專利名稱：顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種馳返變壓器，更具體地說，涉及一種無需附加高壓電容器，即僅改變馳返變壓器的結(jié)構(gòu)，就可提供顯像管顯示器(CRT MONITOR，簡稱MTR)穩(wěn)定高電壓的馳返變壓器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)顯像管監(jiān)示器內(nèi)，一般設(shè)有一高壓馳返變壓器(HIGH VOLTALTAGEFLYBACK TRANSFORMER，簡稱FBT)，其主要功能是配合外圍的電路產(chǎn)生適當(dāng)?shù)母邏弘娫矗粤铒@像管陰極所產(chǎn)生的熱電子加速，且具有足夠的能量撞擊顯像管屏幕內(nèi)涂布的熒光點(diǎn)，而使屏幕發(fā)亮，該高壓馳返變壓器的技術(shù)是沿革自顯像管電視(CRT TELEVISION，簡稱TV)，再根據(jù)顯像管監(jiān)示器的特別規(guī)范發(fā)展而得。
近年來，由于消費(fèi)者對(duì)于顯像管監(jiān)示器的畫質(zhì)要求不斷提高，高壓馳返變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)，已非顯像管電視技術(shù)可符合要求，其中尤以水平切換頻率Fh及靜態(tài)畫面水平靈敏度增量Rd為然；Rd是指畫面尺寸由低亮度到高亮度時(shí)的增加量。一般而言，顯像管電視由于只提供活動(dòng)的畫面，故無Rd的顧慮，但顯像管監(jiān)示器必須能提供靜止畫面，且在一定亮度變化范圍內(nèi)，畫面須呈現(xiàn)足夠的穩(wěn)定性，否則，畫面上的內(nèi)容變形，故有Rd的規(guī)范，因此，顯像管監(jiān)示器及顯像管電視在相關(guān)主要參數(shù)上有下列不同1)切換頻率Fh顯像管監(jiān)示器的切換頻率Fh雖采用32KHz-100KHz的定點(diǎn)式，但因Fh由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供，而每家計(jì)算機(jī)的Fh各異，故其高壓馳返變壓器必須全域適用；顯像管電視的切換頻率Fh采用16KHz或32KHz的單一頻率。
2)Rd的規(guī)范顯像管監(jiān)示器以CHROMA畫面信號(hào)產(chǎn)生器驅(qū)動(dòng)監(jiān)示器的顯像管及其高壓馳返變壓器，使其產(chǎn)生畫面，并依設(shè)定的相關(guān)亮度參數(shù)及圖形(如黑白相間且等高的橫帶)，測量兩相鄰橫帶水平寬度的增量Rd，以17”顯像管監(jiān)示器為例，其Rd值規(guī)格小于1.0mm；顯像管電視則無Rd規(guī)范。因此，在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)顯像管監(jiān)示器的靜態(tài)畫面水平靈敏度Rd時(shí)，因?yàn)橄惹凹妓嚨腇BT內(nèi)阻太大，且高壓放電時(shí)間太長，一般須在高壓馳返變壓器的高壓輸出端上附加一電容值介于1500pf-6000pf間的高壓濾波電容器Co所示，才能滿足Rd的要求。結(jié)構(gòu)上，該高壓濾波電容器與高壓馳返變壓器組合成一體。
此外，如圖20所示，現(xiàn)行高壓馳返變壓器所采用的初級(jí)線軸80(LV Bobbin，簡稱LB)及高壓線軸81(HV Bobbin，HB)是二件式結(jié)構(gòu)，該二線軸80及81均由熱塑形塑膠(如PBT)射出成型，由于熱塑形材料在制作時(shí)的流動(dòng)特性限制，該二線軸80及81的肉厚一般均必須大于0.9mm，且當(dāng)高壓線圈811及初級(jí)線圈810分別繞在高壓線軸81及初級(jí)線軸80后，該高壓線軸81套設(shè)在初級(jí)線軸80的外緣，故兩者間必須預(yù)留約0.3mm的間隙，以利套設(shè)工程的完成。因此高壓線圈811與初級(jí)線圈810的距離S必大于1.2mm。此時(shí)，高壓線圈Nhc對(duì)初級(jí)線圈Npc間耦合系數(shù)Kph，及初級(jí)線圈Npc對(duì)高壓線圈Nhc的耦合系數(shù)Khp因此而降低。而其中的Kph約為0.78，Khp約為0.83。因此，造成顯像管電容Ct的充電時(shí)間太短，且發(fā)生在畫面垂直掃描始點(diǎn)及終點(diǎn)的高壓差(即高壓漣波)ΔVho變大，約等于1.3KV，且其能源功率約只有0.57。
