(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏向ヨークと偏向トランスと第１のスイッチング素子と第１の共振コンデンサーとからなる偏向回路と、第２のスイッチング素子と第２の共振コンデンサーと第１のチョークコイルとからなる第１の共振回路と、第３のスイッチング素子と第３の共振コンデンサーと第２のチョークコイルとからなる第２の共振回路とトランスと前記トランスの電圧と所定の電圧とを比較する比較増幅素子とからなる電圧制御回路とからなる高圧回路とを有し、前記偏向ヨークの各々の端部には、前記偏向回路の第１の出力波形である前記第１のスイッチング素子のコレクタ電圧と前記第１の共振回路の第２の出力波形である帰線パルスが接地点を中心に逆位相になるように接続し、かつ第２のスイッチング素子のスイッチングを前記偏向トランスの巻線の電圧により行い第１のスイッチング素子との同期スイッチング動作を行うとともに、前記偏向トランスと前記トランスとを所定の結合度で結合し前記トランスの１次側を前記偏向回路の第１の出力波形と前記第２の共振回路の第３の出力波形が接地点を中心に逆位相になるように接続したことを特徴とする高周波偏向回路。
【請求項２】
第１のスイッチング素子はトランジスターよりなり、第２および第３のスイッチング素子は電界効果型トランジスターからなることを特徴とする請求項１記載の高周波偏向回路。
【請求項３】
偏向トランスとトランスとの結合度が０．７以下であることを特徴とする請求項１記載の高周波偏向回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョン受信機等に用いられる高周波偏向回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハイビジョンテレビを始めとする高精細度化およびコンピューター用モニターディスプレイ等の高周波化が進んでいる。そのような状況下、高周波化，高精細度化に伴う技術的な課題、特に損失の増大に伴う発熱が問題になってきている。
【０００３】
以下従来の偏向回路の構成について図７および図８を参照しながら説明する。図７は、従来の偏向回路図である。ここで１は水平スイッチングトランジスター、２はダンパーダイオード、３は共振コンデンサー、４は偏向ヨーク、５は偏向トランス、６はＳ字コンデンサー、７は電源である。
【０００４】
以上のように構成された偏向回路における高周波化の問題点を考える。この回路は従来より、解析がなされてきておりこれを参考に進める。
【０００５】
水平スイッチングトランジスター１がＯＮすると、偏向ヨーク４に電流が流れ、水平スイッチングトランジスター１がＯＦＦすると回路の合成インダクタンスと共振による、通常フライバックパルスと呼ばれる、高電圧（約１０００〜１２００Ｖ）パルスが発生し、この帰線期間が終了するとダンパーダイオード２がＯＮして負の偏向電流を形成する。このくり返しにより水平偏向動作がなされている。
【０００６】
図７において、走査周波数ｆHで水平偏向動作を行う場合、所定のラスター振幅Ｗを得るためには、（数１）で表わされる。ここで、（数２）はコンスタントで、Ｋ1は定数、ＩDYPPは偏向電流、ＥHTは高電圧値である。
【０００７】
【数１】
0003646373.tif 000002
【０００８】
【数２】
0003646373.tif 000003
【０００９】
図８は従来の偏向回路の偏向波形図で、（数４）、（数５）、（数６）なる関係をもつＴS，とＴHとＴfの関係を示す。ここで、Ｂは電源電圧、ＬDYは偏向ヨークインダクタンス、ＴSは走査時間、ＴHは走査周期、Ｔfは帰線期間、Ｋ2は定数である。
【００１０】
【数３】
0003646373.tif 000004
【００１１】
【数４】
0003646373.tif 000005
【００１２】
【数５】
0003646373.tif 000006
【００１３】
【数６】
0003646373.tif 000007
【００１４】
この様な動作時水平スイッチングトランジスター１のＴf期間に発生するコレクタ電圧（以後、ＶCPという）は（数７）で表わされる。
【００１５】
【数７】
0003646373.tif 000008
【００１６】
以上の関係より、偏向インダクタンス（以後、ＬDYという）とｆHとの関係は（数８）に示すように周波数の２乗に反比例する。ここで、Ｋ3は定数である。
【００１７】
【数８】
0003646373.tif 000009
【００１８】
一方、ＶCPとｆHとの関係は、（数９）となり、ｆHと無関係となる。
【００１９】
