DE3817892C2 - Hochspannungstransformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator zur elektrischen Isolation zwischen Schaltungsteilen eines Video­ gerätes.

Videogeräte, wie ein Fernsehempfänger oder ein Computermonitor, können dem Benutzer zugängliche Anschlüsse oder Buchsen zur Zu­ führung oder Abnahme von Video- oder Audio-Signalen enthalten. Diese Anschlüsse müssen von der Wechselstromnetzversorgung elektrisch isoliert sein, 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 zuge­ ordnet sind, jedoch erhöht diese Technik die Kosten und die Komplexität eines Videogerätes mit vielen Eingangs- oder Aus­ gangsanschlüssen. Die elektrische Isolation kann auch in der Stromversorgungsschaltung vorgesehen sein, wie beispielsweise durch einen Zerhackertransformator in einem Schaltnetzteil.

Aus der EP 0 200 567 A2 ist eine Stromversorgungsschaltung für ein Videogerät mit einem Zeilentransformator bekannt, auf des­ sen Magnetkern ein erster Wickelkörper sitzt, der eine seine gesamte Wickelbreite ausfüllende Primärwicklung trägt, die ohne galvanische Trennung aus dem Stromnetz gespeist wird. Unmit­ telbar auf dieser Wicklung sitzt nur über die Hälfte der Wickel­ breite eine von ihr elektrisch isolierte Sekundärwicklung zur Stromversorgung von Schaltungsteilen des Videogerätes. Über diese Anordnung ist ein zweiter Wickelkörper geschoben, der die Hochspannungswicklung für die Endanode der Bildröhre trägt. Weiterhin ist aus der US-PS 44 14 578 ein Stromversorgungsteil für ein Videogerät mit einem Zeilentransformator bekannt, des­ sen Primärwicklung aus der Zeilenendstufe versorgt wird und als innerste Wicklung auf einem von Transformatorkern durchsetzten Wickelkörper sitzt. Dieser innere Wickelkörper ist von einem zweiten Wickelkörper umgeben, welcher die Hochspannungswicklung trägt. Um einen Endabschnitt der Hochspannungswicklung herum und isoliert von dieser ist eine weitere Sekundärwicklung zur Stromversorgung weiterer Schaltungsteile angeordnet. Schließ­ lich ist es aus der DE-AS 10 27 718 noch bekannt, zur Erhöhung der Durchschlagssicherheit zwischen Kern und Spulen eines Hoch­ spannungstransformators den Anfang der Hochspannungswicklung mit dem Kern des Transformators elektrisch zu verbinden.

Bei einem Videogerät, dessen Stromversorgungsteil einen Regler mit einem gesteuerten Siliziumgleichrichter verwendet, kann die eingangs erläuterte elektrische Isolation durch den Hochspan­ nungstransformator geschaffen werden, dessen Primärwicklung üblicherweise eine geregelte Spannung B+ zugeführt wird und der eine oder mehrere Sekundärwicklungen zur Spannungsversorgung von Schaltungsteilen des Videogerätes haben kann. Ferner lie­ fert eine Hochspannungswicklung ein Hochspannungs- oder Ultor­ potential für die Kathodenstrahlröhre des Videogerätes. Die in dem Transformator auftretenden Hochspannungswerte erfordern es, beim Entwurf und bei der Herstellung des Hochspannungstrans­ formators mit Sorgfalt vorzugehen, um die elektrische Isola­ tionsbarriere während der Lebensdauer der Videoeinrichtung zu­ verlässig aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die Netz­ isolierung herangezogenen Transformator eines Videogerätes so auszubilden, daß eine möglichst gute und dauerhafte Isolations­ barriere zwischen Stromversorgungsnetz und zugänglichen Schal­ tungsteilen des Gerätes geschaffen wird, die auch bei Funken­ überschlägen an der Hochspannungswicklung wirksam bleibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, nämlich die Anordnung einer Spannungsversorgungswicklung für Schaltungsteile des Ge­ rätes zwischen der Primärwicklung und der Hochspannungswicklung im Transformator wird der Abstand zwischen Hochspannungswick­ lung und Primärwicklung konstruktiv maximal gemacht, und in Verbindung mit Massetrennung für Primärwicklung und die anderen Wicklungen des Transformators wird erreicht, daß eventuelle Funkenüberschläge an der Hochspannungswicklung allenfalls auf die mittlere Wicklung erfolgen, nicht jedoch auf die Primär­ wicklung, so daß die gewünschte Netzisolation auch dann erhal­ ten bleibt.

