhältnis von Bmax zur Bsat zu einer relativ schelchten Ausgangsspannungsregelung bei Eingangsspannungs- und Lastschwankungen führen, wie noch erläutert wird.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß im Sinne einer Temperaturstabilisierung der geregelten Ausgangsspannung die Temperaturkoeffizienten des Permanentmagneten und des Sättigungskernmaterials sorgfältig aufeinander abgestimmt werden sollen, wobei der Temperaturkoeffizient des Permanentmagnetmaterials im allgemeinen größer als derjenige des Sättigungskernmaterials ist, und zwar um einen Betrag, der von solchen Faktoren wie die gewünschten Werte von Bmax und der Vorspannungsstärke B_b des Permanentmagneten abhängen. Es sei beispielsweise angenommen, daß das Sättigungskernmaterial mit einem relativ großen Koeffizienten α′_f der Sättigungsflußdichte gewählt wird, so daß bei der höheren Temperatur T₂ die Sättigungsflußdichte von einem Wert B_sat1 bei der Temperatur T₁ auf einen niedrigeren B_sat2 abnimmt. Damit sich beim Sättigungseinsatz eine relativ unveränderte maximale Flußdichte vom Wert B′_max sowohl bei der Temperatur T₁ wie auch bei der Temperatur T₂ ergibt, muß der resultierende Flußdichte-Vektor bei der Sättigung den Winkel ändern, welchen er mit der X-Achse einschließt, um einen Ausgleich für die absinkende Vektoramplitude wegen der Abnahme der Sättigungsflußdichte zu ergeben. Der resultierende Flußdichte-Vektor ändert sich vom Vektor _sv3 zum Vektor _sv2b, dessen Spitze am Punkt P_2b liegt.

Die Änderung der Vorspannungsstärke des Permanentmagneten von ΔB″_b=B_b3-B′_b2, die bei Verwendung eines Sättigungskernmaterials mit höherem Temperaturkoeffizienten notwendig ist, ist größer als die Änderung der Permanentmagnetvorspannungsstärke ΔB′_b, die bei einem kleineren Temperaturkoeffizienten des Sättigungskernmaterials notwendig ist, und dies zeigt, daß ein Permanentmagnetmaterial mit görßerem Temperaturkoeffizienten α″_m gebraucht wird, wenn man es zusammen mit einem Sättigungskernmaterial mit größerem Temperaturkoeffizienten α′_f verwendet.

Wenn das Sättigungskernmaterial für den I-Kernabschnitt 21b als ein Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit gewählt wird, dann kann man ein keramisches Magnetmaterial, wie etwa ein Barium- oder Strontiumferrit als Permanentmagnetmaterial wählen, um eine gute Anpassung der Temperaturkoeffizienten zwischen weichen und harten Ferritmaterialien zu erreichen. Lithiumferrit und substituiertes Lithiumferrit, wie etwa Lithium-Mangan-Zink-Ferrite, haben Temperaturkoeffizienten ihrer Sättigungsflußdichte α_f zwischen einem halben und einem Teil pro Tausend pro Grad Celsius. Barium- und Strontiumferrite haben Temperaturkoeffizienten ihrer Magnetstärke zwischen 1,8 und 2,0 Teilen pro Tausend pro Grad Celsius, ein Wertebereich, der eine relativ gute Temperaturstabilität für die geregelte Ausgangsspannung Vout ergibt, sofern man die richtige Vorspannungsmagnetfeldstärke gewählt hat.

