DE4225692A1 - Hochspannungs-Zeilentransformator für einen Fernsehempfänger - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungs-Zeilentrans­ formator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen Hochspannungstransformator entstehen im Hochspannungskreis am Zeilenbeginn, wenn die Hochspannungs­ gleichrichterdioden nicht mehr leitend sind, bedingt durch Streuinduktivitäten und Streukapazitäten hochfrequente Schwingungen, die sich auf den Primärkreis übertragen. Da die Zeilenablenkspulen durch den während einer Hinlaufhälfte leitenden Schalttransistor und die während der anderen Hin­ laufhälfte leitende Rücklaufdiode nicht vollständig vom Transformator entkoppelt sind, entstehen dadurch im Zeilenab­ lenkstrom am Zeilenbeginn gegenüber der Zeilenfrequenz hoch­ frequente Oberwellenströme. Diese Oberwellen führen zu soge­ nannten Gardineneffekten am oberen Bildrand. Darüberhinaus bewirken die Oberwellen Verluste in der Wicklung und dem Fer­ rit des Kernes des Transformators. Außerdem wirken die Ober­ wellen wegen ihrer hohen Frequenz als Störstrahler auf die bei niedrigem Signalpegel arbeitenden signalverarbeitenden Stufen des Fernsehempfängers.

Zur Verringerung der Amplitude dieser Oberwellen ist es be­ kannt, in den Weg der Betriebsspannung zu der Zeilenendstufe einen sogenannten Ri-Kreis einzuschalten. Dieser besteht aus einem gedämpften Parallel-Schwingkreis, der auf die Frequenz der Oberwellen abgestimmt ist. Der Ri-Kreis bildet eine Fal­ le für diese Frequenzen, so daß die Amplitude der Oberwellen im Zeilenablenkstrom verringert wird. Ein derartiger Ri- Kreis ist jedoch relativ teuer, zumal er für den gesamten Betriebsstrom der Zeilenendstufe ausgelegt sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspann­ ungs-Zeilentransformator so auszubilden, daß ohne Verwendung des beschriebenen Schwingkreises die Amplitude der im Zeilen­ ablenkstrom auftretenden Oberwellen auf ein tolerierbares Maß verringert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiter­ bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angege­ ben.

Die Erfindung besteht somit im wesentlichen in einer neuarti­ gen geometrischen Bemessung des Hochspannungstransformators. Während bei bekannten Hochspannungstransformatoren das Ver­ hältnis der Gesamtlänge der Wicklungen in Axialrichtung zum äußeren Durchmesser der Hochspannungswicklung deutlich grö­ ßer als 1 war, ist bei dem erfindungsgemäßen Transformator dieses Verhältnis deutlich kleiner als 1 bemessen. Im Gegen­ satz zu einem in Axialrichtung langen Transformator mit dem­ gegenüber geringen Durchmesser wird ein Transformator ge­ schaffen, der in Axialrichtung relativ kurz ist und einen demgegenüber größeren äußeren Durchmesser der Wicklungen auf­ weist. Diese Bemessung muß zunächst nachtteilig erscheinen, und zwar aus folgenden Gründen:

Durch die verringerte Baulänge in Axialrichtung wird die Ge­ samtzahl der die Hochspannungswicklung aufnehmenden Kammern zwangsläufig verringert, z. B. von 16 auf 9. Die Gesamtwin­ dungszahl der Hochspannungswicklung indessen muß zur Erzielung der vorgegebenen Hochspannung gleich bleiben. Das bedeutet, daß die Zahl der Windungen pro Kammer steigt, die einzelnen Kammern also voller gewickelt werden. Dadurch wird die Eigenkapazität der in einer Kammer liegenden Wicklung erhöht. Dadurch wiederum wird die Resonanzfrequenz jeder Wicklung verringert, so daß für die Hochspannungswicklung z. B. keine Abstimmung auf 21 H sondern nur noch eine Abstim­ mung auf 13 H nötig ist, wobei H die Zeilenfrequenz ist. Durch die verringerte Resonanzfrequenz indessen wird die Am­ plitude der Oberwellen nach Fourier wieder erhöht. Man mußte also zunächst annehmen, daß durch die neuartige Ausbildung des Transformators die Amplitude der störenden Oberwellen im Zeilenablenkstrom weiter ansteigt.

