DE4216272A1 - Schaltung zur Stabilisierung der Hochspannung in einem Fernsehempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer derartigen Schaltung wird von der an der Bildröhre stehenden Hochspannung mit einem Spannungsteiler aus einem hochohmigen Bleeder und einem demgegenüber niederohmigen Widerstand eine der Hochspannungsänderung proportionale Stellgröße gewonnen, die über eine Regelschaltung auf die Hochspannungsstufe im Sinne einer Stabilisierung der Hochspannung einwirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung zu schaffen, die mit hoher Effizienz und besonders geringer Verlustleistung arbeitet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die gesteuerte Impedanz ist im einfachsten Fall ein durch die Stellgröße veränderbarer Widerstand, z. B. ein Transistor. Wenn bei geringem Strahlstrom die Hochspannung den Maximalwert hat und keine Regelung durch Einkopplung einer zusätzlichen Spannung in den Fußpunkt der Hochspannungswicklung erforderlich ist, ist der Widerstand hochohmig, so daß von der Impulsquelle praktisch keine Energie auf die Sekundärwicklung des Regelübertragers übertragen wird. Wenn der Strahlstrom maximal ist, hat der steuerbare Widerstand seinen Minimalwert. Das der Impulsquelle abgewandte Ende der Primärwicklung des Regelübertragers ist dann niederohmig mit Erde verbunden, so daß die volle Impulsspannung von der Impulsquelle an der Primärwicklung wirksam ist und ein Maximalwert an Energie auf die Sekundärwicklung des Regelübertragers übertragen und in den Fußpunkt der Hochspannungswicklung eingekoppelt wird. Zwischen diesen beiden Grenzwerten arbeitet die Regelung in dem Sinne, daß die der Bildröhre zugeführte Hochspannung durch Einkopplung einer geregelten Impulsspannung oder Gleichspannung in den Fußpunkt der Hochspannungswicklung stabilisiert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz durch einen Schalttransistor gebildet, an dessen Basis eine durch die Hochspannungsänderung impulsweitenmodulierte Schaltspannung angelegt und dessen Kollektor über eine Speicherdrossel mit dem über einen Kondensator geerdeten Anschluß der Primärwicklung sowie über eine Diode mit einer Betriebsspannung verbunden ist. Diese Lösung ermöglicht einen weitestgehend verlustfreien Betrieb, weil die Regelschaltung dann nur Bauteile enthält wie Kondensatoren, Schalter, Schaltdioden und Induktivitäten, die von Natur aus weitestgehend verlustfrei arbeiten. Bei dieser Schaltung wird der zum Übertragen von Leistung durch den Regelübertrager notwendigerweise anfallende Ladestrom durch die Drossel nach Beendigung der Leitphase des Transistors vollständig über die Diode in das Netz zurückgeliefert. Die für die Energiesteuerung notwendigen Ladeströme sind somit Blindströme, weil sie nicht über verlustbringende Impedanzen laufen. Nur die über den Regelübertrager gelieferte Leistung gelangt schließlich an den Verbraucher, nämlich die Bildröhre. Für die Regelung wird zwar der Impulsquelle Energie entnommen und während der leitenden Phase des Transistors in Form eines Stromes in die Speicherdrossel eingespeist. Diese Energie wird aber nach Beendigung der leitenden Phase des Schalttransistors über die Diode wieder in das Netz zurückgeliefert. Die Betriebsspannung, in die diese Energie zurückgeliefert wird, ist vorzugsweise die Betriebsspannung für die Schaltung zur Erzeugung der Hochspannung.