Wählt man im Gegensatz dazu ein Mangan-Zink-Ferrit als Sättigungskernmaterial, dann würde man ein Permanentmagnetmaterial mit relativ hohem Temperaturkoeffizienten benötigen, weil Mangan-Zink-Ferrit einen Temperaturkoeffizienten von etwa drei bis dreieinhalb Teilen pro Tausend aufweist. Wenn der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten etwa zwei- bis viermal so groß wie der Temperaturkoeffizient des weichen Ferrits gewählt wird, damit man Werte von Bmax erhält, welche die Werte Bsat erreichen, dann müßte der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten etwa zwölf bis fünfzehn Teile pro Tausend pro Grad Celsius betragen. Permanentmagnetmaterial mit einem so hohen Temperaturkoeffizient kann aber nicht verfügbar sein oder, wenn es erhältlich ist, ungeeignet für einen kostengünstigen Stromversorgungsteil sein.

Fig. 2 zeigt einen temperaturstabilen Stromversorgungsteil 80 gemäß der Erfindung, der geregelte Ausgangsgleichspannungen einschließlich einer geregelten Anodenspannung für ein Fernsehgerät liefert. Die Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung ist besonders wichtig, wenn es sich um die Hochspannung eines Fernsehgerätes handelt, weil beispielsweise übermäßige Hochspannungen beim Einschalten des Fernsehgerätes oder bei kalter Umgebungstemperatur erzeugt werden können. Die übermäßigen Hochspannungen können zur Erzeugung einer zu starken unerwünschten Röntgenstrahlung führen.

Der Ferroresonanz-Stromversorgungsteil gemäß Fig. 2 für einen Fernsehempfänger arbeitet generell ähnlich, wie der in der US-PS 44 46 405 beschriebene Empfänger. Damit man die geregelte Ausgangsspannung temperaturstabil erhält, sind die Gesichtspunkte der Erfindung für die Permanentmagnetvorspannungsanordnung, wie sie oben beschrieben sind, bei der Anordnung FR2 in Fig. 2 angewandt.

In Fig. 2 ist eine Primärwicklung 62a eines Transformators 62 mit hoher Streuinduktivität an eine Quelle 71 einer ungeregelten Eingangswechselspannung Vin angekoppelt. Die Quelle 71 enthält einen Wechselrichter 61 und einen an eine Mittelanzapfung der Primärwicklung 62a gekoppelten Gleichspannungsanschluß 63. An diesen Anschluß wird eine ungeregelte Gleichspannung V_a angelegt. Der Wechselrichter wird mit einer hohen Frequenz betrieben, beispielsweise mit der Zeilenablenkfrequenz f_H von 15,75 kHz.

Wenn die Spannung Vin an die Primärwicklung 62a gelegt wird, dann entstehen horizontalfrequente Ausgangsspannungen wechselnder Polarität an den Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62d und an der Hochspannungs-Sekundärausgangswicklung 62e. Eine gemeinsame Mittelanzapfungsleitung 53 für die Wicklungen 62b bis 62d ist mit Masse gekoppelt.

Die an der Wicklung 62b entstehende Ausgangswechselspannung wird mit Dioden 69 und 70 vollweg gleichgerichtet und mit einem Kondensator 34 zu einer Versorgungsgleichspannung am Anschluß 31 von beispielsweise +25 Volt gefiltert, um Schaltungen des Fernsehempfängers wie die Vertikalablenkschaltung und die Tonschaltung zu speisen. Die an der Wicklung 62d entstehende Ausgangswechselspannung wird durch Dioden 65 und 66 doppelweg gleichgerichtet und durch einen Kondensator 36 zu einer Versorgungsgleichspannung von beispielsweise +210 Volt an einem Anschluß 33 gefiltert, welche Empfängerschaltungen wie die Bildröhrentreiberschaltung speist.

