DE3817892A1 - Isolierender hochspannungstransformator fuer eine videoeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator für eine Video­ einrichtung, und insbesondere einen Hochspannungs­ transformator, durch den eine elektrische Isolierung zwischen der Primärwicklung und der Hochspannungswicklung geschaffen wird.

Eine Videoeinrichtung, wie ein Fernsehempfänger oder ein Computermonitor, können dem Benutzer zugängliche Anschlüsse oder Buchsen enthalten, um den Eingang oder Ausgang von Video- oder Audio-Signalen zu ermöglichen. Diese dem Benutzer zugänglichen Anschlüsse oder Buchsen müssen elektrisch isoliert sein von der Wechselstromnetzversorgung, um den Benutzer vor dem Risiko eines elektrischen Schlages zu schützen. Die elektrische Isolation kann durch Isolations­ oder Trenntransformatoren geschaffen werden, die den Eingangs- und Ausgangsschaltungen selbst zugeordnet sind, jedoch erhöht diese Technik die Kosten und die Komplexität einer Videoeinrichtung mit vielen Eingangs- oder Ausgangs­ anschlüssen. Die elektrische Isolation kann auch in der Stromversorgungsschaltung vorgesehen sein, wie beispielsweise durch einen Zerhackertransformator in einem Schaltnetzteil.

Bei einer Videoeinrichtung mit einem Stromversorgungsteil unter Verwendung eines Reglers mit einem siliziumgesteuerten Gleichrichter kann die elektrische Isolation durch den Hochspannungstransformator geschaffen werden. Der Hoch­ spannungstransformator enthält üblicherweise eine Primär­ wicklung, der eine geregelte Spannung B+ zugeführt wird. Es sind eine oder mehrere Sekundär- oder Lastschaltungswick­ lungen vorgesehen. Die über den Sekundärwicklungen erzeugten Spannungen werden dazu verwendet, verschiedene Lastschaltungen der Videoeinrichtung zu versorgen. Eine Hochspannungswicklung erzeugt ein Hochspannungs- oder Ultorpotential für die Kathodenstrahlröhre der Videoeinrichtung.

Die in dem Trans­ formator vorliegenden Hochspannungswerte machen es notwendig, daß bei dem Entwurf und bei der Herstellung des Hochspannungs­ transformators mit Sorgfalt vorgegangen wird, um die elektri­ sche Isolationsbarriere während der Lebensdauer der Video­ einrichtung zuverlässig aufrechtzuerhalten.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein elektrisch isolierender Hochspannungstransformator zur Verwendung in einer Videoeinrichtung einen magnetisch permeablen Kern. Ein erster Spulenkörper umgibt den Kern und verfügt über eine erste Wicklung, welche von einer ersten Spannung versorgt wird. Ein zweiter Spulenkörper umgibt den ersten Spulenkörper und verfügt über eine zweite Wicklung, die mit einer Last­ schaltung gekoppelt ist, welche von der ersten Spannung elektrisch isoliert ist. Ein dritter Spulenkörper umgibt den zweiten Spulenkörper und verfügt über eine Hochspannungs­ wicklung, die von der ersten Spannung elektrisch isoliert ist, um in Ansprache auf die Erregung der ersten Wicklung ein Ultorpotential zu erzeugen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Teiles einer Videoeinrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung,;

Fig. 2 eine isometrische Explosionsansicht eines Teiles eines Hochspannungstransformators gemäß einem Aspekt der Erfindung;

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Boden eines Teiles des in Fig. 2 dargestellten Transformators; und

Fig. 4 eine Seitenschnittansicht eines Transformators, der den in Fig. 2 gezeigtem ähnlich ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist eine Stromquelle 10, wie eine Wechselstromnetzversorgung, mit einer Gleichrichter­ schaltung 11 gekoppelt, deren Ausgang durch einen Kondensator 12 gefiltert wird, um an einem Anschluß 13 eine Quelle einer ungeregelten Gleichspannung zu schaffen. Die ungeregelte Gleichspannung wird einem Anschluß einer Wicklung 14 eines erfindungsgemäßen Hochspannungstransformators 15 zugeführt, dessen detaillierter Aufbau später erläutert werden wird. Der andere Anschluß der Wicklung 14 ist über eine Indukti­ vität 17 mit der Anode eines silziumgesteuerten Gleichrichters 16 gekoppelt. Der Leitungszustand des siliziumgesteuerten Gleichrichters 16 wird in einer später zu erläuternden Weise gesteuert, um über einen Kondensator 19 an einem Anschluß 20, der an der Kathode des siliziumgesteuerten Gleichrichters 16 liegt, eine geregelte Gleichspannung zu erzeugen. Die geregelte Gleichspannung wird über eine Primärwicklung 21 des Transformators 15 dem Kollektor eines Horizontalablenk­ ausgangstransistors 22 zugeführt, der einen Teil einer Horizontalablenkausgangsschaltung 23 bildet.

