Brevet FR2065572A1 — publié le 19710730

L'invention concerne un dispositif pour le redressement d'une haute tension en provenance d'un transformateur de retour de balayage d'un récepteur de téléviseur ou similaire. L'un des buts de l'invention est d'appliquer uniformément 5 des tensions aux différents éléments d'un redresseur, de manière à ne pas provoquer le claquage de celui-ci. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil redresseur qui soit utilisable même lorsqu'il est immergé dans l'huile en vue d'améliorer son isolation. 10 Un autre but encore de l'invention est de fournir un montage efficace de redresseurs. Ces buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, ainsi que d'autres, par la description détaillée qui suit, considérée en liaison avec les dessins ci-annexés sur 15 lesquels : - La figure 1 est un schéma représentant un modèle d'appareil redresseur classique. - La figure 2 est un schéma de eircuit équivalent de l'appareil représenté sur la figure 1. 20 - La figure 3 est un graphique représentant, les caractéris tiques de l'appareil représenté sur la figure 1. - La figure 4 est une vue frontale d'un appareil redresseur classique. - La figure 5 est un schéma de circuit équivalent de l'appa-25 reil représenté' sur la figure 4. - La figure 6 est un schéma de circuit qui illustre une forme d'exécution de l'appareil redresseur selon la présente invention. , - La figure 7 est un graphique représentant les caractéristi-30 ques de l'appareil redresseur de la figure 6. - Là figure 8 est une vue latérale, partiellement éclatée, montrant la structure de l'appareil redresseur dont le schéma de circuit est représenté sur la figure 6. - Les figures 9 et 10 sont respectivement une vue en plan 35 et une vue latérale avec arrachements, montrant les parties essentielles d'une autre forme d'exécution de l'invention. - Les figures 11 et 12 sont respectivement une vue en plan et une vue latérale avec arrachements, montrant les parties 70 38882 2 2065572 essentielles d'une autre forme d'exécution de l'appareil redresseur selon la présente invention. . • - La figure-13 est une vue d'un élément redresseur qui peut être utilisé avec l'appareil redresseur des figures 11 et 12 ou 5 celui des figures 9 et 10. - La figure 14 enfin est une vue frontale, partiellement en coupe, d'un appareil redresseur, illustrant encore une autre forme d'exécution de l'invention. La figure 1, à laquelle on se référera pour commencer, 10 représente un. modèle d'appareil redresseur classique qui est constitué par un certain nombre de diodes 1 montées en série ou empilées. Un tel dispositif est ordinairement noyé dans un corps en résine époxy 2. Les numéros de référence 3, 5 et 4- désignent respectivement les bornes du côté courant alternatif'et du côté courant 15 continu, ainsi qu'un point de jonction intermédiaire. - La figure 2 illustre un circuit équivalent de l'appareil redresseur, tel que représenté sur la figure 1, dans lequel des diodes sont utilisées en réalité. Les bornes de courant alternatif et de courant continu sont désignées1 par les. mêmes numéros que sur 20 la. figure 1 et chaque diode élémentaire 1a à 1z est assimilée à une résistance 10 et un condensateur 11 . Les numéros 6a à 6z désignent ■ des capacités réparties entre la masse 7 et chaque diode élémentaire . 1a à. 1 z ou le point de .jonction 4. Le condensateur 8 et la résistan-. . ce 9 représentent une charge,. 25 - . Lorsqu'un dispositif redresseur à semiconducteurs sous forme d'.empilement,, par exemple un redresseur au sélénium ou un redresseur au silicium, est.utilisé pour redresser les impulsions produites à;partir du transformateur de sortie horizontale d'un récepteur de télévision, il se produit ordinairement un échauffement et un endom-30 magement des éléments situés du côté courant alternatif. Cela provient du fait que les capacités réparties,6a à 6z n'augmentent pas proportionnellement, en comparaison de la capacité entre-électrodes 11. On supposera qu'une tension alternative, ayant une valeur 35 Eq de crête à crête, est appliquée à la borne 3 de courant alternatif et que des" tensions alternatives, ayant des valeurs Eg& à Egz de crête à crête, sont appliquées respectivement aux capacités réparties 6a à 623. On supposera aussi qu'une tension continue DO 70 B8882 ? 