Die an der Wicklung 62c entstehende Ausgangswechselspannung wird durch Dioden 67 und 68 doppelweggleichgerichtet und mit einem Kondensator 35 zu einer Spannung B+ an einem Anschluß 32 gefiltert, welche als Versorgungsspannung für die Ablenkung mittels einer Horizontalablenkwicklung 41 dient. Zur Erzeugung des Horizontalablenkstromes in der Horizontalablenkwicklung 41 ist ein Horizontalablenkgenerator 40 über eine Eingangsdrossel 39 mit dem Anschluß 32 gekoppelt. Der Horizontalablenkgenerator 40 wird von der Versorgungsspannung B+ gespeist und enthält einen Horizontaloszillator und Treiber 43, einen Horizontalausgangstransistor 44, eine Dämpfungsdiode 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 Hochspannungsausgangswicklung 62e entstehende Ausgangswechselspannung wird einer Hochspannungsschaltung 64 zur Erzeugung einer Anoden- oder Beschleunigungsspannung an einem Anschluß U für die nicht dargestellte Bildröhre des Fernsehempfängers zugeführt. Die Hochspannungsschaltung 64 kann eine übliche Spannungsvervielfacherschaltung vom Cockroft-Walton-Typ aufweisen oder eine Halbwellengleichrichterschaltung mit einer Mehrzahl von Dioden, die mit einer Mehrzahl von Wicklungsabschnitten der Hochspannungswicklung 62e, die nicht einzeln veranschaulicht sind, zu einer einzigen Einheit einstückig zusammengegossen sind.

Die Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62d und die Hochspannungs-Sekundärausgangswicklung 62e sind magnetisch eng miteinander gekoppelt. Zur Regelung der Spannungen der Sekundärausgangswicklungen gegen Änderungen der Amplitude der Eingangsspannung Vin und gegen Lastschwankungen der an die Anschlüsse 31 bis 33 angekoppelten Lastschaltungen sowie gegen Strahlstrombelastungsänderungen am Anschluß U und zur Temperaturstabilisierung dieser Ausgangsspannungen ist eine Schaltung FR2 mit sättigbarer Spule gemäß der Erfindung als eine Lastschaltung über eine der eng miteinander gekoppelten Sekundärausgangswicklung des Transformators 62 gekoppelt. In Fig. 2 liegt die Lastschaltung FR2 beispielsweise über der Sekundärausgangswicklung 62d.

Die Lastschaltung FR2 enthält eine Wicklung 37, die um mindestens einen Teil des magnetisierbaren Sättigungskerns 137 einer sättigbaren Spule FR2 gewickelt ist, einen Permanentmagnet 237, welcher den Kern vorspannt, und einen über die Spule 37 geschalteten Resonanzkondensator 38.

Die Ausgangsspannung Vout an der Sättigungsspule 37 wird durch die Wirkung der Lastschaltung FR2 geregelt. Durch Kopplung der Spule 37 über die Sekundärausgangswicklung 62d des Transformators 62 arbeitet die Lastschaltung FR2 als mit der Wicklung 62d gekoppelte regelnde Lastschaltung, um die Spannung an der Wicklung 62d als die geregelte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten. Da die Spannung über der Sekundärwicklung 62d durch die Lastschaltung FR2 geregelt wird, sind auch die Ausgangsspannungen an den anderen Sekundärwicklungen, die eng mit der Wicklung 62d gekoppelt sind, geregelt. Somit werden die Ausgangsspannungen über den Wicklungen 62b und 62c und die Hochspannung an der Ausgangswicklung 62e durch die Regelwirkung der Spannung Vout der Lastschaltung FR2 geregelt. Wegen der losen magnetischen Kopplung zwischen der Primärwicklung 62a und den Sekundärwicklungen 62b bis 62e können die Spannungen an diesen Sekundärwicklungen hinsichtlich Amplitude oder Halbperiodenfläche relativ unverändert bleiben, obwohl sich die Amplitude der Spannung über der Primärwicklung ändert.

Der Permanentmagnet 237 spannt den Sättigungskern 137 so vor, daß sich eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung Vout und der anderen, an den Sekundärwicklungen des Transformators 62 entstehenden Spannungen sowie der Gleich- und Anodenspannungen ergibt. Die sättigbare Spule SR2 der Lastschaltung FR2 gemäß Fig. 2 kann ähnlich aufgebaut sein, wie die oben beschriebene sättigbare Spule SR gemäß den Fig. 3 bis 5, oder ähnlich wie die sättigbare Spule SRA in den Fig. 6 bis 8.

