Brevet FR2503504A1 — publié le 19821008

La présente invention se rapporte à des alimentations en courant ferrorésonnantes à haute fréquence pour des téléviseurs. Une alimentation en courant d'un transformateur ferrorésonnant donne une régulation inhérente de la tension de sortie sans devoir utiliser un circuit de contrôle de régulation électronique relativement complexe et coûteux. Quand il fonctionne à une relativement haute fréquence d'entrée, un transformateur ferrorésonnant est une unité relativement compacte et de faible poids, bien adaptée comme source d'alimentation en courant pour un téléviseur. On sait utiliser un transformateur ferrorésonnant basse tension pour appliquer une tension d'alimentation d'explora- tion continue et régulée B+ à un circuit de déviation horizontale d'un téléviseur et également appliquer d'autres basses tensions continues et régulées à d'autres circuits du téléviseur, comme les circuits audio, de signaux et de déviation verticale. Quand on utilise une telle source d'alimentation en courant ferrorésonnante à basse tension dans un télé- viseur, une seconde source d'alimentation en courant à haute tension doit être incorporée pour développer la tension finale requise pour l'anode du tube-image du téléviseur. La source d'alimentation en courant haute tension peut contenir un transformateur de retour qui élève la tension impulsionnelle de retour développée par le circuit de déviation horizontale puis redresse la haute tension à la sortie du transformateur de retour pour développer la tension finale. Dans de nombreux téléviseurs sont incorporés des circuits de protection contre les hautes tensions, qui inhibent ou arrêtent le fonctionnement de la source d'alimentation en courant à haute tension si une tension finale excessive est produite du fait d'un défaut dans le circuit de la source d'alimentation en courant haute tension. En général, une source d'alimentation en courant à transformateur résonnant offre une protection inhérente contre la production d'une tension excessive de sortie. Par exemple, si la tension d'entrée au transformateur ferrorésonnant dépasse les limites de conception, le transformateur sort de son mode de fonctionnement ferro- résonnant, produisant une diminution sensible de la tencion de sortie, plutôt que de produire une augmentation non souhaitable de la tension. De même, des défauts des composants dans le circuit du transformateur ferrorésonnant, comme un condensateur résonnant en court-circuit ou déconnecté, ont pour résultat que le transformateur ferrorésonnant sort de son mode de fonctionnement ferro- résonnant avec production d'une diminution de la tension de sortie. Dans les sources ferrorésonnantes d'alimentation en courant ci-dessus pour des téléviseurs o le transforma- teur ferrorésonnant est utilisé pour produire une tension continue redressée et régulée B+, et o un transformateur de retour produit la haute tension, il n'y a pas de fonctionnement à auto-contrôle inhérent de la source d'alimentation à haute tension. Par exemple, si le conden- sateur de retour dans le circuit de déviation horizontale se trouve en circuit ouvert, l'amplitude de la tension impulsionnelle de retour peut augmenter jusqu'au point o une haute tension excessive peut être produite. Un circuit de protection contre les hautes tensions doit par conséquent également être prévu. La caractéristique avantageuse que présente un transformateur ferrorésonnant, c'est-à-dire d'offrir un mode de fonctionnement à auto-contrôle, n'est pas avantageusement utilisée par la source d'alimentation à haute tension ci-dessus décrite. On connait d'autres sources d'alimentation à haute tension pour téléviseur o la tension finale est régulée en prévoyant un transformateur de retour qui, lui- même, fonctionne en mode ferrorésonnant. Les impulsions de retour sont appliquées à l'enroulement primaire du transformateur de retour et un condensateur résonnant est couplé aux bornes d'un autre enroulement du transformateur de retour pour réguler la tension développée dans l'enroulement à haute tension au moyen d'une action ferro- résonnante. Un tel agencement présente l'inconvénient relatif de nécessiter un seul transformateur pour répondre à deux groupes de contraintes de conception, certaines des contraintes de conception dans chaque groupe étant incompa- tible avec les autres. Ainsi, dans un transformateur haute tension ferrorésonnant de retour, le transformateur de retour doit non seulement répondre aux contraintes de conception nécessaires pour obtenir une action ferro- résonnante, mais doit également répondre au contraintes de conception de la production d'une relativement haute tension de