2065572 apparaît sur la borne 5 de courant continu après redressement. Pour simplifier l'explication, on négligera la résistance 10. Pendant la période où un courant direct passe dans chaque diode, la tension appliquée à chacune des capacités réparties 6a à 6z est donc repré-5 sentée sous la forme EDC. les tensions alternatives Ega à Egz appliquées aux capacités réparties sont fortement réduites en direction de la borne de courant continu si ces capacités réparties 6a à 6z ont des valeurs relativement élevées. Si l'on désigne par X l'un des différents points dans la direction longitudinale d'un redres-10 seur et si la valeur crête à crête de la tension alternative appliquée à la capacité répartie en un point, donné X est désignée par E^f l'allure de la variation de Eg^. en fonction de X est donnée par la courbe 12 de la figure 3. En conséquence, des tensions Eq-E^, Ega~Eg^, Eg^-Egc... sont appliquées aux diodes élémentaires 1a, 1b, 15 1c.,.... respectivement pendant la période de balayage, au moment où une tension inverse est appliquée à chaque diode. Il ressort donc de la figure 3 qu'une diode élémentaire reçoit une tension inverse d'autant plus élevée qu'elle est située plus près de la borne 3 de courant alternatif, et il arrive parfois que la diode élémentaire 20 1a voisine de la borne 3 de courant alternatif soit finalement détruite par la chaleur due à un courant inverse élevé. Une solution idéale à ce problème consiste à donner à la relation X/Eg^. la forme indiquée par la ligne droite 13, auquel cas, le déséquilibre de tension inverse parmi les diodes élémentaires peut être éliminé. 25 Un appateil redresseur classique qui vise à atteindre cet idéal est représenté sur la figure 4, sur laquelle le numéro 14 désigne un transformateur de retour de balayage, le numéro 17 une borne de courant alternatif, le numéro 15 un redresseur, le numéro 18 une t>orne de courant continu et le numéro 16 un fil conducteur 30 destiné à rendre uniformes les tensions inverses appliquées aux éléments diodes. Le principe de fonctionnement de l'appareil classique décrit ci-dessus sera expliqué ci-après en référence à la figure 5. Comme il ressort de la description précédente, les valeurs crête à crête 35 de tensions alternatives entre les électrodes 15a à 15h et la terre sont fortement réduites en direction de la borne de courant continu 18, du fait des capacités réparties 20a à 20h. Un procédé classique pour remédier à cette situation consiste à disposer un fil conduc- I 70 38882 4 2065572 teur 16 au niveau de la borne de courant alternatif 17 de façon à introduire entre ce fil 16 et les diodes élémentaires des capacités réparties additionnelles 19aà 19h dont les valeurs diminuent en direction de la borne de courant continu. Etant donné que l'une des 5 extrémités de"chaque capacité répartie ainsi ajoutée est connectée' à la borne de courant alternatif 17, la tendance à une forte réduction des tensions alternatives entre les électrodes 15a à 15h et la terre, telle que représentée par la courbe 12 de la figure 3, peut être corrigée dans la mesure indiquée par exemple par la courbe 10 désignée par le numéro 19. Ce procédé est utilisé dans le cas d'un redresseur à haute tension au sélénium contenu, dans un récepteur de télévision en noir et blanc classique, ou dans des appareils similaires'. Mais l'inconvénient de ce procédé consiste en ce que les capacités 19a à 19h, introduites en vue de la correction, manquent 15 suffisamment de précision," si bien que 1'efficacité.d'une telle correction est limitée. C'est-à-dire que la correction est impossi^ ble en cas d'immersion du dispositif dans l'huile, etc.. car dans ce cas la constante diélectrique et, en conséquence, les capacités réparties sont augmentées * En outre, il peut se produire.une déchar-20 ge par effet corona au bout du fil conducteur 16. Ces:inconvénients ne sont pas limités aux récepteurs de télévision dans lesquels des impulsions sont engendrées, mais apparaissent également dans d'autres applications où interviennent des tensions à forme d'onde sinusoïdale, la présente invention évite ces inconvénients et l'un de ses 25 modes de réalisation est ci-après expliqué en. référence à la figure 6. Le redresseur 25 est disposé en face de l'enroulement secondaire 23 du transformateur 21 qui engendre une tension alternative, la distance entre l'enroulement 23 et chacune des diode.s élémentaires du redresseur. 