Die sättigbare Spule SRA nach den Fig. 6 bis 8 ist toroidförmig konstruiert. Fig. 7 zeigt einen Endquerschnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 6 des Kern- und Permanentmagnetteiles der sättigbaren Spule SRA, wobei die Spule 37 in Fig. 7 weggelassen ist. Fig. 8 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Kern- und Permanentmagnetteiles der Anordnung nach Fig. 6.

Der Kern der sättigbaren Spule SRA weist zwei Ringe oder Scheiben 137a und 137b aus einem weichen Ferritmaterial, wie etwa Lithiumferrit auf. Zwischen den beiden Weichferritteilen sind zwei konzentrisch zusammengesetzte Permanentmagnetringe 237a und 237b eingefügt, welche beispielsweise aus einem harten Ferritmaterial wie Barium oder Strontiumferrit bestehen können. Jedes dieser Permanentmagnetringglieder wird durch eine Fläche magnetisiert, wobei die Fläche eines der Permanentmagnetringe in der entgegengesetzten Polarität magnetisiert ist wie die angrenzende Fläche des anderen Permanentmagnetringes. Wie die Fig. 7 und 8 zeigen, ist die Fläche 81a des Permanentmagnetringes 237a beispielsweise als Nordpol magnetisiert und die gegenüberliegende Fläche 81b desselben Ringes ist als Südpol magnetisiert; dagegen ist die Fläche 82a des anderen Permanentmagnetringes 237b als Südpol magnetisiert, und die gegenüberliegende Fläche 82b ist als Nordpol magnetisiert. Die beiden Permanentmagnetringe 237a und 237b können auch durch einen einzigen Ring mit zwei konzentrisch magnetisierten Abschnitten ersetzt werden.

Benutzt man eine derartige Ringkonstruktion für die sättigbare Spule SRA, dann verläuft das Flußdichtenfeld, welches von den Permanentmagnetringen 237a und 237b in den Sättigungskernringen 137a und 137b erzeugt wird, im wesentlichen rechtwinklig zu dem Flußdichtenfeld, das der in der Spule 37 fließende Magnetisierungsstrom erzeugt, und zwar im wesentlichen im gesamten Volumen der Sättigungskernringe 137a und 137b. Wegen der toroidförmigen Wicklungsform der Spule 37 verläuft das Vorspannungsfeld 83, welches von den Permanentmagnetringen 237a und 237b erzeugt wird und nur teilweise in Fig. 7 gezeigt ist, durch im wesentlichen das gesamte Volumen der Sättigungskernringe 137a und 137b generell rechtwinklig zum Flußdichtenfeld, welches der in der Spule fließende Strom hervorruft. Weiterhin ist das Vorspannungsfeld hauptsächlich in den Weichferritkernringen anstatt in der Luft konzentriert.

Ein Vorteil bei der Verwendung der Ringgeometrie für die sättigbare Spule SRA in den Fig. 6 bis 8 ist die Fähigkeit dieser Geometrie, die durch die Permanentmagnetringe erzeugten Feldlinien innerhalb der Weichferritkernringe zu konzentrieren, so daß sich ein relativ großes Vorspannungs-Flußdichtenfeld im Weichferritkern für eine gegebene Permanentmagnetpolstärke ergibt. Auch kann das Gesamtvolumen des bei der Herstellung der sättigbaren Spule verwendeten Kernmaterials verringert werden.

Zur Konzentration der vom Permanentmagnetstab 22 in den Fig. 3 bis 5 erzeugten Feldlinien innerhalb des sich sättigenden Weichferrit-I-Kernabschnittes 21b kann der Permanentmagnet 22 so magnetisiert werden, daß er die in Fig. 4 gestrichelt gezeichnete Polanordnung ergibt. Die Oberfläche des Permanentmagneten 22 neben der durch die Flächen 16 und 17 gebildeten Kante ist ein Nordpolbereich, während die Oberfläche des Permanentmagneten 22 neben der von den Flächen 15 und 27 gebildeten Kante ein Südpolbereich ist.