sortie. Cela pose des difficultés quand on tente de satisfaire les deux groupes de contraintes de conception. De telles difficultés comprennent la difficulté d'enrouler un isolement haute tension épais avec un petit fil sur un noyau rendu relativement fragile du fait de la forme inhabituelle qui peut être requise. De telles diffi- cultés comprennent également la difficulté de prévoir un refroidissement approprié du noyau dans une situation o les fils conducteurs de l'enroulement à haute tension ont tendance à empêcher un accès au noyau dans des buts de refroidissement. D'autres transformateurs ferrorésonnants connus utilisent une tension en créneau à haute fréquence développée par un inverseur comme source d'excitation pour l'enroulement primaire du transformateur ferrorésonnant. Un tel transformateur ferrorésonnant à haute tension attaqué par un inverseur peut, après redressement, produire une basse tension continue régulée. Un second inverseur peut alors avoir à être utilisé pour produire une tension alternative pour un transformateur haute tension, ce qui amène ainsi des frais supplémentaires ainsi qu'une plus forte complexité de l'inverseur. La nature d'auto-contrôle d'une source d'alimentation en courant haute tension et ferrorésonnante est également annulée dans ce type d'agencement parce que des défauts 2C" 35( 4 du second circuit inverseur peuvent forcer la haute tension à augmenter excessivement, nécessitant ainsi l'incorpora- tion d'un circuit séparé de sécurité dans le circuit d'alimentation en courant. La présente invention a pour caractéristique la conception d'une source d'alimentation en courant haute tension et ferrorésonnante de forme efficace et compacte, utilisant deux éléments magnétiques dans la source d'ali- mentation en courant. Le premier élément fonctionne en mode ferrorésonnant pour produire une tension régulée de sortie et le second élément magnétique, en réponse à la sortie du premier élément, produit la haute tension. Le second élément peut alors être conçu libre de toutes les contraintes imposées par la nécessité d'un fonctionnement ferrorésonnant. Une autre caractéristique de l'invention concerne la conception d'une source d'alimentation en courant à haute tension régulée qui conserve le fonctior- nement inhérent à haute tension à auto-contrôle que l'on peut atteindre dans un systèneferrorésonnant. Selon l'invention, une réactance saturable ferrorésonnante est excitée par une tension alternative d'entrée pour développer une tension de sortie de polarité alternante dans l'enroulement de la réactance. La réactance saturable ferrorésonnante est couplée à un condensateur résonnant qui produit un courant en circulation pendant chaque alternance de la tension de sortie de polarité alternante pour saturer magnétiquement au moins une partie du noyau de la réactance afin de réguler la tension de sortie de polarité alternante au moyen de l'action ferro- résonnante. Un transformateur-élévateur haute tension comprend un enroulement primaire et un enroulement secondai- re à haute tension. La sortie régulée de polarité alter- nante qui est développée par la réactance saturable ferrorésonnante est couplée à l'enroulement primaire du transformateur élévateur sans redressement préalable de la tension régulée de sortie. Une haute tension régulée est ainsi développée dans l'enroulement secondaire à haute tension du transformateur-élévateur. Un agencement redresseur haute tension couplé à l'enroulement secondaire haute tension et à une borne finale d'un tube-image de visualisation de télévision développe une tension finale à partir de la haute tension régulée. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 illustre une source d'alimentation en tension finale ferrorésonnante selon l'invention; et - la figure 2 illustre une autre source d'alimen- tation en tension finale ferrorésonnante selon l'invention. Dans une source d'alimentation en tension finale haute fréquence de visualisation de télévision 10, illustrée sur la figure 1, une tension continue d'entrée Ven telle que celle pouvant être obtenue de la tension redressée du réseau, est appliquée à un inverseur de courant 20 à une borne 29 pour développer une tension alternative d'entrée 21 pour un agencement de réactance saturable ferrorésonnante 24. L'inverseur 20 peut comprendre, par exemple, un généra- teur de déviation horizontale du type thyristor pour développer une tension impulsionnelle de retour, à la fréquence de déviation horizontale 1/TH, comme tension alternàtve d'entrée 21. Une tension impulsionnelle de retour 21 développée entre les bornes de sortie 18 et 19 de l'inverseur 20 est appliquée, par une self d'entrée 324, à