Überraschender Weise zeigte sich jedoch, daß die Amplitude der Oberwellen nicht größer, sonder beträchtlich geringer wurde. Der Grund für die überraschende Wirkung ist folgen­ der: Außer der Wicklungskapazität jeder in einer Kammer lie­ genden Teilwicklung der Hochspannungswicklung ist auch noch eine Koppelkapazität zwischen jeder Hochspannungswicklung und der Primärwicklung wirksam. Diese Koppelkapazität pro Kammer wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau im wesentli­ chen nicht geändert. Die Gesamtzahl der Kammern wird jedoch durch die verringerte Länge in Axialrichtung beträchtlich herabgesetzt, z. B. von 15 auf 9. Dadurch wird die Summe der Koppelkapazitäten zwischen jeweils einer Hochspannungswick­ lung in einer Kammer und der Primärwicklung herabgesetzt. Die insgesamt wirksame kapazitive Kopplung zwischen der Hoch­ spannungswicklung und der Primärwicklung wird also verrin­ gert. Das bedeutet, daß der insgesamt wirksame Einfluß der Sekundärwicklung auf die Primärwicklung entsprechend verrin­ gert wird. Dieser Einfluß ist aber entscheidend dafür, wie­ weit die in der Sekundärwicklung durch Resonanz erzeugten Oberwellen in den Zeilenablenkstrom eingekoppelt werden. Da durch die Erfindung der kapazitive Einfluß der Sekundärwick­ lung auf die Primärwicklung beträchtlich reduziert wird, wird auch die Amplitude der Oberwellen im Zeilenablenkstrom entsprechend herabgesetzt. Es ergibt sich somit ein Transfor­ mator, bei dem ohne nennenswerten Mehraufwand eine deutliche Reduzierung der störenden Oberwellen im Zeilenablenkstrom erreicht wird. Die Reduzierung ist derart gut, daß der bis­ her verwendete Ri-Kreis im Weg des Zeilenablenkstroms entfal­ len kann. Der beschriebene Nachteil durch die verringerte magnetische Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung wird also in überraschenden Weise durch den Vorteil der verringerten insgesamt wirksamen kapazitiven Kopplung zwischen diesen Wicklungen in überraschender Weise überkompensiert.

Neuartige Hochspannungstransformatoren nach dem Diodensplit­ prinzip für besonders hohe Hochspannungen von 30-35 kV erfordern eine Vielzahl von etwa 12 bis 15 Hochspannungs­ gleichrichterdioden, die in Axialrichtung versetzt über den Kammerwänden oder den Kammern am Spulenkörper angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße geringe Baulänge des Spulen­ körpers in Axialrichtung kann es schwierig werden, eine der­ artige Vielzahl von Dioden am Spulenkörper unterzubringen. Diese Schwierigkeit wird durch das Merkmal beherrscht, daß jeweils mehrere, insbesondere vier Dioden über den Umfang verteilt in derselben axialen Lage an dem Kammerspulenkörper angeordnet sind. Durch diese Lösung bereitet es auch bei ei­ nem in Axialrichtung kurzen Spulenkörper keine Schwierigkei­ ten, die notwendige Anzahl von Dioden unterzubringen. Eine solche Lösung ist näher beschrieben in der älteren Anmeldung P 41 29 678.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Raum zwi­ schen der Oberkante der Primärwicklung und der Unterkante der Sekundärwicklung weitestgehend elektrisch feldfrei ausge­ bildet. Durch diese Lösung können die dielektrischen Verlu­ ste durch Verschiebeströme beträchtlich verringert werden. Ein derartiger elektrisch feldfreier Raum läßt sich dadurch erreichen, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung derart aufgeteilt und gepolt sind, daß sich in den einander zugewandten Bereichen der Wicklungen Impulse etwa gleicher Amplitude und Polarität ergeben. Damit die Impulse an der Oberkante der Primärwicklung in Axialrichtung des Spulenkör­ pers eine möglichst gleiche Amplitude aufweisen, die der Am­ plitude am Grund der Hochspannungswicklung entspricht, ist die Primärwicklung vorzugsweise in mehrere, radial übereinan­ der liegende Lagen aufgeteilt. Die Betriebsspannung wird der Primärwicklung am unteren, also dem Kern zugewandten Ende zu­ geführt, damit die Primärwicklung am äußeren Umfang eine Im­ pulsspannung führt, die in Amplitude, Frequenz und Phase mög­ lichst gleich der Impulsspannung am Grund der Hochspannungs­ wicklung ist. Ein derartiger Hochspannungstransformator mit elektrisch feldfreiem Raum zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ist näher beschrieben in der DE-OS 40 39 673.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochspannungstransformator,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise,

