EP0071008B1 - Schaltnetzteil-Transformator, insbesondere für einen Fernsehempfänger - Google Patents

Schaltnetzteil-Transformator, insbesondere für einen Fernsehempfänger Download PDF

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EP0071008B1
EP0071008B1 EP82105090A EP82105090A EP0071008B1 EP 0071008 B1 EP0071008 B1 EP 0071008B1 EP 82105090 A EP82105090 A EP 82105090A EP 82105090 A EP82105090 A EP 82105090A EP 0071008 B1 EP0071008 B1 EP 0071008B1
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winding
windings
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transformer
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Gerhard Napp
Ulrich Dipl.-Ing. Bieringer
Heinz Kreismer
Walter Dipl.-Ing. Goseberg
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Sentenza Di Nullita' Emessa Dal Tribunale telefunk
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Telefunken Fernseh und Rundfunk GmbH
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    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
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    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H01F2005/022—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on formers with several winding chambers separated by flanges, e.g. for high voltage applications

Definitions

  • Switching power supply transformers of this type are much smaller and lighter than a mains transformer operating at 50 Hz for the same power because they operate at a substantially higher frequency of approximately 20-30 kHz.
  • Such a switched-mode power supply transformer (hereinafter referred to as SMPS transformer) generally contains a primary side with the primary winding serving as the working winding for the switch, as well as additional auxiliary windings and a secondary side with the secondary winding for generating the essential operating voltage and, if appropriate, further additional windings for generating further ones Operating voltages of different sizes and polarities.
  • the secondary side and the primary side are insulated from each other in accordance with the VDE regulations and have the required dielectric strength so that touching live parts on the secondary side remains safe.
  • Another requirement for such an SMPS transformer is that the leakage inductance of at least the primary winding and the secondary winding is as small as possible. If the leakage inductance is too high, transient processes can occur during switching operation, which do not guarantee optimal switching operation of the switching transistor on the primary side and endanger this transistor by excessive power consumption. In addition, an increased leakage inductance undesirably increases the internal resistance of the voltage sources for the individual operating voltages.
  • the invention has for its object to provide an SMPS transformer in chamber winding technology, which enables a rational automatic winding process, d. H. can be wound with only one type of wire, has a spatially narrow and flat construction, has the required insulation between the primary and secondary sides and has low leakage inductances.
  • the transformer should not be potted or soaked and still not generate any annoying noises during operation. Without any mechanical aids, the transformer should only be held on its connecting nails in the printed circuit board by soldering.
  • Figure 1 shows a provided for a switching power supply transformer with the primary side P and the secondary side S, which while maintaining the necessary dielectric strength of z. B. 10000V are electrically isolated from each other.
  • the primary side contains the primary winding 1, which is a working winding in the collector circuit of the switching transistor switched at approximately 20-30 kHz.
  • the primary winding 1 is divided into three sub-windings 1a, 1b and 1c, the ge in series are switched. The beginning of the partial winding 1a and the end of the partial winding 1c are switched into the collector circuit of the switching transistor, while the taps between the partial windings 1 and 1b are not used, but only form bases for connecting the connections of the partial windings.
  • the primary side P also contains an additional winding 3 for feeding the feedback path with which the primary side is designed as a self-oscillating circuit.
  • the primary side P contains an additional winding 4 for regulating the current application point of the switching transistor in the sense of stabilizing the amplitude of the output voltages on the secondary side S.
  • the secondary side S initially contains the secondary winding 2, from which the main operating voltage U1 is obtained via a rectifier circuit.
  • the secondary winding 2 is divided into two partial windings 2a and 2b connected in series.
  • the secondary winding S also contains an additional winding 5 for generating an operating voltage for the video amplifier and a further winding 6 for generating the operating voltage for the vertical deflection stage.
  • an additional winding 7 is provided, from which the operating voltage for the audio output stage is obtained after rectification.
  • the winding 7 consists of three partial windings 7a, 7b, 7c, which are connected in parallel.
  • the sound amplifier has a strongly fluctuating current consumption between 50 mA and 1000 mA, which changes the load on the secondary side S.
  • This change in load can cause an undesirable change in the operating voltage U1, which also influences the line deflection amplitude.
  • This undesirable dependency can be reduced in that the coupling between the winding 7 and the winding 4 for the control is dimensioned larger than the coupling between the winding 2 and the winding 4.
  • This solution is described in more detail in DE-A-2 749 847.
  • This increased coupling between the windings 7 and 4 is achieved in the present case by the three windings 7a, 7b, 7c connected in parallel. After rectification, another winding 8 is used to generate a negative operating voltage of -30 V.
  • FIG. 2 shows the coil former 9 for the individual windings in FIG. 1, which has a total of six chambers 10.
  • One third of the primary winding 1 is divided into the first, third and fifth chambers in the form of the partial windings 1a, 1b, 1c.
  • the secondary winding 2 is divided in half in the form of the partial windings 2a, 2b into the second and fourth chambers.
  • the three partial windings 7a, 7b, 7c of the winding 7 for the audio output stage are divided into the second, fourth and sixth chambers. It can be seen that only alternate windings or partial windings of the primary side P or the secondary side S are located in the chambers. The shown nesting of the windings, i. H.
  • the alternating arrangement of windings of the primary side and the secondary side in successive chambers ensures the desired close coupling between the primary side P and the secondary side S.
  • the arrangement of the windings 3, 4 approximately in the middle of the coil former 9 over the partial winding 1b ensures the desired tight Coupling the windings 3, 4 with the other windings.
  • the individual windings had the following number of turns.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Television Receiver Circuits (AREA)