25 étant suffisamment faible en comparaison de la 30 distance entre les diodes élémentaires et la terre. Il en résulte que la capacité répartie, entre chaque électrode des diodes élémentaires du redresseur 25 et chaque partie adjacente de l'enroulement 23, est plus grande que celle qui existe entre chaque électrode des diodes et la terre. Les spires 31 du côté haute tension de l'enrou-35 lement 23 sont disposées en face;, de la diode élémentaire 29 du côté courant alternatif du redresseur 25 et les spires 32 du côté basse tension sont en face de la diode élémentaire 30 du côté courant continu du redresseur 25, tandis que les points intermédiaires de 70 38882 s 2065572 1'enroulement 23 et du redresseur 25 sont reliés au moyen des capacités réparties 24. Le numéro 22 désigne l'enroulement primaire du transformateur 21 et le numéro 26 un tube à rayons cathodiques servant de charge. Il est ainsi possible d'éviter un échauffement par-5 tiel du redresseur car un tel agencement permet d'obtenir la courbe 27 tracée en traits discontinus sur la figure 7, qui est voisine de la courbe idéale 28 de distribution de tension, à la place de la courbe 12 traduisant une forte réduction de la tension alternative à proximité de la borne de courant alternatif du redresseur, 6.X. 10 réduction qui, si l'on n'y remédiait pas, entraînerait l'application d'une tension inverse excessive aux diodes élémentaires proches de la borne de courant alternatif et aboutirait finalement à un claquage de^ces diodes élémentaires. Si la capacité de couplage est rendue suffisamment élevée, la courbe idéale 28 est presque atteinte, 15 et si cette capacité est petite, la correction est possible jusqu' aux points intermédiaires. En outre, étant donné que les tensions alternatives entre chaque partie de l'enroulement 23 et la partie adjacente du redresseur 25 sont presque égales, il suffit de ne prendre en considération que la tension continue de claquage, de 20 sorte que l'isolation est. réalisée de manière relativement facile. En outre, il est facile de fixer en place l'enroulement 23 et le redresseur 25, c'est-à-dire de maintenir une valeur constante de la capacité répartie 24, ce qui permet la distribution uniforme des tensions parmi les éléments du redresseur sans aucun défaut, 25 contrairement au procédé classique de correction. En particulier, lorsque le transformateur 21 et le redresseur 25 sont immergés dans un bain d'huile isolante, les capacités entre les électrodes des éléments du redresseur et la terre sont augmentées. Cela provient du fait que la distance entre le redresseur 30 et la terre est raccourcie dans l'huile isolante, car la constante diélectrique d'une huile isolante est égale à plus"du double de celle de l'air,, et aussi du fait que la tension de claquage de l'huile isolante est environ dix fois plus élevée que celle de l'air. En conséquence, l'inégalité des tensions inverses appliquées 35 aux éléments du redresseur est beaucoup plus marquée dans l'huile isolante que dans l'air, ce qui ne peut pas être bien corrigé par les procédés classiques. Cet inconvénient est surmonté par le dispositif selon l'invention, dans lequel une très bonne égalisation 70 38882 2065572 est atteinte en fixant simplement le redresseur en face de l'enroulement de sortie, ce qui.évite un échauffement partiel des diodes et leur endommagemeht définitif. Une forme d'exécution réelle du dispositif de la figure 6 5 est représentée sur la figure 8, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes numéros de référence que sur la figure 6. L'enroulement secondaire 23 est divisé en sections et des fils conducteurs tels que celui indiqué en" 33 relient deux à deux les sections successives de l'enroulement. Le numéro 34 désigne un noyau, 10 le numéro 35 une bobine montée sur le noyau 34 ; le numéro 36 désigne les fils conducteurs d'entrée èt de sortie de l'enroulement primaire 22 et de l'enroulement secondaire 23, le numéro 37 un fil conducteur pour relier la borne de courant continu du redresseur 25 à une charge, le numéro 38 un fil conducteur pour la connexion de 15 l'extrémité de l'enroulement 23 à la borne de courant alternatif du redresseur. 