Fig. 3 eine Anordnung der Hochspannungsgleichrichterdioden in einer Seiten­ ansicht von Fig. 1 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Transformator gemäß Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Hochspannungstransformator für einen Fernsehempfänger mit dem Kern 1, dem Spulenkörper 2 für die Primärwicklung 3, dem Kammerspulenkörper 4 für die Hochspan­ nungswicklung 6, die in den Kammern 5 des Spulenkörpers 4 an­ geordnet ist. Über den die Kammern 5 bildenden Wänden des Spulenkörpers 4 sind Hochspannungsgleichrichterdioden 7 ange­ ordnet, die mit der Hochspannungswicklung 6 nach dem Dioden­ splitprinzip zusammengeschaltet sind. Die Primärwicklung 3 enthält zwei parallel geschaltete, in Axialrichtung hinter­ einander liegende Lagenwicklungen mit je 8 Lagen.

Das Verhältnis der axialen Länge L der Wicklungen 3, 6 zum äußeren Durchmesser D der Wicklung 6 ist deutlich kleiner als 1 bemessen und liegt in der Größenordnung von 0,5 bis 0,85. Durch diesen in Axialrichtung kurzen, aber in Radial­ richtung hohen Aufbau wird die insgesamt wirksame Koppelkapa­ zität zwischen der Primärwicklung 3 und der Hochspannungs­ wicklung 6 stark verringert. Das beruht, wie bereits be­ schrieben, darauf, daß die Zahl der Kammern 5, deren Wicklun­ gen je eine bestimmte Koppelkapazität zur Primärwicklung bil­ den, beträchtlich herabgesetzt ist. Die Gesamtfläche zwi­ schen der Sekundärwicklung 6 und der Primärwicklung 3, die die gesamte Koppelkapazität zwischen diesen Wicklungen be­ stimmen, ist gegenüber bekannten Transformatoren beträcht­ lich verringert. Durch die verringerte gesamte kapazitive Kopplung wird auch die Amplitude der kapazitiven Ströme, die die Amplitude der im Zeilenablenkstrom erzeugten unerwünsch­ ten Oberwellen erzeugt, entsprechend verringert.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild zur Erläute­ rung der Wirkungsweise. Dargestellt sind der Zeilenablenk­ transformator Tr mit der Primärwicklung 3 und den Hochspan­ nungswicklungen 6, die je in einer Kammer 5 gemäß Fig. 1 lie­ gen. In der Praxis sind etwa 6-10 derartige Hochspannungs­ wicklungen vorgesehen. In Reihe mit den Wicklungen 6 liegen die Hochspannungsgleichrichterdioden 7. Die erzeugte Hochspan­ nung UH wird der Bildröhre 8 zugeführt. Weiter sind darge­ stellt der von der zeilenfrequenten Schaltspannung 9 gesteu­ erte Schalttransistor 10, die Rücklaufdiode 11, der Tangens­ kondensator 12 und die Zeilenablenkspulen 13. Durch die Ab­ lenkspulen 13 fließt der Zeilenablenkstron ia überlagert von hochfrequenten Oberwellen iOW. Jede Hochspannungswicklung 6 bildet mit ihrer Wickelkapazität Ce einen Schwingkreis, der auf eine ungeradzahlige Harmonische der Zeilenfrequenz H ab­ gestimmt ist, z. B. 13 H. Jeweils zwischen einer Hochspan­ nungswicklung 6 und der Primärwicklung 3 ist die Koppelkapa­ zität Ck wirksam. Insgesamt ist also zwischen der gesamten Hochspannungswicklung 6 und der Primärwicklung 3 eine Koppel­ kapazität von n_*Ck wirksam, wobei n die Anzahl der Hochspan­ nungswicklungen 6 und damit der Kammern 5 ist. Durch die ver­ ringerte Baulänge L in Axialrichtung wird nun der Wert von n beträchtlich verringert und somit die insgesamt zwischen der Hochspannungswicklung 6 und der Primärwicklung 3 wirksame Koppelkapazität herabgesetzt.