【数９】
0003646373.tif 000010
【００２０】
以上より水平スイッチングトランジスター１の耐圧としてＶcpを一定とすると、動作周波数比の２乗に反比例して、偏向ヨークのインダクタンスが低下せざるを得ない。
【００２１】
次に、偏向回路の電力について述べる。図７の従来の偏向回路においては、損失は、走査期間と帰線期間とに分け、偏向ヨーク４と水平スイッチングトランジスター１の損失については（数１０）、（数１１）、（数１２）、（数１３）で表わされる。ここで、Ｐsは走査期間損失、Ｐfは帰線期間損失、ＰDYは偏向コイル損失，ＰTRSはトランジスター損失、ＲDYは偏向ヨーク抵抗、ＩDYは偏向電流、ＲSはトランジスター内部抵抗、ＩPPはトランジスターコレクター電流、εは指数、Ｑは共振のＱである。
【００２２】
【数１０】
0003646373.tif 000011
【００２３】
【数１１】
0003646373.tif 000012
【００２４】
【数１２】
0003646373.tif 000013
【００２５】
【数１３】
0003646373.tif 000014
【００２６】
この様に周波数が高くなると、水平スイッチングトランジスター１の走査期間の損失と帰線期間の損失が増大することがわかる。
【００２７】
これより、損失を小さくするには、水平スイッチングトランジスター１の電流を低減する手段、つまり電源電圧を上げ、従来の偏向ヨークのインダクタンスより２〜３倍高い値のインダクタンスの偏向ヨークで動作することが有効である。
【００２８】
また、偏向ヨークのＬ値が低下することは、前に述べたがこの場合偏向ヨークのＬ値は（数１４）の関係がありｎを小さくすることを意味する。ここで、ｎは巻数，ｌは磁路長、Ｓは断面積、μは比透磁率である。
【００２９】
【数１４】
0003646373.tif 000015
【００３０】
偏向ヨークの機能は、巻回されたｎターンの巻線に電流を流し偏向走査、およびＣＲＴの発光面のＲＧＢの色ずれ（いわゆる、コンバーゼンス特性）を防止するとともに歪みの少ない画面を構成するものである。しかし偏向ヨークの設計において、巻数が小さくなると最適磁界分布を設定するのが困難な面がでてきている。
【００３１】
従来の高周波用の偏向装置の場合、高圧回路は偏向回路への影響をさけて別回路で構成されている場合が多い。
【００３２】
その理由として高周波用の偏向装置は、動作周波数が信号に自動追従するマルチスキャン方式や、振幅調整がユーザーサイドで調整できる装置等、偏向動作が常に一定でなく、その結果安定した高圧を偏向パルスから得られないことに起因する。図９は従来の高周波ディスプレイの偏向構成図で、図９において、８は偏向回路、９は高圧回路であり動作はそれぞれ単独で行われ、高圧回路９には、高圧を検出して高圧回路の制御を行い高圧を安定させる機能が設けられている。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の高周波用の偏向装置は、より経済的にかつエネルギー資源の有効活用という点において、改善すべき点がある。その第１は、偏向回路の電力損失、第２に高圧回路の電力損失、第３に偏向ヨークの特性劣化と生産性である。
【００３４】
この３点の課題について述べる。高周波用の偏向装置は、従来よりスイッチング素子１個で構成されており、その耐圧に限界があり現在１５００〜１７００Ｖ程度の耐圧となっている。従来の動作例で説明した如く、高周波動作は偏向ヨークのインダクタンスが低下せざるを得ない。その結果、スイッチング素子の電流が増加し、損失が増大する。第２に偏向ヨークのインダクタンスの低下は偏向ヨークの巻線数で決定されるため最適設計の磁界分布が、巻線数が小さくなると、設定が難しく設計自由度の低下を招く。また巻線数を小さくする結果、巻線積を示す定数Ｌ／Ｒを満たすため、線径を大きく設定することになり巻線性や、高周波抵抗の劣化を招く結果となる。第３に高圧回路を別に設けることは、特性上非常に有利ではあるが、偏向回路の基本動作と同様にスイッチング素子の損失の増大を招き、装置として消費電力が増大するという問題点を有していた。
【００３５】