Die Sekundärwicklung des Regelübertragers kann unmittelbar mit dem Fußpunkt der Hochspannungswicklung verbunden sein. Dann gelangt der in der Amplitude durch die Stellgröße geregelte Impuls direkt in den Fußpunkt. Diese Lösung setzt voraus, daß dieser Impuls dieselbe Frequenz und Phase hat wie der Impuls an der Hochspannungswicklung selbst, da dann für die Regelung eine Addition der zeitgleichen Impulse an der Hochspannungswicklung und an der Sekundärwicklung des Regelübertragers erfolgt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Regelung, d. h. die Kompensation der Hochspannungsänderung, nicht mit einer über ein Siebglied geführten, gleichspannungsartigen Stellgröße, sondern dynamisch, also ohne Trägheit erfolgt und somit die Regelung schnell ist. Das ist besonders vorteilhaft, wenn z. B. der Strahlstrom für einige Zeilen plötzlich einen sehr hohen Wert annimmt, also bei einem sogenannten waagerechten Weißbalken im Bild.

Durch den in den Fußpunkt der Hochspannungswicklung eingekoppelten geregelten Impuls wird die dem Fußpunkt nächstliegende Diode der Hochspannungswicklung zusätzlich spannungsmäßig belastet. Diese Belastung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch verringert werden, daß zwischen der Sekundärwicklung des Regelübertragers und dem Fußpunkt der Hochspannungswicklung eine weitere Diode eingeschaltet wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist diese Diode zu einer Gleichrichterschaltung ergänzt, indem das an den Fußpunkt der Hochspannungswicklung angeschlossene Ende der Diode über einen Kondensator geerdet ist. Dann wird in den Fußpunkt der Hochspannungswicklung kein geregelter Impuls, sondern eine geregelte Gleichspannung oder geglättete Impulsspannung eingekoppelt. Auch dadurch wird die Impulsbelastung der nächstliegenden Diode der Hochspannungswicklung verringert. Diese Lösung hat auch den Vorteil, daß der von der Sekundärwicklung des Regelübertragers gelieferte, in der Amplitude geregelte Impuls nicht mehr synchron mit dem Impuls an der Hochspannungswicklung zu sein braucht. Die Impulsquelle kann dann in Frequenz und Phase beliebig sein. Allerdings hat diese Schaltung abhängig von der Größe des Siebkondensators eine größere Regelzeitkonstante.

Die Impulsquelle ist vorzugsweise durch eine Zusatzwicklung des Hochspannungstransformators gebildet. Die Impulsquelle kann auch durch eine Sekundärwicklung eines die Hochspannungsstufe speisenden Schaltnetzteils gebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel mit analoger Regelung eines Widerstandes,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit reinem Schalterbetrieb und Impulsweitenmodulation,

Fig. 3 eine Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere Abwandlung der Schaltung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Zeilenablenkung und Hochspannungserzeugung für die Bildröhre 1. Dargestellt sind der Hochspannungstransformator Tr mit der an die Betriebsspannung U1 an der Klemme a angeschlossenen Primärwicklung 2 und der Hochspannungswicklung 3, die die Hochspannung UH an der Klemme c liefernde Diode 4, der mit der Klemme b mit der zeilenfrequenten Spannung H gesteuerte Schalttransistor 5, die Rücklaufdiode 6, der Rücklaufkondensator 7, der Tangenskondensator 8 und die Zeilenablenkspulen 9.

In den Fußpunkt d der Hochspannungswicklung 3 ist die Sekundärwicklung 10 des Regelübertragers 11 eingeschaltet. Dessen Primärwicklung 12 ist einerseits mit der Zusatzwicklung 13 des Transformators Tr und andererseits mit der regelbaren Impedanz 16 verbunden. An die Hochspannungsklemme c ist die Reihenschaltung aus dem hochohmigen Bleeder 17 von etwa 1 GOhm und dem demgegenüber niederohmigen Widerstand 18 von etwa 1 MOhm angeschlossen. Vom Abgriff e wird die Stellgröße Us abgegriffen und über den Verstärker 19 dem Regeleingang f des Widerstandes 16 zugeführt. Us ist somit von den Änderungen der Hochspannung UH abhängig.