Vorteile der Anwendung der Geometrie der sättigbaren Spule SR nach den Fig. 3 bis 5 sind die Einfachheit der Wicklungsherstellung und Montage, die Verringerung des Volumens des Sättigungskernteiles und damit die Verringerung der Verluste und die geringere erforderliche Windungszahl.

Fig. 13 veranschaulicht einen Teil des Stromversorgungsteils 80 des Fernsehempfängers gemäß Fig. 2, welcher eine andere Ausführungsform der Lastschaltung mit sättigbarer Spule enthält. Die in den Fig. 2 und 13 in gleicher Weise bezeichneten Elemente arbeiten auch in gleicher Weise. In der Lastschaltung FR2 der Fig. 13 ist eine Wicklung 62f eines Transformators 62 mit hoher Streuinduktivität in Reihe mit dem Resonanzkondensator 38 über die Wicklung 37 der mit einem Permanentmagnet vorgespannten sättigbaren Spule SR2 geschaltet. Wie in Fig. 2 entsteht am Kondensator 38 eine geregelte Ausgangsspannung Vout, die unmittelbar der Sekundärausgangswicklung 62d zugeführt wird und auf diese Weise die an allen anderen Sekundärausgangswicklungen 62b bis 62e entstehenden Ausgangsspannungen regelt.

Die Transformatorwicklung 62f ist magnetisch eng mit der Primärwicklung 62a gekoppelt, jedoch lose mit der Sekundärausgangswicklung 62d gekoppelt. Wenn die Wicklungspolarität der Wicklung 62f gegenüber der Wicklung 62d so ist, wie es Fig. 13 zeigt, dann ist die geregelte Ausgangsspannung Vout gleich dem Unterschied zwischen der Spannung V_sr, die an der Wicklung 37 der sättigbaren Spule SR2 entsteht, und der Spannung V_cd, die an der Transformatorwicklung 62f entsteht. Eine solche Anordnung führt zu einer verbesserten Ausgangsspannungsregelung, wenn nötig, in einer Weise, wie es in der US-Patentanmeldung von D.H. Willis, US-PS 43 53 014 beschrieben ist. Wegen der Differenzbeziehung zwischen der Spannung V_sr und der Spannung V_cd bei deren algebraischer Zusammenfassung zur Ausgangsspannung Vout wird einm Anwachsen der Spannung V_sr der sättigbaren Spule beispielsweise infolge eines Anwachsens der ungeregelten Spannung, welche der Primärwicklung 62a des Transformators zugeführt wird, durch ein Anwachsen der Spannung V_cd begegnet, welche an der Transformatorwicklung 62f entsteht, so daß die Amplitude und die Halbperiodenfläche oder beides der Ausgangsspannung Vout im wesentlichen unverändert bleiben.

Die in Fig. 13 gezeigte Anordnung, welche die kompensierende Treiberwicklung 62f in der Lastschaltung FR3 enthält, kann nützlich sein, wenn die sättigbare Spule der Lastschaltung zur Temperaturstabilität der Ausgangsspannung Vout eine Permanentmagnetvorspannung aufweist. Wenn man die sättigbare Spule mit einem Permanentmagnet vormagnetisiert, dann kann die Regelung der Ausgangsspannung Vout gegenüber der ungeregelten Eingangsspannung und Lastschwankungen jedoch etwas schlechter sein.