25, et le numéro 39 un isolateur interposé entre l'enroulement 23 et le redresseur 25. Du fait de cet isolateur, dont la constante diélectrique est par exemple supérieure à celle de l'air ou dé l'huile, la capacité répartie 24 entre l'enroulement 23 et 20 les diodes élémentaires du redresseur 25 est augmentée. Un isolateur à constante diélectrique élevée, tel qu'utilisé dans cette forme d'exécution, permet d'utiliser l'appareil redresseur, non seulement dans une huile isolante, mais aussi dans le cas où la distance entre le redresseur 25 et la terre est gi-ande. D'une façon idéale, 25 l'enroulement 23 sera divisé en autant de segments qu'il est possible, de manière à rendre sa longueur totale presque égale à celle du redresseur 25. Cependant, on obtient de-bons résultats, même avec deux ou trois divisions. Pour obtenir une distribution uniforme des tensions inverses appliquées aux éléments du redresseur, il 30 est recommandé de déterminer des angles et des distances appropriés entre l'enroulement 23 et le redresseur 25, en mesurant la distribution de température entre eux. Le redresseur 25 à semiconducteurs empilés, utilisé dans l'appareil redresseur représenté sur la figure 8, fait appel à des 35 morceaux de soudure et à des électrodes en silinium, ayant chacun une épaisseur de 0,2 mm environ, empilés les uns sur les autres de telle sorte que la conductivité thermique dans la direction longitudinale soit supérieure à la conductivité en direction transversale. 70 38882 7 2065572 Or, lorsque plusieurs éléments sont moulés dans un "bloc, les extrémités du bloc moulé présentent une température relativement basse du fait de la dissipation de chaleur par les fils conducteurs, tandis que la température au centre du bloc moulé s'élève de manière 5 défavorable. Cette difficulté peut être surmontée en divisant le redresseur 25 en deux parties ou davantage, des pièces de rayonnement 40 étant raccordées aux points de jonction ou prises intermédiaires entre ces parties, selon ce qui est indiqué sur les figures 9 et 10. On peut y parvenir en fixant des pièces séparées de métal ou, 10 le cas échéant, en augmentant la surface des bornes des éléments redresseurs. Si l'on utilise de telles pièces de rayonnement électriquement conductrices dans un dispositif classique dans lequel le redresseur 25 et les pièces de rayonnement rie sont pas disposés généralement en face de l'enroulement 23, les capacités entre les 15 diodes élémentaires et la terre sont augmentées, de sorte que l'on se rapproche de la courbe 12 tracée sur la figure 7, avec échauffement des éléments 29 du côté courant alternatif du redresseur. Par contre, conformément à l'invention, c'est la capacité entre l'enroulement 23 et la terre, plutôt que la capacité entre les diodes élé-20 mentaires et la terre qui est augmentée, de sorte que l'introduction des pièces de rayonnement concourt à l'obtention de l'égalisation entre les tensions inverses appliquées aux éléments du redresseur. En conséquence, non seulement la dissipation de la chaleur est meilleure, mais encore une moins grande quantité de chaleur est.engen-25 drée dans les éléments 29 du côté courant alternatif du redresseur, de sorte que la température de l'appareil redresseur dans son ensemble s'élève moins en service, ce qui contribue à prolonger la durée utile de l'appareil. En particulier, en cas d'utilisation dans l'huile, toute décharge électrique à partir des pièces de 30 rayonnement 40 peut être évitée facilement et, d'autre part, l'appareil peut être refroidi plus efficacement dans l'huile, ce qui améliore ses performances. D'autre part, il arrive souvent que les spécifications concernant la taille du transformateur, la tension de claquage du 35 redresseur et le nombre des éléments utilisés aboutissent à cette conséquence que la longueur de l'enroulement 23 ne correspond pas à celle du redresseur 25. Plus précisément, lorsque le redresseur est trop long par rapport à l'enroulement 23, il est difficile d'avoir 70 38882 8 2065572 exclusivement recours aux capacités 24 pour assurer une égalisation entre les tensions inverses appliquées aux éléments redresseurs. Dans ce cas, ces tensions peuvent être convenablement réparties entre les éléments redresseurs si l'on dispose ceux-ci en zig-zag dans 5 la direction d.e l'axe de l'enroulement 23, selon ce qui est indiqué sur les figures 9 et 10. Inutile de dire qu'on obtient un effet semblable en les inclinant tous dans le même sens au lieu de les disposer en zig-zag. Cette disposition a aussi pour effet de rendre plus compacts les transformateurs et les redresseurs. 