Die Wirkungsweise ist folgende. Die Zusatzwicklung 13 liefert einen Energieimpuls 20, der über den Regelübertrager 11 am Fußpunkt d einen entsprechenden Impuls 21 erzeugt. Die Amplitude des Impulses 21 ist abhängig von dem jeweiligen Wert des Widerstandes 16. Zur Erläuterung werden die beiden Grenzfälle betrachtet. Wenn der Widerstand 16 sehr hochohmig ist, ist der Strom durch die Primärwicklung 12 praktisch null. Der Impuls 21 ist dann ebenfalls fast null, so daß die Hochspannung UH an der Klemme c einen minimalen Wert hat. Wenn der Widerstand 16 niederohmig oder null ist, ist der Punkt g geerdet. Es fließt dann ein maximaler Strom durch die Primärwicklung 12, so daß der Impuls 21 seine maximale Amplitude hat. Da sich der Impuls 21 zu dem Impuls 23 an der Hochspannungswicklung 3 addiert, hat dann die Hochspannung UH ihren Maximalwert. Zwischen diesen Grenzwerten erfolgt dann die Regelung durch Us im Sinne einer Stabilisierung der Hochspannung UH. Der Impuls 21 und der Impuls 23 an der Hochspannungswicklung 3 stimmen in Frequenz und Phase überein, sind also zeitgleich, weil sie von demselben Transformator Tr abgenommen sind.

Fig. 2 zeigt zunächst wieder die Bauteile gemäß Fig. 1. Zusätzlich sind dargestellt der Netzgleichrichter 24, der Ladekondensator 25, das Schaltnetzteil 26, das über die Diode 27 an der Klemme a die Betriebsspannung U1 erzeugt. Der gesteuerte Widerstand 16 von Fig. 1 ist realisiert durch die Diode 14, den Kondensator 15, die Speicherdrossel 36 und den MOSFET-Schalttransistor 34, der außerdem über die Diode 38 mit der Betriebsspannung U1 verbunden ist. Der Transistor 34 wird von dem Impulsweitenmodulator 35 mit einer durch die Stellgröße Us impulsweitenmodulierten Spannung Up gesteuert.

Die Wirkungsweise ist folgende. Während der Zeit T1 ist der Transistor 34 durch Up leitend gesteuert, der Punkt g also geerdet. Der über die Diode 14 geladene Kondensator 15 liefert dadurch einen Ladestrom iL über die Speicherdrossel 36. Die im Kondensator 15 über den Gleichrichter 14 eingespeiste Energie wird also in eine Energie in Form eines Stromes iL in der Speicherdrossel 36 umgesetzt. iL steigt während T1 sägezahnförmig an. Am Ende von T1 wird der Transistor 34 durch Up gesperrt. Dadurch entsteht am Punkt g der Impuls U2. U2 verursacht einen Strom i1 über die Diode 38 in die Betriebsspannungsklemme a und begrenzt gleichzeitig den Maximalwert von U2 auf den Wert von U1. Die Diode 38 hat somit eine Doppelfunktion, nämlich einmal die Rücklieferung von der in der Speicherdrossel 36 gespeicherten Energie in die Betriebsspannungsklemme a und zur Begrenzung von U2, die ohne eine derartige Begrenzung den Transistor 34 gefährden würde. Die Regelung zur Stabilisierung der Hochspannung erfolgt nun dadurch, daß sich entsprechend dem Wert von Us das Ende des Zeitraumes T1 verschiebt. Wenn z. B. die Hochspannung UH sinkt, sinkt auch Us. Durch die Wirkung des Modulators 35 wird die Zeit T1 für den positiven Anteil von Up länger, so daß iL einen größeren Endwert annimmt. Dadurch wird der Kondensator 15 weiter entladen. Die Spannung am Punkt h sinkt also weiter ab. Das bedeutet, daß der Strom über die Primärwicklung 12 und damit die Amplitude des Impulses 21 an der Sekundärwicklung 10 ansteigen. Dadurch steigt der positive Impuls 21 am Punkt d an. Dadurch wird UH wieder größer und somit die angenommene Verringerung von UH ausgeregelt. Je nach Arbeitspunkt der Regelung wird also der Wicklung 13 mehr oder weniger Energie entnommen und der Sekundärwicklung 10 des Regelübertragers 11 zugeführt. Die Schaltung hat nur eine geringe Verlustleistung, weil die Bauteile 14, 12, 15, 36, 34, 38 von Natur aus verlustfreie Bauteile sind. Auch die in Form von iL in die Speicherdrossel 36 gelangende Energie wird wie beschrieben über die Diode 38 zurückgewonnen.