本発明の高周波偏向回路は従来の課題を解決するもので、高周波用の偏向装置の電力損失を低減する手段、いいかえれば、偏向ヨークのインダクタンスを水平スイッチングトランジスターのコレクタ電圧の制限を越えて設定し得る駆動方法および偏向パルスを昇圧する高圧発生方式を採用し、実用に具する高周波偏向回路を提供することを目的としている。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の高周波偏向回路は、インダクタンスの高い偏向ヨークを駆動して電力損失を低減するため、トランジスターのＶCP以上の電圧を偏向ヨークに印加する必要がある。その手段として共振回路を形成し、この電圧を偏向ヨークに逆位相、つまり＋パルスと−パルスとして印加し等価的な印加電圧を高く設定することと、この共振スイッチング波形を偏向トランスの巻線電圧により高速スイッチング素子に同期スイッチングさせる構成を持ち、かつ偏向トランスとは低い結合度を有する高圧トランスの１次側を高圧回路の共振回路に偏向回路と逆位相で共振電圧を印加し、その共振電圧の波高値を制御することにより高圧の安定化を実施できる構成を有している。
【００３８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、偏向ヨークと偏向トランスと第１のスイッチング素子と第１の共振コンデンサーとからなる偏向回路と、第２のスイッチング素子と第２の共振コンデンサーと第１のチョークコイルとからなる第１の共振回路と、第３のスイッチング素子と第３の共振コンデンサーと第２のチョークコイルとからなる第２の共振回路とトランスと前記トランスの電圧と所定の電圧とを比較する比較増幅素子とからなる電圧制御回路とからなる高圧回路とを有し、前記偏向ヨークの各々の端部には、前記偏向回路の第１の出力波形である前記第１のスイッチング素子のコレクタ電圧と前記第１の共振回路の第２の出力波形である帰線パルスが接地点を中心に逆位相になるように接続し、かつ第２のスイッチング素子のスイッチングを前記偏向トランスの巻線の電圧により行い第１のスイッチング素子との同期スイッチング動作を行うとともに、前記偏向トランスと前記トランスとを所定の結合度で結合し前記トランスの１次側を前記偏向回路の第１の出力波形と前記第２の共振回路の第３の出力波形が接地点を中心に逆位相になるように接続したものであり、さらにディスプレイの偏向に不可欠な高圧発生機能を偏向トランスと同一磁路で所定の結合度に構成し、第３の出力波形の波高値を変化させ安定した高圧を得ようとするものである。さらに高圧トランスのインダクタンスを高く設定し、動作電流を低減できるため、損失を著しく低減できるものである。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態について、図１および図２を参照しながら説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態による高周波偏向図を示し、図１において、偏向回路はエミッターが接地されたスイッチングトランジスター１０のコレクターに偏向トランス１３を介して、接地された電源４１によりエネルギーが供給される。また、スイッチングトランジスター１０のコレクターにはダンパーダイオード１１、および共振コンデサー１２が接続され、それぞれ他端は接地されている。偏向ヨーク１６の一端はスイッチングトランジスター１０のコレクターに接続され、他端は電界効果トランジスタ（以後，ＦＥＴという）２１のソースに接続される。ＦＥＴ２１のドレインはＳ字コンデンサー２２を介して接地される。この高周波偏向回路の主回路に接続される共振回路は、共振回路に電源を供給する偏向トランス１３の巻線１４の一端はＦＥＴ２１のソース接続され、他端は整流ダイオード２０のアノードに接続され、整流ダイオード２０のカソードはＦＥＴ２１のソースとドレインとの間に接続されたチョークコイル１９と平滑コンデンサー１８の接続点に接続されている。また、ＦＥＴ２１のドレインとソースとの間に共振コンデンサー１７が接続されている。そして、偏向回路に発生するフライバックパルスを第１の共振回路に伝送する第１の同期スイッチング回路は、偏向トランス１３の巻線１５の電圧波形を波形成形回路５０を介してＦＥＴ２１のゲートに、他端をＦＥＴ２１のソースに接続されることで構成される。
【００４１】
次に高圧回路の構成について述べる。高圧回路に電源を供給する高圧トランスの巻線２５の一端はＦＥＴ３１のソースに接続され、他端は可飽和リアクター２７および整流ダイオード４０のアノードに接続されている。スイッチングトランジスター１０のコレクターに高圧発生トランスの１次巻線２３の一端が接続され、１次巻線２３の他端は交流結合コンデンサー２６を介してＦＥＴ３１のソースに接続され、ＦＥＴ３１のドレインは接地されている。整流ダイオード４０のカソードはＦＥＴ３１のドレインとソースとの間に直列接続されたチョークコイル３０と平滑コンデンサー２９との接続点に接続されている。ＦＥＴ３１のドレインとソースとの間には共振コンデンサイー２８が接続されている。