Fig. 3 zeigt eine besondere Anordnung der Dioden 7 an dem Spulenkörper 4. Es sind jeweils vier Dioden 7a-7d an der­ selben axialen Stelle gleichmäßig über den Umfang des Spulen­ körpers 4 verteilt über den Kammern oder den Kammerwänden angeordnet. Auf diese Weise können bei einem Transformator mit der Diodenanordnung gemäß Fig. 1 trotz der geringen Bau­ länge L in Axialrichtung z. B. 16 Dioden an dem Spulenkörper 4 untergebracht werden.

Fig. 4 zeigt eine Lösung gemäß Fig. 3, bei der über drei breiteren Kammerwänden 14 je vier Dioden 7a-7d, also insge­ samt 12 Dioden angeordnet sind. Die Zahl der Kammern 5 des Kammerspulenkörpers 4 liegt vorzugsweise in der Größenord­ nung von 6-10. Die Zahl der Lagen der Primärwicklung 3 oder der beiden Teilwicklungen liegt vorzugsweise in der Grö­ ßenordnung von 5-12.

Claims (9)

1. Hochspannungs-Zeilentransformator für einen Fernsehemp­ fänger mit einem Spulenkörper (2) für die Primärwick­ lung (3), einem diesen umgebenden Kammerspulenkörper (4) für die Hochspannungswicklung (6) und einer Vielzahl von Dioden (7), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das Verhältnis der Gesamtlänge (L) der Wick­ lungen in Axialrichtung zum äußeren Durchmesser (D) der Hochspannungswicklung (6) ist deutlich kleiner als 1 bemessen,
• b) es sind jeweils mehrere Dioden (7) über den Umfang verteilt in derselben axialen Lage an dem Kammer­ spulenkörper (4) angeordnet.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (L/D) etwa 0,5 bis 0,85 beträgt.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Gruppen von vier Dioden (7a-7d) über den Umfang verteilt am äußeren Umfang dem Kammerspulenkör­ pers (4) in derselben axialen Lage angeordnet sind.

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) aus zwei parallel geschalte­ ten mehrlagigen Teilwicklungen besteht, die in Axial­ richtung des Kerns (1) nebeneinander liegen.

5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Lagen der Teilwicklungen etwa zwischen 4 und 8 liegt.

6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) bifilar gewickelt ist.

7. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung (6) auf die 9. oder 13. Harmonische der Frequenz der Rücklaufschwingung abge­ stimmt ist.

8. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) und die Sekundärwicklung (6) derart aufgeteilt und gepolt sind, daß sich in den ein­ ander zugewandten Bereichen der Wicklungen (3, 6) Impul­ se etwa gleicher Amplitude und Polarität ergeben und zwischen den Wicklungen (3, 6) ein elektrisch nahezu feldfreier Raum gebildet ist.

9. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (3) als Lagenwicklung mit mehre­ ren übereinander liegenden Lagen ausgebildet und das Wicklungsende aus der unteren Lage zum Abschluß an die Betriebsspannung (UB) und das Wicklungsende aus der obe­ ren Lage zum Anschluß an einen periodischen Schalter vorgesehen ist.