DE3821284A1 - Transformator fuer ein schaltnetzteil oder die zeilenendstufe in einem fernsehempfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Transformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Transformator und die bei seiner Bemessung auftretenden Problemstellungen sind beschrieben in der DE-OS 36 14 492.

Bei einem derartigen Transformator müssen folgende Bedingun­ gen erfüllt werden, die teilweise bei der Konstruktion und der Bemessung des Transformators zueinander widersprechen­ den Forderungen führen.

• 1. Vermeidung der Sättigung
• Bei einem geschlossenen Eisenkern würde der Transforma­ tor schon bei zu geringen Werten des Magnetisierungs­ stromes und der Feldstärke in die Sättigung gelangen und somit die Induktivität stark abfallen. Es ist daher notwendig, im Weg des Kernes einen Luftspalt in der Grö­ ßenordnung von 0,3-1,8 mm vorzusehen. Ein derartiger Luftspalt bewirkt aber unvermeidbar Streufelder, die in der Nähe befindliche Bauteile wie z.B. die Bildröhre in einem Fernsehempfänger stören können.
• 2. Vermeidung des Streufeldes
• Um das Streufeld des Transformators, gering zu halten, wäre es optimal, wenn der Transformator überhaupt kei­ nen Luftspalt aufweist. Dann wird aber die Forderung Nr. 1 nicht mehr erfüllt.
• 3. Vormagnetisierung
• Um bei einem Transformatorstrom mit einer Gleichspan­ nungskomponente die Hysteresiskurve optimal auszunut­ zen, ist es bekannt, in den Kern Permanentmagnete einzu­ fügen, die eine Vormagnetisierung des Kerns bewirken. Ein derartiger Permanentmagnet hat eine relative Permea­ bilität von ungefähr 1 und wirkt daher wie ein Luft­ spalt, der wiederum die genannten Streufelder bewirkt.
• 4. Sättigungscharakteristik
• Bei der Sättigungskurve, die die Abhängigkeit der Induk­ tivität der Wicklung von dem Magnetisierungsstrom dar­ stellt, ist es unter bestimmten Bedingungen erwünscht, daß diese Kurve einen etwa linearen Abfall hat und auch bei größeren Strömen nicht auf extrem kleine Werte ab­ fällt, und zwar aus zwei Gründen:
• Die Abnahme der Induktivität mit steigendem Strom kann für eine selbsttätige Stabilisierung vorteilhaft sein. Wenn z.B. bei einem Zeilentransformator durch eine star­ ke Weißbelastung der Strom ansteigt, kann durch eine selbsttätige Verringerung der Induktivität der Transfor­ matorwicklung einem Amplitudenabfall entgegengeregelt werden.
• Wenn z.B. durch ein Überschlag beim Zeilentransformator ein extrem hoher Strom auftritt, ist es vorteilhaft, wenn die Induktivität auch bei diesem Strom noch ein so großen Wert hat, daß der durch die Wicklung fließende Strom keine unzulässigen Werte erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transforma­ tor der beschriebenen Art konstruktiv so auszubilden, daß die genannten Anforderungen optimal erfüllt werden und insbe­ sondere die Auswirkung des durch die Permanentmagnete bewirk­ ten Streufeldes auf benachbarte Bauteile verringert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Er­ findung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der Erfindung wird also durch eine besondere Anordnung des I-Kernteils an dem E-Kernteil erreicht, daß der Einfluß des durch die Permanentmagnete erzeugten Streufeldes auf be­ nachbarte Bauteile verringert wird. Wenn gemäß einer Ausfüh­ rungsform das I-Kernteil symmetrisch zwischen den beiden Au­ ßenschenkeln des E-Kernteils liegt und der gesamte Transfor­ mator mit nach unten gerichteten Außenschenkeln des E-Kern­ teils auf einer Leiterplatte angeordnet ist, gibt es kein zur Seite hin austretendes Streufeld mehr. Das durch die Per­ manentmagnete gebildete Streufeld kann dann nur noch nach un­ ten austreten, wo es durch die den Transformator tragende gedruckte Schaltung und darauf befindliche Bauteile gewisser­ maßen abgefangen wird.