Die Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 dadurch, daß die Sekundärwicklung 10 nicht unmittelbar, sondern über die zusätzliche Diode 29 mit dem Fußpunkt der Hochspannungswicklung 3 verbunden ist. Diese Diode 29 hat folgenden Zweck. Ohne die beschriebene Regelschaltung wäre der Fußpunkt der Hochspannungswicklung 3 geerdet. An den Dioden zwischen den einzelnen Hochspannungswicklungen 3 liegt dann jeweils eine gleich hohe Impulsspannung. Durch die Einkopplung des Impulses 21 in den Fußpunkt wird die Impulsbelastung der dem Fußpunkt nächstliegenden Diode 40 erhöht, so daß diese Diode gefährdet ist, wenn sie nicht für eine höhere Spannungsfestigkeit ausgelegt wird. Diese zusätzliche Impulsbelastung wird durch die zusätzliche Diode 29 beseitigt, weil jetzt über der Diode 29 ein zusätzlicher Impuls abfällt. Ansonsten ist die Wirkungsweise wie in Fig. 2. Außerdem ist parallel zu der Speicherdrossel 36 noch der Dämpfungswiderstand 37 eingeschaltet. Der Widerstand 37 hat folgenden Zweck. Nach dem Abklingen von i1 und dem Wiedereinschalten des Schalttransistors 34 gibt es einen kurzen, von dem jeweiligen Arbeitspunkt der Regelung abhängigen Zeitraum, in dem der Schalttransistor 34 und die Diode 38 beide gesperrt sind. Der Punkt g ist dann praktisch nicht mehr belastet, wodurch durch die Induktivität der Speicherdrossel 36 und die wirksamen Schaltungskapazitäten unerwünschte Schwingungen und dadurch Unstetigkeitsstellen in der Regelung entstehen können. Dieses wird durch den Widerstand 37 von etwa 33 kOhm vermieden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von Fig. 3 durch zwei weitere Merkmale. Der Impuls 20 wird nicht von einer Zusatzwicklung des Hochspannungstransformators Tr, sondern von der Sekundärwicklung des Schaltnetzteils 26 abgenommen und über den Widerstand 33 der Wicklung 12 zugeführt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß der auch als Zeilentrafo dienende Hochspannungstransformator Tr durch den Impuls 20 nicht belastet und somit die Zeilenablenkung nicht beeinträchtigt wird. Wenn das Schaltnetzteil 26 synchron mit der Zeilenendstufe arbeitet, wären nach wie vor die Impulse 20 und 23 synchron, so daß die Schaltung auch gemäß Fig. 2 und 3 ausgebildet sein kann. Außerdem ist die Diode 29 durch den Kondensator 30, zu einer echten Gleichrichterschaltung ergänzt. Das bedeutet, daß am Punkt d nicht mehr der in der Amplitude geregelte Impuls 21 auftritt, sondern eine geglättete Impulsspannung oder eine geregelte Gleichspannung. In den Fußpunkt d der Hochspannungswicklung 3 wird also kein geregelter Impuls, sondern eine geregelte Gleichspannung eingekoppelt. Diese Lösung hat zwei Vorteile. Einmal wird eine zusätzliche Impulsbelastung der Diode 40 des Transformators Tr vermieden, weil jetzt der Impuls von der Sekundärwicklung 10 nur über der Diode 29 abfällt. Das Impulsverhalten der Sekundärwicklung 10 wird also gewissermaßen der Hochspannungswicklung 3 nicht mehr mitgeteilt. Außerdem muß der Impuls 20 nicht mehr mit dem Impuls 23 synchron sein, weil jetzt in dem Fußpunkt d keine Impulsspannung eingekoppelt wird. Der Widerstand 33 dient zur Begrenzung des über die Diode 14 und die Primärwicklung 12 in den Kondensator 15 fließenden Stromes.