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 gesteuerten Silizium-Gleichrichters 16 gekoppelt. Der Leitungszustand des Gleichrichters 16 wird in einer später zu erläuternden Weise gesteuert, um über einen Kondensator 19 an einem Anschluß 20, der an der Kathode des 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 ein Eingangssignal von einer Antenne 24, nämlich im Falle eines Fernsehempfängers, oder über einen Eingangs­ anschlußblock 25 von einer externen Signalquelle, nämlich im Falle eines Computermonitors. Das hochfrequente Signal von der Antenne 24 wird einer Abstimm- und Zwischenfrequenz (ZF)-Schaltung 26 zugeführt, deren 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 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 eine mit VS bezeichnete Leitung einer Vertikalablenk­ schaltung 34 zugeführt, welche über Anschlüsse V und V′ in einer am Hals der Kathodenstrahlröhre 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. Beispielsweise 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 Gleichrichters 16, um diesen leitend zu schalten. Die Zeit des Auftretens eines Tastimpulses innerhalb jedes horizontalen Ablenkintervalls wird entsprechend einem Rückkopplungssignal gesteuert, damit am Anschluß 20 ein konstanter geregelter Spannungswert aufrechtzuerhalten ist. Der 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 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 z. B. 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, damit für den Benutzer das Risiko eines elektrischen Schlages vermindert ist. 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. 1 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 derart 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. 3 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, damit die gewickelte Spulenstruktur einzukapseln oder zu vergießen ist. In das Innere des zylindri­ schen Bereiches 56 des Spulenkörpers 55 wird ein magnetisch permeabler Kern 72 eingesetzt, die richtige Induktivität zur Abstimmung des Transformators 15 in einer üblichen Rück­ laufresonanzschaltung der Videoeinrichtung herzustellen ist.

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 dem Hoch­ spannungstransformator 15 entsteht.

Claims (5)

1. Hochspannungstransformator zur elektrischen Isolation zwischen Schaltungsteilen eines Videogerätes mit

• - einem magnetisch permeablen Kern (72),
• - einem den Kern umgebenden ersten Spulenkörper (55), der min­ destens eine erste Wicklung (14, 21) trägt, welche mit einem ersten Bezugspotential (heiß) elektrisch gekoppelt ist und von einem ersten Spannungspotential (bei 13) versorgt wird,
• - einem den ersten Spulenkörper (55) umgebenden zweiten Spulen­ körper (62), der eine zweite Wicklung (39) trägt, die von der ersten Wicklung (14, 21) elektrisch isoliert ist und mit einem von dem ersten Bezugspotential (heiß) elektrischen isolierten zweiten Bezugspotential (kalt) sowie mit einer von ihr mit einem zweiten Spannungspotential (bei 58) versorgten Last­ schaltung (33) des Videogerätes elektrisch gekoppelt ist, von dem ersten Spannungspotential aber elektrisch isoliert ist, und mit
• - einem den zweiten Spulenkörper (62) umgebenden dritten Spulen­ körper (70), der eine Hochspannungswicklung (47) trägt, die über einen ersten Anschluß (Masse) mit dem zweiten Bezugs­ potential (kalt) und über einen zweiten Anschluß (HV) mit einer von der ersten Wicklung (21) elektrisch isolierten Ultorlast (46) zu deren Spannungsversorgung elektrisch gekop­ pelt ist.

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

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Spulenkörper (55) und der zweite Spulenkörper (62) mit Anschlußstiften (61, 65) versehen sind, und daß mindestens einer (62) dieser beiden Spulenkörper eine derartige Wandstruktur (67) aufweist, daß eine Trennung zwischen den jeweiligen Anschußstiften des ersten (55) und zweiten (62) Spulenkörpers bewirkt ist.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spulenkörper (62) eine sich nach innen erstreckende, die Weglänge für einen elektrischen Über­ schlag zwischen der ersten Wicklung (21) und der zweiten Wick­ lung (39) vergrößernde Lippenstruktur (73) enthält.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wicklung (21) eine Zeilenablenk-Endstufe (23) des Videogerätes mit Leistung (Spannung) versorgt.