另，如圖20所示，在現(xiàn)行高壓馳返變壓器中，裝設(shè)在二線軸80及81的上、下鐵心821及822，是在二線圈810及811內(nèi)采用平面式內(nèi)氣隙823，故將產(chǎn)生漏磁b，該漏磁b在水平偏掃期Ths間，由初級(jí)線圈810所產(chǎn)生，其與高壓線圈811磁鏈的部分因此減少。故將降低Kph值、Vh/T值及個(gè)別高壓值Vh(即降低初級(jí)線圈Npc/高壓線圈匝數(shù)Nhc的升壓比)。該漏磁b在水平馳返Thf期間，由高壓線圈811所產(chǎn)生。因此減少其與初級(jí)線圈810交鏈的部分，故將降低Khp值及高壓諧波頻率γ及高壓Vho恢復(fù)程度。而其平面形的氣隙823的有效寬度，在電力負(fù)載增加時(shí)，其增量幾乎可忽略，故無助Vpk值的提升，Vho值也無提升，導(dǎo)致ΔVho變值無法得到改善。因此，Kph由前述0.78將低至的0.66，Kph及Khp太小，致使其靜態(tài)畫面水平靈敏度Rd將惡化為約2.5mm。此時(shí)，必需借由增設(shè)一高壓濾波電容器(圖3中所示的Co)，以縮小高壓漣波ΔVho的值，以期達(dá)到令Rd＜1.0mm的要求，故其制作成本將因此而增加，造成信賴度MTBF及安全度降低等負(fù)面效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器，該變壓器可不增設(shè)一高壓濾波電容器就能達(dá)到Rd＜1.0mm的要求。
本發(fā)明中的顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器是通過改變馳返變壓器的結(jié)構(gòu)，藉由單一繞線軸、鐵心內(nèi)的一特別通孔及楔形氣隙(或其它類似設(shè)計(jì))的外配置法等設(shè)計(jì)，改善Kph及Khp值，以滿足Rd的要求，而不必增設(shè)一高壓濾波電容器。
本發(fā)明中的馳返變壓器包括一單一線軸，該線軸上固設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)繞線端子，且其上依序繞設(shè)有初級(jí)線圈、輔助線圈、絕緣膜及高壓線圈等元件，各線圈的端線連接至對(duì)應(yīng)的繞線端子，該線軸及這些元件容置于一外殼內(nèi)，該外殼內(nèi)注入有絕緣膠，以將這些元件、線圈及外殼封固成一整體，該線軸上另套設(shè)有一上鐵心及一下鐵心，各鐵心間設(shè)有一楔形氣隙配置于線圈外(下稱楔形外氣隙)，且該楔形外氣隙配合各線圈在繞設(shè)時(shí)所采用的零星匝的繞制方式，將使馳返變壓器在完全無需外加濾波高壓電容的情形下，仍可令顯像管顯示器滿足靜態(tài)畫面水平靈敏度規(guī)范的要求，并具備省電、成本低及體積小的優(yōu)點(diǎn)，一并解決因此所可能造成的其它負(fù)面影響。


圖1是本發(fā)明中無濾波電容器式馳返變壓器的剖面示意圖；圖2是本發(fā)明中馳返變壓器的外觀示意圖；圖3是本發(fā)明中水平輸出/高壓產(chǎn)生馳返變壓器的電路示意圖；
圖4是圖3中所示三極管基極于一垂直周期Tv期間的波形示意圖；圖5是本發(fā)明中馳返變壓器初級(jí)線圈上的電流Ip波形示意圖；圖6是本發(fā)明中馳返變壓器在t1-t4期間，初級(jí)側(cè)的電壓Vp波形示意圖；圖7是本發(fā)明中馳返變壓器的初級(jí)線圈上的電流Ip波形放大示意圖；圖8是本發(fā)明中馳返變壓器在t0-t1期間，初級(jí)側(cè)的等效電路示意圖；圖9是本發(fā)明中馳返變壓器在t1-t2期間，初級(jí)側(cè)的等效電路示意圖；圖10是本發(fā)明中馳返變壓器在t2-t3期間，初級(jí)側(cè)的等效電路示意圖；圖11是本發(fā)明中馳返變壓器在t3-t4期間，初級(jí)側(cè)的等效電路示意圖；圖12是本發(fā)明中馳返變壓器在t4-t5期間，高壓側(cè)本身的漏電感Lh’及雜散電容Ch’所產(chǎn)生的振波交疊于感應(yīng)而得的主波Vh上的波形示意圖；圖13是本發(fā)明中馳返變壓器高壓側(cè)的電壓Vh波形頂部示意圖；圖14是本發(fā)明中馳返變壓器鐵心楔形氣隙的放大示意圖；圖15是本發(fā)明中馳返變壓器鐵心之B-H曲線示意圖；圖16是本發(fā)明中馳返變壓器的磁力線分布示意圖；圖17是本發(fā)明在馳返變壓器上增設(shè)磁遮蔽圈的一實(shí)施例的示意圖；圖18是本發(fā)明在馳返變壓器上增設(shè)磁遮蔽圈的另一實(shí)施例的示意圖；圖19是本發(fā)明中馳返變壓器在垂直周期期間Tv內(nèi)高壓Vh的波形示意圖；圖20是傳統(tǒng)馳返變壓器的磁力線分布示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器，如圖1和圖2所示，主要包括一線圈架(bobbin)10，該線圈架10以熱塑形塑膠(如PBT)射出成形后插入所需繞線端子11制作而成，該線圈架10上設(shè)有一繞線軸12，該繞線軸12的中心設(shè)有一貫穿線圈架10的貫穿孔13，該貫穿孔13的大小恰可令一組上、下鐵心30及31(CORE)套設(shè)其中，該繞線軸12的表面設(shè)有相互間隔且沿徑向突伸的肋板14，這些肋板14間形成繞線槽，使得初級(jí)線圈(匝數(shù)Np)20、輔助線圈(匝數(shù)Naux，圖中未示)、高壓線圈21(復(fù)數(shù)圈相互絕緣的線圈，匝數(shù)Nh)及其上所連接的高壓二極管D1、2、...5(圖中未示出)等可依序繞設(shè)在繞線軸12上，各線圈20、21的端線連接至適當(dāng)?shù)睦@線端子11。
在本發(fā)明的馳返變壓器的線圈結(jié)構(gòu)中，由于初級(jí)線圈20的電壓僅約1KV(即1000伏特)，漆包線已足以提供充分的絕緣。而高壓線圈21的電壓則高達(dá)7KV，為避免初級(jí)線圈及高壓線圈間的漆包線絕緣不足，在依序繞設(shè)初級(jí)線圈20及高壓線圈21時(shí)，兩者間還必須繞設(shè)足夠厚度S的絕緣膜22(如MYLAR薄膜等絕緣膜)，以防發(fā)生電極擊穿現(xiàn)象。各高壓線圈間由于電壓高達(dá)7KV，故彼此間須配置絕緣膜(圖中未示)。各高壓線圈的端線間所連接的高壓二極管，是用于將所產(chǎn)生的復(fù)數(shù)組交流高電壓，分別整流成直流堆疊而成的高電壓Vho(如25KV)，并分別以陽極電纜(ANODE CABLE，圖中未示出)、靜態(tài)聚焦電纜(STATICFOCUSCABLE，圖中未示出)、簾柵極電纜(SCREEN GRID G2 CABLE，圖中未示)及動(dòng)態(tài)聚焦電纜(DYNAMIC FOCUS CABLE，圖中未示出)等，將各電壓輸出至一顯像管上各對(duì)應(yīng)的電極，以提供各電極令顯像管屏幕正常顯像所需的電壓。當(dāng)各線圈20、21被繞設(shè)組裝至線圈架10后，再于線圈架10上架設(shè)高壓二極管及附屬零件，并置入一外殼40中，再于外殼40內(nèi)注入用于封固的絕緣膠50(如環(huán)氧樹脂EPOXY)，以將各線圈20、21、線圈架10及外殼40封固成一體(BODY)，再將二鐵心30、31套設(shè)于繞線軸12的貫穿孔13后，藉一扣件32予以固定，即可令這些鐵心30、31貫穿線圈架10且定位其上，如此，馳返變壓器被制作完成，且被組裝至一顯像管監(jiān)示器后，將該馳返變壓器上的各電纜分別連接至顯像管上各對(duì)應(yīng)的輸入端子，即可在顯像管通電后，展示其應(yīng)有的功能。
在本發(fā)明的馳返變壓器中，上、下鐵心30、31及其間所形成的一楔形外氣隙33，用于形成一磁場路徑，以集中及增加磁力線(FLUX)。該磁力線是初級(jí)線圈20及高壓線圈21間電力傳輸及電壓升降的媒介。此一磁場路徑的配置方式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅直接決定了上述線圈的設(shè)計(jì)方式、高壓二極管的規(guī)格、馳返變壓器的整體效率及成本、外圍零件的規(guī)格及成本，更間接影響著顯像管監(jiān)示器的整體效率、性能與成本。故磁場路徑的設(shè)計(jì)，乃制作顯像管監(jiān)示器時(shí)極為重要的核心技術(shù)。