つぎに高圧回路の第２の同期スイッチ回路は、偏向トランス１３の巻線２４の電圧波形を波形整形回路５１を介してＦＥＴ３１のゲートとソースとの間に接続されている。高圧制御回路についての構成は高圧トランスの２次巻線３６の一端は接地され、他端は高圧整流ダイオード３７を介して直列接続された検出用の抵抗３８に接続され、抵抗３８の他端は検出用の抵抗３９に接続され、抵抗３９の他端は接地されている。抵抗３８と抵抗３９との接続点より反転比例増幅器３４の反転入力端子に接続する。反転比例増幅器３４の正転入力端子には基準電圧源３３が接続されている。反転比較増幅器３４の出力端子は制御用のトランジスター３２のベースに接続され、エミッターは可飽和リアクター２７の直列制御巻線の一端に接続され、可飽和リアクター２７の直列制御巻線の他端は接地されている。トランジスター３２のコレクターには接地電源３５の正側が接続されている。
【００４２】
以上のように構成された高周波偏向回路の動作について説明する。
まず、偏向回路の基本動作についてせつめいする。図１は本発明の一実施の形態による高周波偏向回路図で、図１において偏向トランスの１次巻線１３を介して、電源４１より電流が流れると同時に巻線１５にも電圧が発生しスイッチングＦＥＴ２１のゲートをＯＮし、ドレインとソースとの間を導通せしめる。また、巻線１４にも同様に電圧が発生し、整流ダイオード２０と平滑コンデンサー１８とにより直流電圧が充電されるとともにチョークコイル１９を介して、Ｓ字コンデンサー２２を充電する。その結果、Ｓ字コンデンサー２２の充電電圧は、電源４１の電圧＋Ｂ1と平滑コンデンサー１８の充電電圧Ｂ2が印加され、偏向ヨークの動作電圧は電源４１の電圧＋Ｂ1に平滑コンデンサー１８の充電電圧Ｂ2が付加された動作となる。次に、帰線期間に入ると、スイッチングトランジスター１０がＯＦＦすると、偏向トランスの巻線の１５の巻線電圧は逆極性となりＦＥＴ２１のゲートをＯＦＦする。その結果、第１の共振回路のインダクタンス１９と共振コンデンサー１７により帰線パルスＶDP1を発生する、スイッチングトランジスター１０のコレクター電圧ＶCPとの関係は図２の本発明の一実施の形態による高周波偏向回路のＶCP（コレクター電圧）とＶDP1（帰還パルス）の関係図に示されるように、正パルスと負パルスに分割されて偏向ヨークに印加される。以上の動作をくり返しながら、偏向ヨーク１６に電源電圧＋Ｂ1と平滑コンデンサー１８の充電電圧Ｂ2を加算した電圧で動作する。
【００４３】
この動作の重要な点はコレクター電圧ＶCPとの高速同期スイッチングの実現である。第２のスイッチング素子にトランジスター等のスイッチングスピードの遅い素子を使用すると、蓄積電圧Ｔsgが大きいため（例えば、トランジスタでは２〜３μｓｅｃ程度）、コレクター電圧ＶCPとの同期スイッチングができず、目的の動作ができなくなる。各スイッチング素子の位相のおくれを示したものが図３である。トランジスター１０はベース駆動電圧が０ＶになってもＴsg後にＯＦＦとなり遅れを生じるが、ＦＥＴの帰線パルスＶDP1は巻線１５の電圧で駆動されるため、コレクター電圧ＶCPに対する遅れは非常に小さく構成できる。
【００４４】
以上の動作内容は図５の本発明の一実施の形態による高周波偏向回路の偏向回路の等価回路図で表わされ、Ｓ1およびＳ2は同期スイッチで、走査期間は同期スイッチＳ1、Ｓ2が共にＯＮなる時、帰線期間は同期スイッチＳ1、Ｓ2が共にＯＦＦなる時に行う。このことは、従来回路の動作説明式（数８）より、Ｂ電圧を上げた動作となり、偏向ヨークインダクタンスＬDYは高く設定される。（数８）より（数１５）で表わされる。
【００４５】
【数１５】
0003646373.tif 000016
【００４６】
また、トランジスターの損失式（数１２）のトランジスターコレクター電流ＩPPが減少し、損失が低減される。しかしながら高速なスイッチング素子であるＦＥＴ３１（例えば、スイッチング時間１５０〜１６０ｎｓのもの）を使用しているためＯＮ期間の損失項が付加されるため、ＯＮ抵抗の小さな高速なスイッチング素子を選定する必要がある。高速なスイッチング素子としての特徴は高速スイッチングは可能であるが高耐圧での低ＯＮ抵抗は現状の素子では、実現できておらず、４００〜６００Ｖ耐圧クラスの低ＯＮ抵抗の素子を選定することが本方式においては望ましい。
【００４７】