10 L'un des éléments du redresseur divisé est reproduit sur la figure 13» dans laquelle le numéro 41 désigne un fil conducteur, le numéro 42 des éléments redresseurs empilés et interconnectés au moyen de soudure ou d'or, et le numéro 43 une enveloppe extérieure moulée en résine époxy ou similaire. Les segments de fil conducteur 15 44, qui occupent généralement une certaine partie de la longueur r totale de l'enveloppe en résine époxy 43» ne jouent aucun rôle dans l'uniformisation des tensions appliquées aux éléments redresseurs par les capacités réparties disposées entre l'enroulement 23 du transformateur et le redresseur situé en regard. 20 Le dispositif représenté sur les figures 11 et 12 est aussi conçu pour rendre l'enroulement 23 presque aussi long que le redresseur 25 en direction longirudinale. Dans cet appareil, chaque élément redresseur déborde sur l'élément voisin, à chaque extrémité, ce qui élimine les inconvénients dûs aux segments de fil conducteur 25 inutile 44 (figure 13). La figure 14"' illustre une forme d'exécution de l'appareil redresseur immergé dans l'huile. Presque au centre de l'enveloppe 50 se trouve une branche 46 du noyau 34 sur laquelle sont disposés les enrpulements primaire et secondaire 22 et 23, le redresseur à 30 haute tension 25 et l'autre branche 47 du noyau 34 étant situés respectivement de part et d'autre de la branche 46. L'enroulement secondaire 23i qui est divisé en plusieurs éléments, est enroulé sur la bobine 35 qui est disposée d'un côté de l'isolateur 39, et le redresseur à haute tension 25 est disposé en face de l'enroulement 35 secondaire 23, le long de celui-ci, de l'autre côté de l'isolateur 39, tous ces éléments étant immergés dans un.bain d'huile 48. L'appareil redresseur ainsi construit présente les caractéristiques mentionnées ci-après. Du fait que la bobine 35 entourée des enroule 70 38882 3 2065572 ments 22 et 23 est disposée au centre de l'enveloppe 50, les capacités réparties entre l'enroulement 23 et l'enveloppe 50 sont réduites au minimum. Ainsi est presque éliminé le défaut consistant en ce que la "respiration" de l'enveloppe 50, due aux variations de 5 température et aux variations de capacité entre les sections de l'enroulement secondaire divisé 23 et l'enveloppe' 50, provoque des variations de la forme d'onde du courant à redresser. En outre, du fait que l'enroulement secondaire 23 est divisé en plusieurs sections réparties le long de la branche 46 du noyau 34, le diamètre 10 extérieur de cet enroulement secondaire 23 peut être finalement réduit, ce qui rend possible l'utilisation d'un matériau magnétique tel que le fer pour l'enveloppe 50, sans provoquer d'échauffement ni de variation de la forme d'onde du courant. Par ailleurs, étant donné que l'enroulement 23 est disposé à proximité du redresseur à 15 haute tension 25, avec interposition de 1'isolateur 39, et que les côtés haute tension et basse tension de l'enroulement 23 sont situés en face des extrémités courant alternatif et courant continu du redresseur à haute tension 25, respectivement, 1'échauffement des éléments situés du côté courant alternatif du redresseur, qui est 20 d^jà la capacité par rapport à la terre, peut être évité même avec l'utilisation d'un redresseur à haute tension du type à semiconducteurs empilés. De plus, la disposition illustrée par le dessin donne lieu à une distance maximale entre le redresseur à haute tension 25 et 25 la terre, c'est-à-dire l'enveloppe 50. En outre, avec cette forme de construction, dans laquelle l'enroulement 23, le redresseur à haute tension 25 et la branche 47 du noyau sont disposés côte à côte, très près les uns des autres, l'un des côtés de l'enveloppe peut être rendu relativement court en comparaison de son côté longi-30 tudinal, d'où il résulte une augmentation de la surface de l'enveloppe et, par suite, une meilleure dissipation de la chaleur, ce qui donne à l'enveloppe une place largement