Die in Fig. 1 dargestellte Videoeinrichtung, wie beispiels­ weise ein Fernsehempfänger oder ein Computermonitor, erhält anschaulich ein Eingangssignal von einer Antenne 24, nämlich im Falle eines Fernsehempfängers, oder uber einen Eingangs­ anschlußblock 25 von einer externen Signalquelle, nämlich im Falle eines Computermonitors. Das hochfrequente Signal von der Antenne 24 wird eine Abstinm- und Zwischenfrequenz (ZF)- Schaltung 26 zugeführt, dessen Ausgangssignal einer Signal­ verarbeitungsschaltung 27 und einer Synchronisationsimpuls­ trennschaltung 28 zugeführt wird. Die Signalverarbeitungs­ schaltung 27 kann beispielsweise die Funktionen Videodemodu­ lation, Chrominanzverarbeitung und Luminanzverarbeitung ent­ halten. Die Signalverarbeitungsschaltung liefert die Treiber­ signale für die Elektronenstrahlerzeugungsbaugruppe 30 einer Kathodenstrahlröhre 31 über eine Leitung 32. Die Synchroni­ sationstrennschaltung 28 liefert die getrennten horizontalen, oder zeilenfrequenten, und vertikalen, oder bildfrequenten Impulse aus dem Ausgangsvideosignalgemisch der Signalver­ arbeitungsschaltung 27. Das Signal vom Anschlußblock 25 liefert anschaulich direkte Rot- , Grün- und Blau-Video­ signale, die als R, G und B bezeichnet sind, an die Signal­ verarbeitungsschaltung 27, ebenso wie ein gemischtes Synchro­ nisationssignal, das als CS bezeichnet ist, an die Synchroni­ sationsimpulstrennschaltung 28.

Das vertikale oder bildfrequente Synchronisationssignal wird über einen mit VS bezeichnete Leitung einer Vertikalablenk­ schaltung 34 zugeführt, welche über Anschlüsse V und V′ in einer am Hals der Kathodenstrahlrohre 31 angeordneten Verti­ kalablenkwicklung 45 einen vertikalen Ablenkstrom erzeugt. Der Ablenkstrom in der Wicklung 45 bewirkt die vertikale Ablenkung oder Abtastung eines entsprechenden Elektronen­ strahles 43, der durch die Elektronenstrahlerzeugungsbau­ gruppe 30 erzeugt ist, über den Anzeigeleuchtschirm 44 der Kathodenstrahlröhre 31 mit einer Bildfrequenz.

Das horizontal- oder zeilenfrequente Snychronisationssignal wird über eine mit HS bezeichnete Leitung der Horizontal­ ablenk- und Reglersteuerschaltung 33 zugeführt, welche ein horizontalfrequentes Schaltsignal an einen Treibertransistor 35 liefert. Das Schalten des Transistors 35 bewirkt seiner­ seits, daß über einen Treibertransformator 36 der Basis des Horizontalablenkausgangstransistor 22 Schaltimpulse zuge­ führt werden. Anschaulich enthält die Horizontalablenk­ ausgangsschaltung 23 eine übliche Resonanzrücklaufschaltung, die eine Dämpfungsdiode 37, einen Rücklaufkondensator 40, eine am Hals der Kathodenstrahlröhre 31 angeordnete Horizontal­ ablenkwicklung 41 und einen S-Formungskondensator 42 enthält. Der Betrieb der Horizontalablenkausgangsschaltung 23 bewirkt, daß über die Anschlüsse H und H′ in der Ablenkwicklung 41 ein Ablenkstrom fließt, wodurch elektromagnetische Ablenkfelder erzeugt werden, die eine horizontale Ablenkung oder Abtastung des Elektronenstrahles 43 auf dem Anzeigeleuchtschirm 44 der Kathodenstrahlröhre 41 mit einer Zeilenfrequenz bewirken.