馳返變壓器的工作原理，可由圖3所示的馳返變壓器的電路圖及圖4至圖11所示的相關(guān)波形及電路圖得知，當(dāng)三極管60的基極被輸入一切換頻率為Fh且其波形如圖4所示的電壓V時(shí)，該馳返變壓器的初級(jí)線圈20(匝數(shù)為Np)上產(chǎn)生的電流Ip波形如圖5所示，參見圖7，其電能將按下列的時(shí)相依序變化時(shí)相1)在t0-t1期間，輸入馳返變壓器的電能Pin，依下列公式，以磁能形式儲(chǔ)存于楔形外氣隙33中，此時(shí)，初級(jí)側(cè)的等效電路如圖8所示，Pin＝Fh[Vb(t1-t0)]2/8Lp......(1)＝Fh(1/2)LpIpk2......(2)其中Vb代表輸入電壓，Lp代表初級(jí)線圈20的電感，Ipk代表流經(jīng)初級(jí)線圈的激磁峰值電流，F(xiàn)h代表水平切換頻率。
時(shí)相2)在t1-t2期間，因三極管60呈開路狀態(tài)，令水平偏掃線圈電感Ly、Lp并聯(lián)而成的L及初級(jí)側(cè)電容Cp組成一振蕩電路，輸入的能量振蕩于此電路中。此時(shí)，初級(jí)側(cè)的等效電路如圖9及圖10所示，其振蕩周期為2Thf=2πLCp,]]>即Thf=πLCp......(3)]]>L-1＝(Lp-1+Ly-1)-1磁能以電能形式饋入電容器Cp，產(chǎn)生如圖6所示的正弦電壓波形。
時(shí)相3)t2-t3期間，乃最關(guān)鍵的時(shí)相，此時(shí)，正弦電壓波形達(dá)到峰值Vpp，電能注入初級(jí)側(cè)電容Cp，使電容Cp的電壓值上升，且其初級(jí)側(cè)的等效電路如圖9所示，并依下列公式，令其初級(jí)電壓值最終達(dá)于峰值，如圖6所示Vpk＝Vb(π/2)(Ths/Thf)......(4)其中Ths代表水平掃描期，Thf代表水平馳返期。
此時(shí)，初級(jí)線圈Np每匝所得到的交流峰值電壓為Vp/T＝Vpk/(Np)......(5)電容Cp所得到的能量，部分將釋出至各高壓線圈21(匝數(shù)為Nh)，經(jīng)升壓整流后，饋入Ct中；提升其高壓值，及輔助線圈25(匝數(shù)為Naux，如圖3所示)，但由于每一水平馳返期Thf間高壓線圈21自初級(jí)線圈20所獲得的能量，并不足以補(bǔ)充顯像管電容Ct于水平掃描期Ths所消耗的電能，致電壓Vho于垂直掃描期間Tvs(參看圖4及圖19)持續(xù)下降。
初級(jí)電壓處于峰值Vpp期間，各高壓線圈Nh即感應(yīng)出電壓(參照?qǐng)D10)，高壓線圈21每匝所獲得的電壓則為Vh/T＝KphVp/T......(6)其中Kph為初級(jí)線圈Np磁鏈到高壓線圈Nh的耦合系數(shù)，代表三者間于圖7中所示t0-t1期間磁力線的磁鏈程度，其大小取決于下列因素1)高壓線圈及初級(jí)線圈的匝數(shù)Np、Nh；2)高壓線圈及初級(jí)線圈間的距離S，如圖1所示；3)這些鐵心30、31間所形成的楔形氣隙配置于線圈內(nèi)或線圈外。
此外，由于高壓線圈21所獲得的能量，除供作輸出外，也自行振蕩于由其本身的漏電感Lh’及雜散電容Ch’所組成的振蕩槽中，其諧振頻率γ為γ=(2π[L′hC′h])-1......(6-1)]]>其中，L′h決定于Nh鏈到Np的耦合系數(shù)Khp；C′h決定于Nh及其與Np間的距離，如圖1中的“S”。其振波交疊于感應(yīng)而得的主波Vh上，如圖12及圖13所示，此一綜合波經(jīng)整流堆疊后，將注入顯像管電容Ct，以補(bǔ)充其在水平掃描期間Ths所下降的電壓，故可令Vho值稍為提升，然而因高壓內(nèi)阻太大無法補(bǔ)足至原始值。該高壓線21本身的漏電感Lh值大小，也取決于下列因素1)高壓線圈及初級(jí)線圈的匝數(shù)值Np、Nh；2)高壓線圈及初級(jí)線圈間的距離S；3)這些鐵心30、31間所形成的楔形氣隙配置于線圈內(nèi)或線圈外。