Es sei beispielsweise die in Fig. 11 veranschaulichte Kennlinie des magnetischen Flusses ϕ über der magnetomotorischen Kraft F betrachtet. Solche Kurven können für den Betrieb einer Anordnung mit sättigbarer Spule, wie sie in den Fig. 3 bis 5 veranschaulicht ist und bei welcher Lithiumferrit als magnetisierbares Sättigungskernmaterial benutzt wird, zutreffen. Die Flußkoordinatenachse ϕ stellt den mit der Wicklung 20 der sättigbaren Spule verketteten magnetischen Fluß dar, oder den im Inneren der Spule senkrecht zu ihren Leiterwindungen fließenden Magnetfluß.

Die ϕ-F 90 und 91 in Fig. 11 betreffen den Betrieb der sättigbaren Spule SR nach den Fig. 3 bis 5, wenn der Permanentmagnet entfernt ist und der Kern 21 nicht magnetisch vorgespannt wird. Die ausgezogene Kurve 90 entspricht einer Kernbetriebstemperatur von beispielsweise +25°C, während die gestrichelte Kurve 91 einer höheren Betriebstemperatur von beispielsweise 100°C entspricht. Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, sind selbst bei Verwendung eines Materials mit relativ temperaturstabilem Bsat, wie Lithiumferrit, die Flußwerte oberhalb des Kurvenknickes, die man im Sättigungskernteil des Kernes 21 während der Sättigungsintervalle der Ausgangsspannung Vout erhält, bei den höheren Kerntemperaturen gemäß der Kurve 91 niedriger als bei den kühleren Kerntemperaturen gemäß der Kurve 90.

Die Kurve 92 stellt den normalen Zusammenhang zwischen Fluß und magnetomotorischer Kraft für die sättigbare Spule gemäß den Fig. 3 bis 5 dar, wenn der Permanentmagnet 22 über den I-Kernabschnitt 21b gefügt ist. Die Kurve 92 gilt für eine Kern- und Permanentmagnet- Betriebstemperatur von beispielsweise 25°C. Durch geeignete Wahl der Vormagnetisierungsstärke des Permanentmagneten und durch geeignete Abstimmung der Temperaturkoeffizienten α_f und α_m des Sättigungskernmaterials und des Permanentmagnetmaterials läßt sich eine Kurve bei einer höheren Kern- und Magnetbetriebstemperatur durch im wesentlichen dieselbe Kurve 92 darstellen, die bei der kühleren Betriebstemperatur aufgenommen ist, und daraus sieht man, daß bei den beiden Temperaturen eine Temperaturstabilität der geregelten Ausgangsspannung erreicht ist.

Vergleicht man die unter Verwendung einer Permanentmagnetvorspannung aufgenommene Kurve 92 mit den Kurven 90 und 91, die ohne permanente Vormagnetisierung aufgenommen sind, dann stellt man fest, daß durch die Verwendung einer Permanentmagnet-Vormagnetisierung der maximale Flußwert, der im Sättigungskern bei einer gegebenen maximalen magnetomotorischen Kraft herrscht, reduziert ist. Diese Verringerung des maximalen Flußpegels führt zu einer Amplitudenverringerung der geregelten Ausgangsspannung, sofern andere Faktoren wie die Anzahl der Spulenwindungen und die Querschnittsfläche des Sättigungskerns unverändert bleiben. Man sieht auch, daß die Vormagnetisierung mit einem Permanentmagnet zu einer flacheren Steigung der Kurve 92 im ungesättigten Betrieb unterhalb des Kurvenknicks führt, und dabei wird die Induktivität der sättigbaren Spule im ungesättigten Zustand etwas herabgesetzt.

Eine andere Auswirkung der Vormagnetisierung mit einem Permanentmagnet ist die Ausbildung eines stärker abgerundeten Knickes und einer relativ steileren Steigung im Sättigungsbereich der Kurve 92 gerade unmittelbar jenseits des Knickes. Die Regelung der Ausgangsspannung gegen Änderungen der Eingangsspannungsamplitude und gegen Laständerungen kann zu einer Verschlechterung neigen. Um jegliche Beeinträchtigung der Ausgangsspannungsregelung zu kompensieren, die durch die Einführung der Permanentmagnetvorspannung für die sättigbare Spule einer solchen Anordnung entsteht, kann man wie bereits beschrieben eine Schaltung wie die Schaltung FR3 der Fig. 13 benutzen.