Description

  • In Geräten der Nachrichtentechnik, insbesondere bei Fernsehempfängern, ist es bekannt, die gewünschte galvanische Trennung vom Netz durch sogenannte Schaltnetzteil-Transformatoren zu bewirken. Derartige Schaltnetzteil-Transformatoren sind wesentlich kleiner und leichter als ein bei 50 Hz arbeitender Netztransformator für dieselbe Leistung, weil sie bei einer wesentlich höheren Frequenz von etwa 20-30 kHz arbeiten. Ein solcher Schaltnetzteil-Transformator (im folgenden SMPS-Trafo genannt) enthält im allgemeinen eine Primärseite mit der als Arbeitswicklung für den Schalter dienenden Primärwicklung sowie weitere zusätzliche Hilfswicklungen und eine Sekundärseite mit der Sekundärwicklung zur Erzeugung der wesentlichen Betriebsspannung und gegebenenfalls weiterer zusätzlicher Wicklungen zur Erzeugung weiterer Betriebsspannungen unterschiedlicher Größe und Polarität. Sekundärseite und Primärseite sind entsprechend den VDE-Bestimmungen voneinander isoliert und haben eine geforderte Spannungsfestigkeit, damit eine Berührung spannungsführender Teile auf der Sekundärseite gefahrlos bleibt.
  • Eine weitere Forderung an einen derartigen SMPS-Trafo besteht darin, daß die Streuinduktivität zumindest der Primärwicklung und der Sekundärwicklung möglichst klein ist. Bei einer zu großen Streuinduktivität kann es beim Schaltbetrieb zu Einschwingvorgängen kommen, die keinen optimalen Schaltbetrieb des Schalttransistors auf der Primärseite gewährleisten und diesen Transistor durch zu hohe Leistungsaufnahme gefährden. Außerdem wird durch eine erhöhte Streuinduktivität der Innenwiderstand der Spannungsquellen für die einzelnen Betriebsspannungen unerwünscht vergrößert.
  • Es ist bekannt, die Wicklungen für derartige Übertrager als Lagenwicklung auszubilden. Solche Lagenwickel enthalten zwischen den Wicklungen jedoch gefiederte Folienzwischenlagen und erfordern nach Fertigstellung im allgemeinen einen Verguß des Wickels bzw. des kompletten Trafos zur Sicherstellung der VDE-Sicherheit. Eine Anwendung als Kammerwicklung in Fernsehgeräten findet zur Zeit wegen der nachfolgend aufgeführten Probleme nicht statt. Eine Kammerwicklung hätte insbesondere den Vorteil, daß sie einfacher und rationeller mit Automaten gewickelt werden könnte. Bei der Anwendung einer Kammerwicklung auf ein Schaltnetzteil würde die gewünschte Isolation zwischen Primärseite und Sekundärseite zunächst durch zwei Kammern erreicht, von denen die eine nur mit Wicklungen der Primärseite und die andere nur mit Wicklungen der Sekundärseite gefüllt ist. Bei einer solchen Anordnung ergäbe sich aber eine geringe Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite und damit eine unerwüsncht hohe Streuinduktivität. Wählt man andererseits die Zahl der Kammern wesentlich größer, so wird der Übertrager teurer und unnötig groß. Außerdem wird dann auch ein größerer Kern benötigt. Bisher wurde in einem Fernsehgerät kein SMPS-Trafo mit Kammerwikkeltechnik vorgestellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen SMPS-Trafo in Kammerwickeltechnik zu schaffen, der einen rationellen automatischen Wickelvorgang ermöglicht, d. h. mit nur einer Drahtsorte gewickelt werden kann, einen räumlich engen und möglichst flachen Aufbau hat, die geforderte Isolation zwischen Primärseite und Sekundärseite und geringe Streuinduktivitäten aufweist. Der Trafo sollte nicht vergossen und nicht getränkt sein und im Betrieb trotzdem keine störenden Geräusche erzeugen. Der Trafo sollte ohne mechanische Hilfsmittel lediglich an seinen Verbindungsnägeln in der Printplatte durch Lötung gehalten werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Dadurch, daß die einzelnen Wicklungen oder Teilwicklungen der Primärseite nur in Kammern der ersten Gruppe und die Wicklungen oder die Teilwicklungen der Sekundärseite nur in Kammern der zweiten Gruppe liegen, also Primärseite und Sekundärseite in getrennte Kammern aufgeteilt sind, wird die notwendige Spannungsfestigkeit zwischen Primärseite und Sekundärseite sichergestellt. Durch die Aufteilung der Wicklungen auf mehrere Kammern und die verschachtelte Anordnung der Kammern von Primärseite und Sekundärseite wird die gewünschte feste Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite und damit die gewünschte geringe Streuinduktivität auf der Primärseite und der Sekundärseite erreicht. Es hat sich gezeigt, daß eine Gesamtzahl von Kammern in der Größenordnung von 6 eine wirtschaftlich günstige Lösung darstellt. Bei einer kleineren Zahl von Kammern wird die Kopplung zwischen Primärseite und Sekundärseite geringer. Bei einer höheren Zahl von Kammern indessen werden entweder die einzelnen Kammern zu klein oder der gesamte Übertrager und insbesondere der Kern zu groß.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