l'enroulement primaire 24a d'un transformateur ferrorésonnant 28. Le transformateur ferrorésonnant 28 comprend l'enroulement primaire 24a qui est placé sur un noyau magnétisable 224, un enroulement secondaire 24b également placé sur le noyau 224 et un condensateur résonnant 27 couplé aux bornes de l'enroulement secondaire 24b. Le transformateur ferrorésonnant 28 à réactance saturable est excité par la tension 21 pour développer une tension de sortie de polarité alternante Vsor aux bornes de l'enroulement secondaire 24b. Pour régler la tension à la sortie du transformateur à réactance saturable Vsor en mode ferrorésonnant, le condensateur 27 produit un courant en circulation pendant chaque alternance de la tension de sortie de polarité alternante, qui aide à saturer magnétiquement le noyau magnétisable 224. Le noyau 224 du transformateur ferrorésonnant 28 peut être formé de bandes minces d'un ruban en métal feuilleté magnétisable de permalloy enroulé en configura- tion toroldale. Le noyau o est enroulé le ruban mince et feuilleté présente une caractéristique de boucle d'hystéré- sis B-H relativement carrée, une faible coercitivité, et une forte résistance aixcouran'b de Foucault, produisant une bonne régulation de la tension de sortie, de faibles pertes et une bonne stabilité à la température de la tension de sortie Vsor. Bien que les enroulements 24a et 24b soient illustrés schématiquement sur la figure 1 comme étant enroulés sur des parties opposées du noyau 224, pour obtenir un couplage magnétique serré, les deux enrou- lements sont enroulés concentriquement sur toute la circonférence du noyau. L'enroulement secondaire 24b du transformateur ferrorésonnant 24 est directement couplé à travers l'enroulement primaire 25a d'un transformateur-élévateur haute tension 25 au moyen de conducteurs 22 et 23. La tension de sortie régulée de polarité alternante Vsor est par conséquent appliquée directement à l'enroulement primaire 25a du transformateur-élévateur, sans redressement préalable de la tension régulée de sortie. La tension régulée de sortie Vsor est élevée par le transformateur 25, ayant un noyau 125, pour développer une haute tension régulée dans un enroulement secondaire haute tension 25b. Un agencement redresseur haute tension comprenant un multiplicateur de tension 26 est couplé à l'enroulement secondaire haute tension 25b et à une borne finale U d'un tube-image de téléviseur, non représenté, pour développer une tension finale à partir de la haute tension régulée. Comme le transformateur ferrorésonnant 24 ne produit qu'une basse tension de polarité alternante à travers son enroulement secondaire 24b, le transformateur ferrorésonnant peut être construit sous forme d'une unité efficace et relativement petite comme un transformateur à noyau o est enroulé un ruban qui est illustré sur la figure 1. De même, comme le transformateur-élévateur haute tension 25 ne doit pas être construit sous forme d'un transformateur ferrorésonnant pour développer une haute tension régulée, le transformateur 25 peut être construit sous forme d'une unité compacte et couplée magnétiquement très serrée, comme un agencement auto- transformateur schématiquement illustré sur la figure 1. Avec la tension de sortie de polarité alternante et régulée Vsor directement appliquée à l'enroulement primaire 25a du transformateur haute tension sans redres- sement préalable de la tension de sortie régulée, un étage inverseur supplémentaire entre le transformateur ferro- résonnant 24 et le transformateur haute tension 25 est éliminé. Si l'étage inverseur-avait été requis, un défaut dans le circuit de l'étage inverseur aurait pu provoquer une augmentation excessive de la haute tension. La figure 2 montre une source d'alimentation en courant haute et basse tension ferrorésonnante 50 pour un téléviseur. Le transformateur ferrorésonnant 32 de la source d'alimentation en courant 50, en plus d'appliquer une tension de sortie régulée et de polarité alternante 60 à un transformateur-élévateur haute tension 34, produit également une basse tension régulée pour développer une tension d'alimentation d'exploration continue et régulée B+. Sur la figure 2, une tension continue et non régulée d'entrée V n développée à une borne 31, excite un inverseur 30 à haute fréquence f0. L'inverseur 30 350 4 développe une tension en créneau de polarité alternante et non régulée 51 récurrente à la fréquence de fo à travers chaque section d'un enroulement primaire 32a à prise centrale du transformateur ferrorésonnant 32. Le transformateur ferrorésonnant 32 comprend un enroulement primaire 32a, un noyau magnétisable 132 et des enroulements secondaires à prise centrale 32b et 