Die Horizontalablenkungs- und Reglersteuerschaltung 33 liefert auch über einen Transformator 38 horizontalablenk­ frequente Tastimpulse für den Gate-Anschluß des silizium­ gesteuerten Gleichrichters 16, um diesen leitend zu schalten. Die Zeit des Auftretens eines Tastimpulses innerhalb jedes horizontalen Ablenkintervalls wird entsprechend einem Rückkopplungssignal gesteuert, um am Anschluß 20 einen konstanten geregelten Spannungswert aufrechtzuerhalten. Der siliziumgesteuerte Gleichrichter 16 wird in üblicher Weise durch über der Wicklung 14 erscheinende, mit dem Rück­ lauf in Beziehung stehende Impulse durch Kommutieren ausge­ schaltet. Die über der Primärwicklung 21 erscheinenden Horizontalrücklaufimpulse, die von der Horizontalausgangs­ schaltung 23 in Ansprache auf das Schalten des Horizontal­ ausgangsstransistors 22 erzeugt werden, bewirken, daß über den anderen Wicklungen des Transformators 15, einschließlich der vorstehend beschriebenen über der Wicklung 14 erzeugten Kommutierungsimpulse für den siliciumgesteuerten Gleichrich­ ter, Spannungsimpulse erzeugt werden. Die über der Hoch­ spannungs- oder Tertiärwicklung 47 erzeugte Spannung wird gleichgerichtet, um an einem mit HV bezeichneten Anschluß ein Hochspannungs- oder Ultorpotential in einer Größenordnung von 28 kV zu erzeugen, welches dem Ultoranschluß 46 der Kathodenstrahlröhre 31 zugeführt wird, um das Beschleunigungs­ potential für den Elektronenstrahl 43 zu liefern. Die über einer Sekundärwicklung 50 erzeugte Spannung wird durch eine Diode 51 gleichgerichtet und durch einen Kondensator 52 gefiltert, um an einem Anschluß 53 eine geregelte Gleich­ spannungsquelle zu schaffen, die anschaulich dazu verwendet wird, verschiedene Lastschaltungen der Videoeinrichtung, wie beispielsweise die Horizontalablenk- und Reglersteuerschal­ tung 33 zu versorgen. Die über einer Wicklung 39 erzeugte Spannung wird durch eine Diode 48 gleichgerichtet und durch einen Kondensator 49 gefiltert, um der Horizontalablenkungs­ und Reglersteuerschaltung 33 über einen Anschluß 58 das Rückkopplungssignal zuzuführen.

Die Eingangsanschlüsse und/oder Buchsen des Anschlußblocks 25 repräsentieren dem Benutzer zugängliche Anschlüsse, welche von der Versorgungsquelle 10 elektrisch isoliert werden müssen, um für den Benutzer das Risiko eines elektrischen Schlages zu vermindern. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird durch den Hochspannungstransformator 15 eine elektri­ sche Isolation geschaffen, welche den maximalen Strom redu­ ziert, der zwischen zwei isolierten Schaltungspunkten, zwi­ schen der Wechselstromnetzversorgung 10 und den dem Benutzer zugänglichen Anschlüssen der Videoeinrichtung fließen kann, einschließlich beispielsweise des Anschlußblocks 25.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 werden nun die konstruktiven Details des Transformators 15 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Transformator 15 enthält einen ersten Spulenkörper 55, auf den im vorliegenden Fall die Wicklung 14 und die Primärwicklung 21 aufgewickelt sind. Die Wicklungen 14 und 21 sind von der Wechselstromnetz­ versorgung 10 elektrisch nicht isoliert und weisen als Bezugs­ potential einen Punkt auf, auf den in Fig. 11 als "heiße Masse" Bezug genommen und mit einem speziellen Massesymbol bezeich­ net wird. In Fig. 1 wird der Spulenkörper 55 schematisch durch gestrichelte Linien 155 repräsentiert. Der Spulenkörper 55 enthält einen zylindrischen Abschnitt 56, um welchen die Wick­ lungen gewickelt werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, laufen die Wicklungen auf dem Spulenkörper 55 im wesentlichen über den gesamten Wicklungsbereich, der durch die Wicklungs-Stops 57 und 59 begrenzt ist. Der Spulenkörper 55 enthält auch einen radial verlaufenden Fuß- oder Basisbereich 60, über welchen Anschluß­ stifte 61 verteilt sind. Die Anschlußstifte 61 sind jeweils mit den auf dem ersten Spulenkörper 55 aufgewickelten Wick­ lungen verbunden, um über eine gedruckte Schaltungsplatte (nicht dargestellt) den Kontakt mit den richtigen Schaltungs­ elementen der Videoeinrichtung herzustellen.