    • Figur 1 das Schaltbild eines Übertragers für das Schaltnetzteil und
    • Figur 2 die Aufteilung der einzelnen Wicklungen auf verschiedene Kammern.
  • Figur 1 zeigt einen für ein Schaltnetzteil vorgesehenen Übertrager mit der Primärseite P und der Sekundärseite S, die unter Einhaltung der notwendigen Spannungsfestigkeit von z. B. 10000V galvanisch voneinander getrennt sind. Die Primärseite enthält die Primärwicklung 1, die als Arbeitswicklung im Kollektorkreis des mit etwa 20-30 kHz geschalteten Schalttransistors liegt. Die Primärwicklung 1 ist in drei Teilwicklungen 1a, 1b und 1c aufgeteilt, die in Reihe geschaltet sind. Der Anfang der Teilwicklung 1a und das Ende der Teilwicklung 1c sind in den Kollektorstromkreis des Schalttransistors eingeschaltet, während die Abgriffe zwischen den Teilwicklungen 1 und 1b nicht verwertet sind, sondern nur Stützpunkte zur Verbindung der Anschlüsse der Teilwicklungen bilden. Die Primärseite P enthält außerdem eine zusätzliche Wicklung 3 zur Speisung des Rückkopplungsweges, mit dem die Primärseite als selbstschwingende Schaltung ausgebildet ist. Außerdem enthält die Primärseite P eine zusätzliche Wicklung 4 für die Regelung des Stromeinsatzpunktes des Schalttransistors im Sinne einer Stabilisierung der Amplitude der Ausgangspannungen auf der Sekundärseite S.
  • Die Sekundärseite S enthält zunächst die Sekundärwicklung 2, aus der über eine Gleichrichterschaltung die Haupt-Betriebsspannung U1 gewonnen wird. Die Sekundärwicklung 2 ist in zwei in Reihe geschaltete Teilwicklungen 2a und 2b aufgeteilt. Die Sekundärwicklung S enthält außerdem eine zusätzliche Wicklung 5 zur Erzeugung einer Betriebsspannung für den Videoverstärker und eine weitere Wicklung 6 zur Erzeugung der Betriebsspannung für die Vertikalablenkstufe. Außerdem ist eine zusätzliche Wicklung 7 vorgesehen, aus der nach Gleichrichtung die Betriebsspannung für die Tonendstufe gewonnen wird. Die Wicklung 7 besteht aus drei Teilwicklungen 7a, 7b, 7c, die parallel geschaltet sind. Die Tonendstufe hat eine stark schwankende Stromaufnahme zwischen 50 mA und 1000 mA, wodurch sich die Belastung der Sekundärseite S stark ändert. Diese Belastungsänderung kann eine unerwünschte Änderung der auch die Zeilenablenkamplitude beeinflussenden Betriebsspannung U1 bewirken. Diese unerwünschte Abhängigkeit läßt sich dadurch verringern, daß die Kopplung zwischen der Wicklung 7 und der Wicklung 4 für die Regelung größer bemessen wird als die Kopplung zwischen der Wicklung 2 und der Wicklung 4. Diese Lösung ist näher beschrieben in der DE-A-2 749 847. Diese vergrößerte Kopplung zwischen den Wicklungen 7 und 4 wird im vorliegenden Fall durch die drei parallelgeschalteten Wicklungen 7a, 7b, 7c erreicht. Eine weitere Wicklung 8 dient nach Gleichrichtung zur Erzeugung einer negativen Betriebsspannung von - 30 V.
  • Figur 2 zeigt den Spulenkörper 9 für die einzelnen Wicklungen in Figur 1, der insgesamt sechs Kammern 10 aufweist. Die Primärwicklung 1 ist zu je einem Drittel in Form derTeilwicklungen 1a, 1b, 1c auf die erste, dritte und fünfte Kammer aufgeteilt. Die Sekundärwicklung 2 ist in Form der Teilwicklungen 2a, 2b je zur Hälfte auf die zweite und vierte Kammer aufgeteilt. Die drei Teilwicklungen 7a, 7b, 7c der Wicklung 7 für die Tonendstufe sind auf die zweite, vierte und sechste Kammer aufgeteilt. Es ist ersichtlich, daß in den Kammern abwechselnd nur Wicklungen oder Teilwicklungen der Primärseite P oder der Sekundärseite S liegen. Die gezeigte Verschachtelung der Wicklungen, d. h. die abwechselnde Anordnung von Wicklungen der Primärseite und der Sekundärseite in aufeinanderfolgenden Kammern, gewährleistet die gewünschte enge Kopplung zwischen der Primärseite P und der Sekundärseite S. Die Anordnung der Wicklungen 3, 4 etwa in der Mitte des Spulenkörpers 9 über der Teilwicklung 1b gewährleistet die gewünschte enge Verkopplung der Wicklungen 3, 4 mit den übrigen Wicklungen.
  • Bei einem praktisch erprobten Ausführungsbeispiel hatten die einzelnen Wicklungen die folgenden Windungszahlen.
    Figure imgb0001