即取決于高壓線圈Nh磁鏈到初級(jí)線圈Np的耦合系數(shù)Khp。因此，各耦合系數(shù)Kph及Khp均取決于高壓線圈及初級(jí)線圈的匝數(shù)值Np、Nh及其間的距S，及楔形氣隙配置于線圈內(nèi)或線圈外。其中Kph決定圖12中所示波形的主波振幅(amplitude)，但Khp決定γ頻率，因而決定波頂?shù)膶挾?，愈寬則表示注入電容Ct的時(shí)間愈長，高壓Vho愈能恢復(fù)至接近其原始值。故這些耦合系數(shù)Kph及Khp的大小，實(shí)為設(shè)計(jì)馳返變壓器的最核心技術(shù)，即影響在設(shè)計(jì)顯像管的靜態(tài)畫面水平靈敏度Rd時(shí)的最重要參數(shù)之一 Kh值提升，參照?qǐng)D12及圖13必提升其Vpk及頂部的平坦度，而于水平馳返期間Thf提升每水平周期的Vho恢復(fù)量。
時(shí)相4)在t3-t4期間，由于初級(jí)線圈20的電壓降至無法輸出能量，故剩余的能量除饋返Vb外，部分將存留于楔形外氣隙中，初級(jí)線圈20的電流將反向發(fā)展增加至-Ipk，如圖5及圖11所示。
時(shí)相5)在t4-t5期間，如圖11所示，初級(jí)線圈20的電壓已降至使諧振二極管Df導(dǎo)通的程度，此時(shí)，該楔形外氣隙中殘余的能量將饋回Vb，故初級(jí)線圈20的電流將因能量的減少，而由-Ipk向零電流發(fā)展，此時(shí)，初級(jí)側(cè)的等效電路將如圖11所示。
據(jù)上所述，馳返變壓器在開機(jī)后，于垂直掃描期間Tvs，Vho雖于每一水平馳退期內(nèi)t2-t3期間稍為得到補(bǔ)充(如圖12和圖13所示)，但在垂直偏掃Tvs期間卻持續(xù)下降(如圖19所示)，而主要于垂直返馳Tvf期間(畫面遮沒，Vho高壓不下降)，使得顯像管電容Ct持續(xù)于t2-t3期間充電，令Vho持續(xù)上升，直到下一次垂直掃描周期開始，其波形如圖19所示。
Vho于一垂直周期Tv的變化，可參閱圖19所示，其最小值Vhomin發(fā)生在畫面垂直掃描的終點(diǎn)，其最大值Vhomax則發(fā)生在畫面垂直馳返的終點(diǎn)，即垂直掃描周期開始點(diǎn)。兩者間的差值(即高壓漣波)ΔVho＝Vhomax-Vhomin愈大，則靜態(tài)畫面水平靈敏度的Rd值愈大，反之，則愈小。
本發(fā)明除利用前述技術(shù)于垂直馳返期間Tvf提升Vh外，特別將鐵心30、31間所形成的氣隙33形狀，由現(xiàn)行的平面形改為圖1中所示的楔形，以借此設(shè)計(jì)，在垂直掃描期間Tvs，于每一水平周期Th的時(shí)相3)，t2-t3期間加強(qiáng)補(bǔ)充Ct的能量，以期縮小ΔVho按，由公式(4)、(5)、(6)可知Vh/T＝Kph(πVb/(2Np))(Ths/Thf)＝((KphπVb)/(2Np))((Th-Thf)/Thf)＝((πKphVb)/(2Np))*((Th/Thf)-1)其中Th、Ths、Thf、Vb、Np及Kph是內(nèi)部或外部參數(shù)，其值均為定值。Thf雖為外部參數(shù)，但在顯像管監(jiān)示器實(shí)際運(yùn)作時(shí)，將隨亮度的增加而延長，故Thf規(guī)格中有5％的允許范圍，本發(fā)明為充分利用此5％的允許量，乃改采用外楔形氣隙33(WEDGE GAP)，如圖1和圖14所示，該氣隙部分的放大圖，通過公式(3)可知，由于Cp為外部參數(shù)為定值，但Lp是內(nèi)部參數(shù)，且其值隨氣隙33形狀及電力負(fù)荷而改變，故可藉Lp的改變，調(diào)整Thf，進(jìn)而調(diào)整公式(5)的Vp/T及公式(6)的Vh/T及圖3中的Vho。下面說明其詳細(xì)原理由于馳返變壓器所形成的整個(gè)磁場路徑，由兩部分組成，即長度為le且透磁率為μr的鐵心30、31及楔形氣隙33組成，故由下列定義可知Lp＝(∑Npφpk)/Ipk＝Np(∑φpk)/Ipk......(9)其中Np為初級(jí)線圈匝數(shù)，φpk為磁力線數(shù)的交流成分值，Ipk為建立φpk的輸入電流交流成分值，而∑φpk則可以下列公式表示，如圖14所示∑φpk＝φDpk+φEpk＝D區(qū)交流磁力線數(shù)+E區(qū)交流磁力線數(shù)......(9.1)定義上，φpk＝磁力線密度*面積＝∫BpkdA，磁力線密度B在D區(qū)不因坐標(biāo)而變，系為定值BDpk，但在E區(qū)則因橫坐標(biāo)x而異，令其為Bxpk，則根據(jù)基本磁學(xué)BDpk＝μHDpk＝(μo(NpIpk)/(go+le/μr)......(9.2)Bx＝μHx＝μo(NpIpk)/(go+le/μr+(Y/E)x)......(9.3)