Ein zweiter Spulenkörper 62 weist solche Dimensionen auf, daß er um den ersten Spulenkörper 55 paßt, so daß der erste Spulenkörper 55 in dem zweiten Spulenkörper 62 steckt. Der Spulenkörper 62 enthält einen zylindrischen Abschnitt 63, um den die Sekundärwicklungen, z.B. anschaulich mit den Wick­ lungen 39 und 50 , gewickelt sind. Die Wicklungen 39 und 50 sind so gewickelt, daß sie im wesentlichen die gesamte Breite des durch Wicklungs-Stops 64 und 66 begrenzten Wicklungs­ bereiches bedecken. Die Wicklungen 39 und 50 und die mit diesen verbundenen und von diesen versorgten zugeordneten Last­ schaltungen der Videoeinrichtung sind von den Wicklungen 14 und 21 elektrisch isoliert und folglich isoliert von der Wechselstromnetzversorgung 10. Die Wicklungen 39 und 50 und die diesen zugeordneten Lastschaltungen weisen als Bezugs­ potential einen Punkt eines Potentials auf, auf den in Fig. 1 mit "kalte Masse" Bezug genommen und der durch ein Masse­ symbol mit mehreren horizontal verlaufenden Linien bezeich­ net wird. In Fig. 1 ist der Spulenkörper 62 schematisch durch eine gestrichelte Linie 162 dargestellt. Über den Umfang der Basis des zylindrischen Abschnittes 63 des Spulenkörpers 62 sind Anschlußstifte 65 verteilt, um über eine gedruckte Schaltungsplatte zwischen den Wicklungen 39 und 50 und ver­ schiedenen Schaltungskomponenten der Videoeinrichtung einen elektrischen Kontakt herzustellen. Der zweite Spulenkörper 62 enthält weiter einen Basisabschnitt, der mittels einer Wand­ struktur 67 eine Fläche umgibt. Wenn während des Zusammenbaus des Transformators 15 der erste Spulenkörper 55 in den zweiten Spulenkörper 62 gesteckt wird, umschließt die durch die Wandstruktur 67 begrenzte Fläche die Anschlußstifte 61 des ersten Spulenkörpers 55, wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, wodurch eine körperlich trennende Barriere zwischen den elektrisch isolierten Anschlußstiften 61 und 65 geschaffen wird. Die Verwendung der zwei Spulenkörper 55 und 62 führt zu dem körperlichen Vorhandensein des zylindrischen Abschnitts 63 des zweiten Spulenkörpers 62 zwischen den "kalten" Wick­ lungen 39 und 50 und den "heißen" Wicklungen 14 und 21, wodurch eine effektive und zuverlässige elektrische Isolations­ barriere geschaffen wird.