Ein weiterer Vorteil besteht im folgenden: Dadurch, daß das durch die Permanentmagnete erzeugte Streufeld sich weniger stark auf Bauteile auswirkt, können die Permanentmagnete ei­ ne größere Dicke, also Ausdehnung in Richtung des magneti­ schen Flusses haben. Dann kann der gesamte für den Transfor­ mator notwendige Luftspalt von z.B. 0,5-1,8 mm allein durch die Permanentmagnete gebildet sein. Ein zusätzlicher Luftspalt innerhalb des Mittelschenkels kann dann entfallen. Das bedeutet, daß das I-Kernteil mit einer Seitenfläche ohne Luftspalt auf dem Stirnende des Mittelschenkels aufliegt. Das hat den Vorteil, daß der Innenschenkel durch die Perma­ nentmagnete optimal vormagnetisiert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 8 wird neben der Forderung Nr. 2 insbesondere der beschriebe­ nen Forderung Nr. 4 Rechnung getragen, und zwar durch unter­ schiedliche Bemessung der beiden am I-Kern wirksamen Perma­ nentmagnete.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1, 2 zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung,

Fig. 3 eine Abwandlung in der Lage der Permanentmagnete,

Fig. 4 eine Weiterbildung der Lösung nach Fig. 2 und

Fig. 5 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise des Transformators nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt den Ferritkern für den Transformator eines Schaltnetzteils (SMPS) eines Fernsehempfängers. Der Kern be­ steht aus einem E-Kernteil 1 mit zwei parallelen Außenschen­ keln 2, 3 und einem die Wicklungen 6 tragenden Mittelschen­ kel 4 sowie einem I-Kernteil 5. Das Kernteil 5 ist über zwei zur Vormagnetisierung dienende Permanentmagnete 7, 8 zwi­ schen den Innenseiten der Kernschenkel 2, 3 genau eingepaßt. Die unvermeidbar durch die Permanentmagnete 7, 8 gebildeten Streufelder 9, 10 treten somit nicht mehr zur Seite des Transformators aus, wo sie in der Nähe befindliche Bauteile stören können. Vielmehr treten die Streufelder 9, 10 nur noch nach unten aus. Wenn der den Kern 1, 5 enthaltende Transformator mit seiner Unterseite gemäß Fig. 1 auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet ist, dringt das Streu­ feld 9, 10 in die gedruckte Schaltung und darauf befindliche Bauteile ein, wo es nicht stören und durch die Bauteile wei­ testgehend abgefangen und an einer störenden Auswirkung ge­ hindert wird. In Fig. 1 muß die Länge des Kernteils 5 rela­ tiv genau stimmen, damit die Gesamtlänge der Magnete 7, 8 und des Kernteils 5 genau in den Zwischenraum zwischen den parallelen Außenschenkeln 2, 3 paßt. Das läßt sich aber durch Abschleifen der Stirnenden des Kernteils 5 erreichen.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der die Länge des Kern­ teils 5 nicht genau stimmen muß. Die beiden Schenkel 2, 3 des Kernteils 1 haben unterschiedliche Länge, und das Kern­ teil 5 liegt mit einer Seitenfläche über den Permanentmagne­ ten 8 auf dem Stirnende des Schenkels 3 auf. Die Länge des Kernteils 5 kann dann eine relativ große Toleranz aufweisen, wie am rechten Ende gestrichelt angedeutet ist.

Der für den Transformator notwendige Luftspalt wird in Fig. 1 und 2 alleine durch die Permanentmagnete 7, 8 gebil­ det. Die Dicke d jedes Permanentmagneten ist so bemessen, daß der gesamte im Kern gebildete Luftspalt in der Größenord­ nung von 1,2-1,8 mm liegt. Vorzugsweise liegt d in der Grö­ ßenordnung von 0,5-1,0 mm. Dadurch, daß am Mittelschenkel 4 kein Luftspalt mehr wirksam ist, wird eine optimale Vorma­ gnetisierung des die Wicklungen 6 tragenden Schenkels 4 durch die Permanentmagnete 7, 8 sichergestellt.