suffisante pour "respirer" en cas de dilatation des matériaux intérieurs due à des variations de température, tout en évitant lé claquage de l'enveloppe à haute 35 température et la décharge électrique à basse température. En outre -en plus du fait que la borne de sortie haute tension 49 et les bornes basse tension 45 sont situées au sommet de l'enveloppe 50 afin d'éviter les fuites d'huile par les joints entre ces bornes et 70 38882 10 2065572 l'enveloppe, et aussi pour des raisons de montage, l'enroulement primaire 22, comportant un nombre relativement important de bornes par rapport à'1'enroulement secondaire, est disposé au sommet de 1'enroulement.secondaire 23 dans cette forme d'exécution, afin que 5 la liaison avec les bornes 49 et 45 puisse être plus facilement réalisée et que l'ensemble de l'appareil soit plus facilement utilisable. Comme on l'a déjà mentionné, les éléments du côté courant alternatif du redresseur à haute tension 25 sont échauffés lorsqu'il existe une capacité parasite entre eux et la terre. Il 10 se peut que l'on ne puisse pas l'éviter, même avec la disposition illustrée par la figure*14, du fait du déséquilibre probable d'une telle disposition, et il est important de maintenir ces éléments à une basse température pour prolonger la durée utile du redresseur à haute tension. Les résultats d'expérience montrent qu'en cas 15 d'immersion dans une huile isolante, les pertes dues à un transfor--mateur de retour de balayage utilisé dans un récepteur de télévision en couleurs de 48 cm, et à un redresseur à haute tension, sont de l'ordre de 5 W au total et que la différence de température entre le haut et le bas de l'enveloppe est de 8°C environ. 20 II en résulte que le fait de disposer à lakpartie inférieure de l'enveloppe 50 la borne de courant alternatif du redresseur à haute tension 25 qui s'échauffe facilement, nra pas seulement pour effet de prolonger la durée utile du redresseur, mais aussi d'améliorer la convection de l'huile isolante dans l'enveloppe. 70 38882 2065572 HEVENDIOATIOÏTS 1Appareil redresseur comprenant un redresseur à plusieurs éléments redresseurs semiconducteurs montés en série et un transformateur destiné à produire une tension alternative, connecté à ce redresseur, caractérisé par le fait que les spires du côté haute tension de l'enroulement secondaire du transformateur sont disposées en face des éléments redresseurs situés du côté courant alternatif du redresseur, que les spires du côté basse tension de l'enroulement secondaire du transformateur sont disposées en face des éléments redresseurs situés du côté courant continu du redresseur, le^'tensions inverses appliquées à chacun des éléments redresseurs étant rendues pratiquement égales grâce à la capacité répartie entre l'enroulement secondaire et les électrodes des éléments redresseurs. 2.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'enroulement sëcondaire du transformateur destiné à produire une tension alternative est divisé en plusieurs sections ou éléments, entre ses côtés haute tension et basse tension. 3.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un isolateur dont la constante diélectrique est supérieure . à celle du milieu compris entre le redresseur et la terre est interposé entre le redresseur et l'enroulement secondaire. 4.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est contenu entièrement dans une enveloppe emplie d'huile. 5.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le redresseur est constitué par plusieurs éléments semiconducteurs du type empilé, une pièce de rayonnement de la chaleur étant disposée au niveau de chaque joint entre ces éléments semiconducteurs du type empilé. 6.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments redresseurs sont inclinés par rapport à la direction de l'axe de l'enroulement secondaire. 7.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le redresseur est constitué par plusieurs éléments semiconducteurs du type empilé, qui sont disposés en zig-zag par rapport à l'axe de l'enroulement secondaire. 70 38882 ta 2065572 8.- Appareil redresseur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le redresseur est constituépar plusieurs éléments semiconducteurs du type empilé, qui se chevauchent lorsqu'on les considère latéralement.