次に高圧発生動作について説明する。基本的な動作は偏向回路と同様であるが、高圧制御を実施する手段として第３の共振スイッチング回路の電源電圧を可飽和リアクター２７のインダクタンス値Ｌを制御する方法でとっている。図１において高圧出力電圧を検出用の抵抗３８，３９によって検出し、検出電圧が基準電圧源３３より低下すると３４の反転比較増幅器の出力が上がり、制御用のトランジスター３２のコレクター電流を増加させる動作を行う。この結果可飽和リアクター２７の１次制御電流が増加し２次側のＬ値が低下する。高圧トランスの巻線２５に可飽和リアクター２７が接続されているため、インダクタンスによる電圧降下が減少し、整流電圧が上昇し、高圧トランスの一端に接続されている交流結合コンデンサー２６を介して印加される共振電圧の波高値が高くなる。高圧トランスの１次側への印加電圧、いわゆるコレクター電圧ＶCP＋制御電圧ＶDP2が高くなり２次側の高圧トランスの２次巻線３６の出力電圧も高くなり高圧の安定化動作を行う。本動作の重要な点は、偏向トランスの巻線１３と、高圧トランスの１次巻線２３との結合度でり、高圧の制御が可能な範囲まで結合度を所定の値まで低くすることである。結合度Ｋが１に近い状態での実験では高圧制御幅が著しく狭く、実用に具さない。動作実験の結果、結合度Ｋ＝０．７以下に設定することにより、所定の（約３０％）の高圧値の制御が可能となる。高圧制御の動作原理を図６の本発明の一実施の形態による高周波偏向回路の高圧制御動作図に示す。
【００４８】
結合度の低い状態を実現するため、偏向トランスの１次巻線と高圧トランスの１次巻線をＵ字コアの両脚に巻線を施しており、その構成図を図４に示す。結合度を低く設定するためには別コアによる高圧トランスを用いても同等の動作を実現できるが、励磁力の増大を招くことになる。Ｋ＝１の場合偏向トランスの１次側の電圧は固定されており、高圧トランスの１次側電圧を変化させることができない。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１に高周波偏向回路における、回路動作損失の増大、偏向ヨークのインダクタンスの低下による特性・生産性の劣化を共振回路を、高速同期スイッチングさせ偏向ヨークに印加し動作電圧を上げる回路を設けることにより、偏向ヨークインダクタンスの低下を防止できる。その結果、偏向電流を低減せしめ、回路動作損失を低減する主たる目的を達することができる。
【００５０】
第２に偏向回路と高圧回路を分離した従来の偏向装置の方式の回路動作損失を、高圧回路に共振回路と電圧制御回路とを設け、所定の結合度に設定された高圧トランスに印加し、かつその動作電圧を制御することにより高圧の安定化が実現でき、動作損失を低減できる。
【００５１】
以上、第１および第２の構成により、高周波偏向回路として、動作損失の少ない高性能な特性を実現できるし、応用面も広く有用な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による高周波偏向回路図
【図２】本発明の一実施の形態による高周波偏向回路のＶcp（コレクター電圧）とＶDP1（帰還パルス）の関係図
【図３】偏向回路における、各動作波形のスイッチング遅れ関係図
【図４】本発明の一実施の形態による高周波偏向回路のトランスの回路構成図
【図５】本発明の一実施の形態による高周波偏向回路の偏向回路の等価回路図
【図６】本発明の一実施の形態による高周波偏向回路の高圧制御動作図
【図７】従来の偏向回路図
【図８】従来の偏向回路の偏向波形図
【図９】従来の高周波ディスプレイの偏向構成図
【符号の説明】
１０  スイッチングトランジスター
１１  ダンパーダイオード
１２  共振コンデンサー
１３  偏向トランス
１４、１５、２４、２５  巻線
１６  偏向ヨーク
１７、２８  共振コンデンサー
１８、２９  平滑コンデンサー
１９、３０  チョークコイル
２０、４０  整流ダイオード
２１、３１  電界効果トランジスタ
２２  Ｓ字コンデンサー
２３  １次巻線
２６  交流結合コンデンサー
２７  可飽和リアクター
３２  トランジスター
３３  基準電圧源
３４  反転比例増幅器
３５  接地電源
３６  ２次巻線
３７  高圧整流ダイオード
３８、３９  抵抗
４１  電源
５０、５１  波形整形回路
【図１】
0003646373.tif 000017
【図２】
0003646373.tif 000018
【図３】
0003646373.tif 000019
【図４】
0003646373.tif 000020
【図５】
0003646373.tif 000021
【図６】
0003646373.tif 000022
【図７】
0003646373.tif 000023
【図８】
0003646373.tif 000024
【図９】
0003646373.tif 000025