Claims (13)

1. Schaltnetzteil-Transformator, insbesodere für einen Fernsehempfänger mit einer Leistungsabgabe zwischen 40 und 150 Watt, mit einer Primärwicklung (1) und einer Sekundärwicklung (2), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Primärwicklung (1) und Sekundärwicklung (2) sind in mehrere Teilwicklungen (1a­1c; 2a-2b) aufgeteilt.
b) Die Teilwicklungen der Primärwicklung (1) liegen in einer ersten Gruppe und die Teilwicklungen der Sekundärwicklung (2) in einer zweiten Gruppe von Kammern (10) eines Kammerspulenkörpers (9).
c) Die Kammern (10) der beiden Gruppen sind ineinandergeschachtelt.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der Kammern (10) etwa 6 beträgt.
3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerbreite der engsten Kammern ca. 1 mm beträgt.
4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerbreiten der 6 Kammern unterschiedlich sind.
5. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite aller 6 Kammern zur Erzielung eines flachen und optimal gekoppelten Trafos nur ca. 20 mm beträgt.
6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in fünf aufeinanderfolgenden Kammern (10) abwechselnd jeweils ein Drittel der Primärwicklung (1) und die Hälfte der Sekundärwicklung (2) zur Erzeugung der Hauptbetriebsspannung U1 angeordnet sind.
7. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Sekundärwicklung (7) zur Erzeugung einer weiteren Betriebsspannung ebenfalls in mehrere Teilwicklungen (7a-7c) aufgeteilt ist, die in den Kammern (10) der zweiten Gruppe liegen.
8. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (7a-7c) der zusätzlichen Sekundärwicklung (7) unter den Teilwicklungen der Sekundärwicklung (2) liegen.
9. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Sekundärwicklung (7) zur Erzeugung einer Betriebsspannung für einen Verbraucher (Ton-Endstufe) mit schwankender Stromaufnahme ausgenutzt ist.
10. Transformator nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (7a ­7c) parallel geschaltet sind.
11. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (la-1c) in Reihe geschaltet sind.
12. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Primär-Hilfswicklungen (3, 4) in einer etwa in der Mitte des Spulenkörpers (9) liegenden Kammer (10) der ersten Gruppe über der Teilwicklung (1b) der Primärwicklung (1) angeordnet sind.
13. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kammern (10) der beiden Gruppen mit Draht nur eines Durchmessers bewickelt sind.
EP82105090A 1981-07-25 1982-06-10 Schaltnetzteil-Transformator, insbesondere für einen Fernsehempfänger Expired EP0071008B1 (de)

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