32c. Le noyau 132 comprend un noyau à trois branches avec l'enroulement primaire 32a enroulé sur une branche exteriC 132a du noyau et les enroulements secondaires de sortie enroulés sur l'autre branche externe 132b. Une branche centrale à entrefer forme un trajet en shunt pour le flux qui s'écoule dans chacune des branches externes afin de produire un couplage lâche entre l'enroulement primaire et les enroulements secondaires de sortie d'un transforma- teur ferrorésonnant. L'utilisation d'une self d'entrée en série avec la source de tension d'entrée n'est pas requise si ce couplage lâche existe entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire de sortie. D'autres géométries appropriées pour le noyau 132 du transformateur ferro- résonnant peuvent être utilisées. Par exemple, le noyau 132 peut être un noyau rectangulaire sans branche centrale. L'enroulement primaire 32a et l'enroulement secondaire 32b peuvent être enroulés sur la même branche du noyau. Pour obtenir le couplage lâche, les deux enroulements sont espacés l'un de l'autre sur la même branche. Un matériau approprié du noyau et sa construction pour un transforma- teur ferrorésonnant à haute fréquence peut être un noyau en ferrite de lithium comme cela est enseigné dans la demande de brevet U.S. NI 250 131 déposée le 2 Avril 1981 au nom de R. Shahbender et autres, intitulée " TELEVISION RECEIVER FERRORESONANT HIGH VOLTAGE POWER SUPPLY USING TEMPERATURE STABLE CORE MATERIAL". Pour réguler la tension de sortie 60 par action ferrorésonnante un condensateur résonnant 33 est couplé à l'enroulement secondaire 32b du transformateur ferro- résonnant. Le condensateur 33 produit un courant en circulation pendant chaque alternance de la tension de sortie de polarité alternante 60, qui aide à saturer magnétiquement la branche 132b du noyau. Tandis que la branche 132b passe en saturation et sort de saturation, l'inductance présentée par l'enroulement secondaire 32b passe contreunétat à faible impédance et un état à forte impédance. Sous le contrôle de cette action de commutation, l'amplitude de la tension de sortie 60 est régulée vis- à-vis des changements de l'amplitude de la tension 51 et vis-à-vis des changements de la charge sur les enroulements secondaires 32b et 32c du transformateur ferrorésonnant. L'enroulement primaire du transformateur-élévateur haute tension 34 est directement couplé à l'enroulement secondaire de sortie 32b du transformateur ferrorésonnant par des conducteurs 54 et 55. La tension de sortie régulée et de polarité alternante 60 est par conséquent appliquée à l'enroulement primaire 34a du transformateur haute tension sans redressement préalable de la tension de sortie du transformateur ferrorésonnant. Le transformateur haute tension 34 élève la tension régulée 60 pour produire des hautes tensions régulées à travers chacune des sections d'enroulement à haute tension 34b-34d. La haute tension régulée développée dans chacun des enroulements 34b-34d est redressée par une diode respective parmi les diodes 61-63 pour produire une tension continue et finale à une borne U. La tension régulée de sortie de polarité alter- nante développée dans l'enroulement secondaire 32c de sortie du transformateur ferrorésonnant est redressée à double alternance par des diodes 36 et 37 et est filtrée par un condensateur 41 pour développer une tension d'alimentation d'exploration régulée et continue B+ à une borne 40. La tension régulée B+ est appliquée par une self d'entrée 42 pour exciter un générateur de déviation horizontale 43 afin de développer un courant d'exploration dans un enroulement de déviation horizontale 44. Le générateur de déviation horizontale 43 comprend l'agencement en série d'un enroulement de déviation horizontale 44 et d'un condensateur d'aller ou de mise en forme de S 45, un condensateur de retour 46, une diode d'amortissement 47, un transistor de sortie horizontale 48 et un circuit oscillateur horizontal et d'attaque 49. Comme la tension de polarité alternante appliquée à l'enroulement primaire du transformateur haute tension 34 est déjà régulée par le transformateur ferrorésonnant basse tension, le transformateur haute tension 34 n'est pas un transformateur haute tension ferrorésonnant. Le noyau magnétisable du transformateur-élévateur fonctionne à la région sensiblement non saturée de la caractéristique de boucle B-H du matériau du noyau du transformateur, et la partie à haute tension du transfor- mateur peut être construite en tant qu'un transformateur intégré avec les diodes 61-63 intégralement moulées dans la structure du transformateur. La tension de sortie de polarité alternante et régulée 60 appliquée à l'enroulement