各區(qū)總磁力線數(shù)φD=∫DoBDpkdA=(μoNpIPK)/(go+le/μr)∫DoFdx]]>=μoFDNpIpk(go+le/μr)......(9.4)]]>φE=∫EoBxpkdA=∫Eo(μoFNpIpk)/(go+le/μr+(Y/E)x)dx]]>=[((μoFENp)/Y)ln((go+Y+le/μr)/(go+le/μr))]Ipk......(9.5)]]>∑φ＝φD+φE......(9.6)故公式(9)中的Lp＝∑Npφpk/Ipk＝μoFNp2[D/(go+le/μr)+(E/Y)ln((go+Y+le/μr))/(go+le/μr))]＝μoFNp2[D/(go+le/μr)+(E/Y)ln((go+Y+le/μr))/(go+le/μr))]......(9.7)由此可知，通過初級(jí)圈Np、鐵心的大部尺寸F、D+E、le、Ae、材質(zhì)μr及氣隙尺寸，D、E、go及Y的調(diào)配，即可設(shè)計(jì)出所需的Lp值域，進(jìn)而取得ΔVho及Rd所須的穩(wěn)定度。
公式(9.7)中的Lp，在設(shè)計(jì)完成后，各部尺寸均為定值。而在實(shí)際運(yùn)作高壓出力因亮度變化而改變時(shí)，由公式(2)可知激磁磁動(dòng)勢NpIpk因而變動(dòng)。如圖14所示的楔形氣隙配置，可令X軸上各點(diǎn)的磁密Bpk沿各自的B-H曲線，隨負(fù)載而移動(dòng)，故各點(diǎn)的μr值隨負(fù)載變大而變小。圖14中p、q點(diǎn)的B-H曲線分別對(duì)應(yīng)于圖15中p、q曲線所示。且當(dāng)負(fù)載由Pin1上升為Pin2時(shí)，兩點(diǎn)的Bpk，μr均各自變化，如圖15所示，即Pin2點(diǎn)的μr下降。故公式(9.7)的Lp值也對(duì)負(fù)載產(chǎn)生反變，即負(fù)載變大，Lp變小。止類的電感俗名的為“動(dòng)態(tài)電感dynamic inductance”。當(dāng)Lp變小，則公式(3)中的Thf變小；公式(2)中的Ipk、Pin變大；公式(4)中的Vho變大而達(dá)Rd變小的要求，即此種動(dòng)態(tài)電感能滿足Rd規(guī)范的要求。欲強(qiáng)化此相關(guān)性，公式(9.7)及圖14中的D寧可較大，Y寧可較大，go寧可較小，其中g(shù)o悠關(guān)整組B-H曲線的形狀。根據(jù)最大/最小負(fù)載的要求，藉由最佳化圖14中的F、D、Y、D+E及go各尺寸，最佳化此動(dòng)態(tài)電感(dynamic inductance)，可以達(dá)成馳返變壓器中Rd的功能要求，而省去傳統(tǒng)馳返變壓器上所附加的濾波電容器，如圖3中的Co。由基本電學(xué)知識(shí)可知，此“動(dòng)態(tài)電感”的概念，可施行于任何需要穩(wěn)定電力及電壓輸出的電源供應(yīng)器；而且氣隙可為任何形狀，只要其有效氣隙長度Ig能滿足公式(9.5)，即能達(dá)成穩(wěn)定性的要求。其氣隙形狀可為楔形，圓錐形或球形等。
由于，在馳返變壓器中，其磁力線是以電力轉(zhuǎn)遞為媒介，其轉(zhuǎn)遞效率取決于兩線圈Np/Nh的磁耦合程度，即初級(jí)/高壓線圈間耦合系數(shù)Kph/Khp。由公式(6)可知，Kph決定基波振幅Vh/T的大小，Vh/T愈大，所需的Nh愈少，即可得到所需的高壓Vho及電力。再參照公式(6-1)，Khp可用于決定γ諧振的頻率、振幅Vh及其波形頂部的寬度及Ct的充電時(shí)間長度。另，參閱前述馳返變壓器的工作原理中t2-t3期間的時(shí)相3)可知，Kph/Khp值取決于Np、Nh及S值，其中Np/Nh由變壓比決定，只有Nh的層數(shù)及軸向的相對(duì)位置，影響其K值，但影響程度有限。但S值則密切影響K值，S愈小K值明顯愈大，故S值在可行范圍內(nèi)，必須縮至最小。