In Fig. 3 ist das I-Kernteil 5 in drei Teile 5 a, 5 b, 5 c auf­ geteilt, die über die Permanentmagnete 7, 8 zusammengesetzt sind. Die Permanentmagnete 7, 8 sind mit den Kernteilen 5 a, 5 b, 5 c verklebt. Die Klebestellen sind durch die starken Striche angedeutet. Nach dem Verkleben der Teile 5 a, 5 b, 5 c, 7, 8 wird das gesamte I-Kernteil 5 überschliffen und dann mit dem E-Kernteil 1 ebenfalls verklebt. Außer den durch die dicken Striche markierten Klebestellen sind keine zusätzli­ chen Luftspalte vorhanden. Die Lösung gemäß Fig. 3 hat den Vorteil, daß für die Abmessungen des I-Kernteils 5, insbeson­ dere hinsichtlich seiner Länge, keine engen Toleranzforderun­ gen gestellt werden. Die Länge des Kernteils 5 ist, wie be­ reits anhand der Fig. 2 erläutert, unkritisch, da das Kern­ teil 5 nicht zwischen die Schenkel 2, 3 des I-Kernteils 1 eingepaßt ist.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Fig. 2. Die Dicke D des Per­ manentmagneten 7 beträgt 1,5 mm und die Dicke d des Perma­ nentmagneten 8 nur 0,8 mm. Die Summe (D+d) von 2,3 mm be­ wirkt den für den Transformator notwendigen Luftspalt, wäh­ rend zwischen den Schenkeln 4, 5 kein Luftspalt wirksam ist. Der relativ kleine Wert von d bewirkt zweierlei. Zum einen wird dadurch an der Stelle des Magneten 8 ein relativ klei­ nes Streufeld 9 erzeugt, das in der Nähe befindliche Bautei­ le nicht stört. Zum anderen wird in dem Schenkel 3 eine Sät­ tigung schon bei relativ kleinen Strömen erreicht, während die Sättigung des Schenkels 2 durch den größeren Wert D erst bei größeren Strömen auftritt. Dadurch wird erreicht, daß die Sättigungskurve, also die Abhängigkeit der Induktivität vom Strom, den gewünschten etwa linearen Verlauf erhält. Das Streufeld 10 im Bereich des Magneten 7 ist zwar wegen des großen Wertes von D entsprechend größer. Der Transformator ist jedoch im allgemeinen in der dargestellten Lage auf ei­ ner Leiterplatte montiert, so daß im Bereich des Streufeldes 10 Metallteile wie Leiterzüge, Bauteile, Abschirmwände und dgl. liegen, die das Streufeld 10 in erwünschter Weise dämp­ fen und eine Einwirkung auf in der Nähe befindliche Bauteile verringern.

Fig. 5 zeigt die durch die Anordnung nach Fig. 4 erreichte Verbesserung in der Sättigungskurve. Ohne die Lösung gemäß Fig. 4 hat die Sättingungskurve etwa den Verlauf gemäß der Kurve 11. Diese hat im Bereich 12 des Stromes I einen star­ ken Abfall der Induktivität L, so daß bei höheren Strömen I z.B. bei einem Zeilentransformator unzulässig starke Ströme auftreten können. Durch die Anordnung gemäß Fig. 4 wird eine Sättigungskurve gemäß der Kurve 13 erreicht. Die Kurve 13 hat in erwünschter Weise eine etwa lineare Abhängigkeit der Induktivität L vom Strom 1, was für die bereits beschriebene selbsttätige Stabilisierung vorteilhaft ist. Außerdem hat die Kurve 13 im Bereich 12 des Stromes I einen geringeren Abfall der Induktivität L, so daß in erwünschter Weise auch bei hohen Strömen I noch eine nennenswerte Induktivität L wirksam ist.

Claims (10)

1. Transformator für ein Schaltnetzteil oder die Zeilenend­ stufe in einem Fernsehempfänger mit einem E/I-Kern (1, 5) mit zur Vormagnetisierung dienenden Permanentmagne­ ten (7, 8), dadurch gekennzeichnet, daß das I-Kernteil (5) so innerhalb der Öffnung des E-Kernteils (1) liegt,

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnenden des I-Kernteils (5) symme­ trisch über je einen Permanentmagneten (7, 8) an den Innenflächen der beiden Außenschenkel (2, 3) des E-Kern­ teils (1) anliegen (Fig. 1).

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das I-Kernteil (5) an einem Ende mit seinem Stirnen­ de über einen ersten Permanentmagneten (7) an der Innen­ fläche des ersten Außenschenkels (2) und am anderen En­ de mit seiner Außenfläche über einen zweiten Permanent­ magneten (8) an dem Stirnende des zweiten Außenschen­ kels (3) des E-Kernteils (1) anliegt (Fig. 2).

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenfläche des I-Kernteils (5) ohne Luftspalt an dem Stirnende des Mittelschenkels (4) des E-Kern­ teils (1) anliegt.

5. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7, 8) innerhalb des I-Kern­ teils 5 angeordnet sind (Fig. 3).

6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das I-Kernteil (5) in mehrere Teile (5 a, 5 b, 5 c) aufgeteilt ist, zwischen denen die Permanentmagnete (7, 8 ) eingeklebt sind (Fig. 3).

7. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (1, 5) miteinander und die Permanent­ magnete (7, 8) mit den Kernteilen (1, 5) verklebt sind.

8. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke D des ersten Permanentmagneten (7) größer ist als die Dicke d des zweiten Permanentmagneten (8) (Fig. 4).

9. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß D etwa 1,5 mm und d etwa 0,8 mm beträgt.

10. Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe (D+d) so bemessen ist, daß der am Trans­ formator notwendige Luftspalt allein durch die Perma­ nentmagnete (7, 8) gebildet ist.