Eine Hochspannungsspule 70, um welche die Hochspannungs- oder Tertiärwicklung 47 gewickelt ist, umgibt den zweiten Spulen­ körper 62. In Fig. 1 wird die Hochspannungsspule 70 durch eine gestrichelte Linie 170 repräsentiert. Die Hochspannungs­ wicklung 47 hat ebenfalls das "kalte" Massepotential als Bezugspotential. Die "kalten" Niederspannungswicklungen 39 und 50 sind daher zwischen der "kalten" Hochspannungswick­ lung 47 und den "heißen" Wicklungen 14 und 21 angeordnet, so daß für den Fall, daß ein Überschlag der Hochspannungs­ wicklung auftreten sollte, ein Hochspannungsentladepfad auf das "kalte" Massepotential geschaffen wird. Die durch die Spulenkörper 55, 62 und die Hochspannungsspule 70 gebildete Spulenstruktur ist einem Transformatorgehäuse 71 angeordnet. Die Gehäusestruktur 71 kann in üblicher Weise mit einem Expoxyharz gefüllt werden, um die gewickelte Spulenstruktur einzukapseln oder zu vergießen. In das Innere des zylindri­ schen Bereiches 56 des Spulenkörpers 55 wird ein magnetisch permeabler Kern 72 eingesetzt, um die richtige Induktivität zur Abstimmung des Tranformators 15 in einer üblichen Rück­ laufresonanzschaltung der Videoeinrichtung zu schaffen.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des zusammengebauten Transfor­ mators 15, in dem die Lage der in Fig. 2 gezeigten strukturel­ len Elemente dargestellt ist. Die Wicklungs-Stops 57 und 59 auf dem ersten Spulenkörper 55 und die Wicklungs-Stops 64 und 66 auf dem zweiten Spulenkörper 62 haben auch die Wirkung, daß sie die relative Lage der Spulenkörper 55, 62 und 70 der zusammengebauten Spulenstruktur stabilisieren. Der zweite Spulenkörper 62 enthält auch eine nach innen verlaufende Lippe 73, durch welche eine zusätzliche körperliche Barriere geschaffen wird, so daß die Länge eines möglichen Überschlags­ pfades zwischen den Wicklungen 14 und 21 und den Wicklungen 39 und 50 vergrößert wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Kern 72 auch auf das "heiße" Massepotential gelegt, was zum Ergebnis hat, daß der Kern 72 und die Wicklungen auf dem ersten Spulenkörper 55 die "heiße" Masse als Bezugspotential haben, während die Wicklungen auf dem zweiten Spulenkörper 62 und die Hochspannungswicklung 47 die "kalte" Masse als Bezugspotential haben, wodurch nur die Notwendigkeit für eine einzige elektrische Isolationsbarriere in den Hoch­ spannungstransformator 15 entsteht.

Claims (5)

1. Videoeinrichtung mit einem Hochspannungstransformator, durch den eine elektrische Isolation geschaffen wird, mit: einem magnetisch permeablen Kern; einem ersten Spulenkörper , der den Kern umgibt und der eine erste Wicklung aufweist, welche mit einem ersten Bezugs­ potential elektrisch gekoppelt und auf den Spulenkörper ge­ wickelt ist, um von einem ersten Spannungspotential versorgt zu werden; gekennzeichnet durch
einen zweiten Spulenkörper (62), der eine zweite Wicklung (39) aufweist, die mit einem von dem ersten Bezugspotential (heiß) elektrisch isolierten zweiten Bezugspotential (kalt) elek­ trisch gekoppelt ist, wobei die zweite Wicklung (39) auf dem zweiten Spulenkörper (62) gewickelt und mit einer Lastschal­ tung (33) der Videoeinrichtung gekoppelt ist, die Last­ schaltung (33) von dem ersten Spannungspotential (bei 20) elektrisch isoliert ist, die zweite Wicklung (39) in Ansprache auf die Erregung der ersten Wicklung (21) zur Leistungs­ versorgung der Lastschaltung (33) ein zweites Spannungs­ potential erzeugt, und wobei der zweite Spulenkörper (62) den ersten Spulenkörper (55) umgibt; und
einen dritten Spulenkörper (70), der den zweiten Spulenkörper (62) umgibt, und eine auf diesen aufgewickelte Hoch­ spannungswicklung (47) aufweist, die einen mit dem zweiten Bezugspotential (kalt) elektrisch gekoppelten ersten Anschluß (Masse) und einen mit einer Ultorlast (46) elektrisch gekoppelten zweiten Anschluß (HV) enthält, um in Ansprache auf die Erregung der ersten Wicklung (21) ein Ultorpotential für die Ultorlast zu erzeugen, wobei die Ultorlast (46) von der ersten Wicklung (21) elektrisch isoliert ist.

2. Videoeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch permeable Kern (72) von dem ersten Spannungspotential (heiß) elektrisch nicht isoliert ist.

3. Videoeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spulenkörper (55) und der zweite Spulenkörper (62) weiter Anschlußstifte (61, 65) enthalten, und daß mindestens einer (62) des ersten und des zweiten Spulenkörpers eine Wandstruktur (67) enthält, um eine Trennung zwischen den jeweiligen Anschlußstiften des ersten (55) und zweiten (62) Spulenkörpers zu bewirken.

4. Videoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spulenkörper (62) eine sich nach innen erstreckende Lippen­ struktur (73) enthält, um die Weglänge für einen elektrischen Uberschlag zwischen der ersten Wicklung (21) und der zweiten Wicklung (39) zu vergrößern.

5. Videoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (21) eine zeilenfrequente Ablenkausgangsschaltung (23) der Videoeinrichtung mit Leistung versorgt.