本發(fā)明為改善此問題，乃令馳返變壓器采用單一線軸12(Bobbin)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1和圖2所示，其上在配置一切所需的組件，且繞設(shè)完初級(jí)線圈20后，直接繞設(shè)0.075mm的絕緣膜22(如MYLAR)六匝于其上，再繞設(shè)高壓線圈21于其上，此舉將令高壓線圈21及初級(jí)線圈20間的距離S大幅縮小至約0.45mm，進(jìn)而令Kph約等于0.92，Khp約等于0.84，能源效率約等于0.75，使這些參數(shù)值獲得大幅改善。此外，因γ諧波頻率大幅提升至第13次或更高次，亦大幅增加了Ct的充電時(shí)間，進(jìn)而令ΔVho大幅減少至1KV以下，并令Rd值減小約等于0.8mm，即獲得明顯改善。
另，本發(fā)明在馳返變壓器的鐵心間設(shè)計(jì)了楔形氣隙后，其ΔVh降至約0.6KV，Khp約等于0.96，能源效率η約等于0.80，Rd約等于0.4mm，即不必配置高壓電容Co，即可滿足Rd小于1.0mm的穩(wěn)定性規(guī)格，然而，由于此氣隙配設(shè)在線圈的外側(cè)，故其磁力線分布將如圖16和圖18所示，其中a、b兩磁力線流出鐵心進(jìn)入空氣中，可能有干擾附近人體健康的問題，故為令其符合TCO的人體安全規(guī)范所規(guī)定的VLMF(Very Low Magnetic Frequency)≤25NT(Nanotesla)，本發(fā)明特提出圖17和圖18所示的二較佳實(shí)施例，利用增設(shè)一磁遮蔽圈(Magnetic shield，簡稱shield)70或71，以改善前述問題，其中以圖18所示實(shí)施例的成本較高，故可視實(shí)際需要選用。
磁遮蔽圈的原理，可由法拉第感應(yīng)定律(Farady’s Law of iduction)得知，一變動(dòng)的磁力線(dφ/dt)叫交鏈于一線圈(N匝)時(shí)，將于該線圈上感應(yīng)出電動(dòng)勢(EMF)，令該線圈產(chǎn)生端電壓E＝dNφ/dt......(10)但依楞次定律(Lenz’s Law)可知，此感應(yīng)電壓于封閉電路所驅(qū)動(dòng)的電流方向，取決于“反抗產(chǎn)生該感應(yīng)電流的原因”，故楞次定律規(guī)范了公式(10)中E的極性。而公式(10)中反抗產(chǎn)生該感應(yīng)電流的原因?yàn)棣?，即在圖16和圖18中的a+b。因此，再綜合下列二定律(1)歐姆定律(ohm’s Law)電路中兩點(diǎn)(a、b)間的電位差Vab，電流I及電阻R間的關(guān)系為Vab＝RI.........(11)(2)柯希荷夫規(guī)則(Kirchkoff’s Rule)任何一封閉電路中的電動(dòng)勢總和∑等于電路中的電位差總和∑V，即∑E＝∑Vab......(12)即可由圖18得知，若dI/dt為正值，則該磁遮蔽圈71內(nèi)的電流I方向如圖所示；反之，則電流I方向相反。該磁遮蔽圈71的電流I所產(chǎn)生的磁力線，可抵銷雜散磁力線a+b，令其符合TCO安全規(guī)范所規(guī)定的VLMF要求。而磁力線C存在于鐵心內(nèi)，且不交鏈于磁遮蔽圈，故不耗損電力，也無TCO的顧慮。