primaire haute tension 34a ne peut augmenter excessivement du fait de la nature à auto-contrôle de laction du transformateur ferrorésonnant. Du fait du couplage serré entre les enroulements secondaires haute tension 34b-34d du transformateur, les hautes tensions de polarité alternante ne peuvent pas non plus augmenter excessivement et sont également régulées en mode d'auto-contrôle. Le transformateur ferrorésonnant 32 est conçu pour ne produire que des sorties à basse tension et ne doit pas produire une sortie à haute tension. Par conséquence, le transformateur ferrorésonnant 32 peut être fait de façon à produire une meilleure régulation de la tension d'entrée et de la charge qu'un transformateur ferrorésonnant qui produit à la fois une basse tension régulée de polarité alternante et une haute tension régulée de polarité alternante. Pour réduire encore la dimension de chacun des éléments magnétiques 32 et 34, l'inverseur haute fréquence 35' 4 il peut fonctionner à une fréquence f 0 sensiblement plus importante que la fréquence de déviation horizontale, afin d'obtenir les haute et basse tensions requises pour un téléviseur. Un défaut du circuit inverseur, comme un défaut produisant une fréquence de fonctionnement de l'inverseur plus élevée que celle prévue,n'a néanmoins pas pour résultat une tension de sortie 60 excessivement importante produite avant que la tension de sortie ne s'affaisse du fait du transformateur ferrorésonnant 32 qui sort de son mode de fonctionnement ferrorésonnant. ?.3504 R E V E N D I C A T I 0 NS 1.- Source d'alimentation en tension finale pour visualisation de télévision, du type comprenant: une source de tension alternative d'entrée; une capacité; une réactance saturable formant un agencement ferrorésonnant avec ladite capacité, ladite réactance saturable ayant un noyau magnétisable et un enroulement de réactance; un moyen couplé à ladite source pour exciter ladite réactance saturable afin qu'elle développe une tension de sortie de polarité alternante à travers ledit enroulement de réactance, ladite capacité produisant un courant en circulation pendant chaque alternance de ladite tension de sortie de polarité alternante qui sature magnétiquement au moins une partie dudit noyau magnétisable pour réguler ladite tension de sortie de polarité alternante par action ferrorésonnante; caractérisée par un transformateurélévateur haute tension (25; 34) ayant un enroulement (25a; 34a) et un enroulement secondaire haute tension (25b; 34b, 34c, 34d); un moyen (22, 23; 54, 55) pour coupler l'enroulement primaire (25a; 34a) dudit transformateur-élévateur à la tension de sortie de polarité alternante et régulée (Vsor; 60) qui est développée par ledit agencement ferrorésonnant (24; 50) sans redressement préalable de ladite tension régulée de sortie pour développer une haute tension régulée dans ledit enroulement secondaire haute tension (25b; 34b, 34c, 34d); une borne finale (U) et un agencement redresseur haute tension (26; 61, 62, 63) couplé audit enroulement secondaire haute tension (25b, 34b, 34c, 34d) et à ladite borne finale (U) pour développer une tension finale à ladite borne finale (U). 2.- Source selon la revendication 1, caractérisée en ce que le noyau magnétisable (224) de la réactance saturable précitée comprend de minces bandes d'un ruban en métal magnétisable et feuilleté enroulé en configuration toroidale. 3.- Source selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisée en ce que les enroulements primaire (25a; 34a) et secondaires à haute tension (25b; 34b, 34c, 34d) du transformateurélévateur (25; 34) précité sont magnétiquement couplés très serrés les uns aux autres. 4.- Source selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les enroulements primaire (25a) et secondaire haute tension (25b) précités forment un agencement d'autotransformateur. 5.- Source selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les enroulements primaire (25a; 34a) et secondaires (25b; 34b, 34c, 34d) sont placés sur un noyau magnétisable (125) du transformateur-élévateur (25; 34), qui fonctionne dans la région sensiblement non saturée de la caractéristique de boucle B-H du matériau du noyau magnétisable du transfor- mateur-élévateur. 6.- Source selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la source de tension alternative d'entrée comprend un générateur de déviation horizontale (20) qui produit une tension impulsionnelle de retour horizontal (21) à une borne de sortie (18) du générateur de déviation et avec un moyen (324) pour coupler ladite tension impulsionnelle de retour (21) à la réactance saturable (28) précitée afin de développer la tension de polarité alternante (Vsor).