Der Regelübertrager 11 hat eine derart hohe Induktivität, daß er für die Quelle für den Impuls 20, also die Zusatzwicklung 13 oder die Sekundärwicklung des Schaltnetzteils 26, praktisch als ohmsche Last wirkt. Der Regelübertrager 11 ist vorzugsweise als Kammerspulentrafo ausgebildet und hat gegebenenfalls keinen Luftspalt.

Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel hatten die für die Erfindung wesentlichen Bauteile folgende Werte:

Kondensator 15:|0,1 µF
Widerstand 17:	600 MOhm
Widerstand 18:	1 MOhm
Impuls 20:	150 V Spitze/Spitze
Kondensator 30:	10 nF
Kondensator 31:	330 pF
Widerstand 32:	33 kOhm
Diode 38:	Typ BA 157

Claims (13)

1. Schaltung zur Stabilisierung der Hochspannung (UH) in einem Fernsehempfänger mit einem Transformator (Tr), dessen Hochspannungswicklung (3) an einem Ende über einen Hochspannungsgleichrichter (4) die Hochspannung (UH) liefert und dessen Fußpunkt (d) mit Erde verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Fußpunkt (d) die Sekundärwicklung (10) eines Regelübertragers (11) eingeschaltet ist, dessen Primärwicklung (12) zwischen einer Impulsquelle (13, 26) und einer in Abhängigkeit von der Hochspannungsänderung gesteuerten, veränderbaren Impedanz (16) liegt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz durch einen Schalttransistor (34) gebildet ist, an dessen Basis eine durch die Hochspannungsänderung impulsweitenmodulierte Schaltspannung (Up) angelegt und dessen Kollektor über eine Speicherdrossel (36) mit einem Kondensator (15) verbunden ist, wobei der Kondensator (15) über die Reihenschaltung einer Diode (14) und der Primärwicklung (12) des Regelübertragers (11) mit der Impulsquelle (13) verbunden ist, und daß der Kollektor des Schalttransistors (34) über eine weitere Diode (38) mit einer Betriebsspannung (U1) verbunden ist (Fig. 2-4).

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor (34) ein MOSFET ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung die Betriebsspannung (U1) für die Schaltung zur Erzeugung der Hochspannung (UH) ist.

5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Speicherdrossel (36) ein Dämpfungswiderstand (37) liegt (Fig. 4).

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sekundärwicklung (10) des Regelübertragers (11) und dem Fußpunkt (d) der Hochspannungswicklung (3) eine Diode (29) liegt (Fig. 3, 4).

7. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (29) durch einen im Querweg liegenden Kondensator (30) zu einer Gleichrichterschaltung ergänzt ist (Fig. 4).

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle durch eine Zusatzwicklung (13) des Hochspannungstransformators (Tr) gebildet ist (Fig. 2, 3).

9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle durch eine Sekundärwicklung des Trenntransformators eines Schaltnetzteils (26) gebildet ist (Fig. 4).

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Impulsquelle gelieferte Impuls (20) in Frequenz und Phase mit dem Impuls (23) am Hochspannungstransformator (Tr) übereinstimmt.

11. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle durch einen freischwingenden Oszillator beliebiger Frequenz und Phase gebildet ist.

12. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelübertrager (11) eine derart große Induktivität aufweist, daß er für die Impulsquelle (13, 26) als im wesentlichen ohmsche Last wirkt.

13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelübertrager (11) einen Kern ohne Luftspalt aufweist.