Die Anordnung des Permanentmagneten neben dem Sättigungskern erfolgt so, daß ein orthogonales Vormagnetisierungsfeld im Kernteil innerhalb der Sättigungsspule entsteht. Ein im wesentlichen orthogonales Vormagnetisierungsfeld führt zu einer ϕ-F Kurve 92, welche praktisch symmetrisch bezüglich positiver und negativer Werte der magnetomotorischen Kraft F ist. Der Permanentmagnet erzeugt ein temperaturempfindliches Vormagnetisierungsgleichfeld im Sättigungskern, welches bei vektorieller Addition zu dem von der sättigbaren Spule erzeugten Wechselfeld insgesamt zu einem zur Zeitachse symmetrischen Wechselfeld führt. Eine solche Symmetrie ist erwünscht im Sinne einer guten Regelung der Ausgangsspannung.

Temperaturungleichförmigkeiten im Permanentmagnetmaterial und in dem sich sättigenden weichen Ferritmaterial sowie die Unfähigkeit des Permanentmagneten, Temperaturanstiegen im weichen Ferritmaterial während der Aufwärmungsphase des Stromversorgungsteils genau zu folgen, können die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung nachteilig beeinflussen. Solche Wirkungen lassen sich minimalisieren durch richtige Wahl der Geometrie des Permanentmagneten und des sich sättigenden weichen Ferrits.

Die Vormagnetisierung mittels Permanentmagnet verringert auch Hystereseverluste, so daß die Betriebstemperaturen des Sättigungskerns bei einer gegebenen Form der Wärmesenke niedriger werden.

Ein weiterer Faktor, der die Temperaturstabilität der Ausgangsspannung beeinflußt, ist der Grad der Ungleichförmigkeit der Vormagnetisierungsstärke innerhalb des Volumens des Sättigungskernmaterials. In dem Maß, wie die Vormagnetisierungsstärke sich dem Ideal für einen gegebenen Wert Bmax an dieser Kernstelle und für gegebene Werte α_f und α_m nähert, verbessert sich die Temperaturstabilität. Die Größe der Vormagnetisierung hängt von der Kristallorientierung des Barium- und Strontiumferrits bezüglich der durch den Magnet verlaufenden Flußlinien ab.

Bei dem Aufbau der vormagnetisierten sättigbaren Spule nach den Fig. 3 bis 5 kann für das magnetisierbare Material des sättigbaren I-Kernabschnittes 21b Lithiumferrit oder ein substituiertes Lithiumferrit gewählt werden. Da der C-Kernabschnitt 21a sich größtenteils nicht sättigt, kann für sein magnetisierbares Material ein Mangan-Zink-Ferrit gewählt werden. Für den Permanentmagnet 22 kann man ein orientiertes Barium- oder Strontiumferrit wählen.

Claims (17)

1. Geregeltes Stromversorgungsteil für ein Fernsehsichtgerät

• - mit einem magnetisierbaren Kern (21), der einen sättigbaren Kernabschnitt aufweist, auf dem eine Wicklung (20) sitzt,
• - einer mit einer Eingangsspannungsquelle (26) gekoppelten Einrichtung (L) zur Lieferung eines Erregerstroms, welcher in dem magnetisierbaren Kern einen mit der Wicklung verketteten magnetischen Fluß hervorruft, aufgrund dessen eine Ausgangswechselspannung (V_out) induziert wird,
• - und mit einer der Wicklung zugeordneten Kapazität (C) zur Erzeugung eines zirkulierenden Stromes, der in dem sättigbaren Kern eine erste Magnetisierungskraft hervorruft,

gekennzeichnet durch einen Permanentmagnet (22; 237) zur derartigen Vormagnetisierung des Kerns (21; 137), daß in seinem sättigbaren Kernabschnitt eine solche zweite Magnetisierungskraft erzeugt wird, daß die Resultierende aus diesen beiden Magnetisierungskräften in jedem Halbzyklus der Eingangsspannung einen magnetischen Sättigungsfluß in dem sättigbaren Kernabschnitt zur Regelung der Ausgangswechselspannung hervorruft.

2. Stromversorgungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22; 237) derart bemessen ist, daß durch temperaturbedingte Schwankungen der Sättigungsfläche in dem sättigbaren Kernabschnitt hervorgerufene Änderungen der geregelten Ausgangswechselspannung durch die zugehörigen Temperaturänderungen der Vormagnetisierungsstärke kompensiert werden.

3. Stromversorgungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der zweiten Magnetisierungskraft in einem wesentlichen Volumenbereich des sättigbaren Kernabschnittes quer zur Richtung der ersten Magnetisierungskraft verläuft.

4. Stromversorgungsteil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Schaltung (67, 68), welcher die geregelte Ausgangswechselspannung zur Ableitung einer Versorgungsspannung (B+) für einen Ablenkgenerator (40) zur Erzeugung eines Ablenkstromes in einer Ablenkwicklung (41) zuführbar ist.

5. Stromversorgungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereichs des Stromversorgungsteils der negative Temperaturkoeffizient der Flußdichte des Permanentmagneten (22; 237) größer als der negative Temperaturkoeffizient der Sättigungsflußdichte des sättigbaren Kernabschnittes ist.

6. Stromversorgungsteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient des Permanentmagneten (22; 237) mindestens zweimal so groß wie der Temperaturkoeffizient des sättigbaren Kernabschnittes ist.

7. Stromversorgungsteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sättigbare Kernabschnitt aus einem Lithiumferrit oder einem substituierten Lithiumferrit besteht.

8. Stromversorgungsteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22; 237) ein Keramikmagnet ist.

9. Stromversorgungsteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikmagnet ein Bariumferrit oder ein Strontiumferrit ist.

10. Stromversorgungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierbare Kern (137) und der Permanentmagnet (237) jeweils in der Gestalt eines ringförmigen Teils ausgebildet sind.

11. Stromversorgungsteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (237) zwei zueinander konzentrische Ringteile (237a, 237b) aufweist, von denen jedes in Axialrichtung derart magnetisiert ist, daß nebeneinanderliegende Endflächen der beiden Ringteile entgegengesetzte Magnetpole aufweisen.

12. Stromversorgungsteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierbare Kern zwei beiderseits an den ringförmigen Permanentmagneten (237) angesetzte Ringe (137a, 137b) aus magnetisierbarem Mateial aufweist.

13. Stromversorgungsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierbare Kern als Rechteckkern (21) und der Permanentmagnet (22) als Stab ausgebildet ist und an einem Schenkel des Rechteckkerns anliegt.

14. Stromversorgungsteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Nordpol als auch der Südpol des Permanentmagneten sich auf der den rechteckigen Schenkel (21b) des magnetisierbaren Kerns berührenden Fläche (27) des Stabes (22) befinden.

15. Stromversorgungsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Erregerstrom liefernde Einrichtung eine mit der Eingangsspannungsquelle (61) gekoppelte Primärwicklung (62a) eines Transformators (62) hoher Streuinduktivität enthält, von dem eine Sekundärwicklung (62d) mit der auf dem sättigbaren Kernabschnitt sitzenden Wicklung (37) gekoppelt ist, und die geregelte Ausgangswechselspannung in dieser Sekundärwicklung (62d) entsteht.

16. Stromversorgungsteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Sekundärwicklung (62d) des Transformators eine Hochspannungswicklung (62e) magnetisch gekoppelt ist, an die eine Hochspannungsgleichrichterschaltung (64) angeschlossen ist.