據(jù)上所述，本發(fā)明所提出的新結(jié)構(gòu)，在省略了現(xiàn)行外加濾波高壓電容的情形下，仍可令馳返變壓器滿足Rd規(guī)范的要求，然而，如圖3所示，若輔助線圈25在Ev位置的輸出電壓須為30VDC，則由馳返變壓器的出線端的輸出電壓，可經(jīng)Ev位置的輸出端，整流而得，此時(shí)，若出線端的輸出電壓峰值Vspk為1000V，其匝數(shù)為40，故每匝電壓Vspk/T等于25V/T，故輔助線圈25在E位置的匝數(shù)，若配置1匝則不夠，必須配設(shè)2匝，再經(jīng)電阻RE(約60歐)進(jìn)行壓降而得。如此，由圖3所示的電路可知，當(dāng)輸出功率為10W，RE的功率損失為6.7W，占輸入功率63W約11％，除造成無謂的功率損失外，其效率亦明顯降低，且須加大散熱片，以提升其散熱效率，卻憑空增加成本。本發(fā)明為有效解決前述輸出功率無謂損失的問題，特提出零星匝的繞制方式，以解決此一問題，其作法于下鐵心31適當(dāng)角度處，如圖18所示，配置一通孔311，在馳返變壓器上裝配上、下鐵心30、31時(shí)，能令出線端201通過通孔311。此時(shí)，由于初級(jí)線圈20(Np＝40T)所產(chǎn)生的磁力線，是流通于下鐵心31的圓腳內(nèi)，凡與其交鏈的線圈匝數(shù)必感應(yīng)電壓，每匝得Vspk/T＝25V/T，因此，當(dāng)一出線端逆時(shí)針繞完1匝再繞至出線端201而輸出，其所感應(yīng)的電壓即為25V+(1/5)*25V＝30V，經(jīng)整流后，將得到所需的輸出電壓30V，如此，在完全無需使用電阻降壓，且在既省電又省成本的情形下，同時(shí)解決了前述功率損失的惱人問題。
另外，上述雖然本發(fā)明中的較佳實(shí)施例作了說明，但并不能作為本發(fā)明的保護(hù)范圍，因作為本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)其作出相應(yīng)的修改與修飾是可以的，因此，凡是依據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)精神而作出的等效變化或修飾，均應(yīng)認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器，其特征在于包括一線圈架，該線圈架上固設(shè)有復(fù)數(shù)繞線端子及一繞線軸，該繞線軸的中心設(shè)有一貫穿線圈架的貫穿孔，且其上依序繞設(shè)有初級(jí)線圈、輔助線圈、絕緣膜及高壓線圈元件，各線圈的端線連接至對(duì)應(yīng)的繞線端子；一外殼，該外殼用于容置線軸及所述元件，其內(nèi)灌注有絕緣膠，以將所述元件、線圈及外殼封固成一整體；一上鐵心及一下鐵心，各鐵心的一端套設(shè)在貫穿孔中，其另一端則在位于線軸外側(cè)位置處，彼此間隔一楔形氣隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的馳返變壓器，其特征在于所述繞線軸的表面設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)相互間隔且沿徑向突伸的肋板，所述肋板間形成繞線槽，使得所述初級(jí)線圈、輔助線圈、高壓線圈及其上所連接的高壓二極管可依序繞設(shè)在繞線軸上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的馳返變壓器，其特征在于所述初級(jí)線圈、輔助線圈彼此間繞設(shè)有絕緣膜，各高壓線圈間繞設(shè)有絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的馳返變壓器，其特征在于所述二鐵心上配設(shè)有一扣件，以在二鐵心套設(shè)于貫穿孔后通過扣件予以固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的馳返變壓器，其特征在于所述下鐵心適當(dāng)角度處配置有一通孔，使上、下鐵心被裝配至繞線軸時(shí)，能令線圈的一線端在繞完所需匝數(shù)后再通過該通孔輸出，以感應(yīng)出所需的零星電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的馳返變壓器，其特征在于所述馳返變壓器在鄰近氣隙的位置處設(shè)有一磁遮蔽圈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顯像管顯示器用的無濾波電容器式馳返變壓器，其包括一單一線軸，該線軸上固設(shè)有復(fù)數(shù)繞線端子，其上依序繞設(shè)有初級(jí)線圈、輔助線圈、絕緣膜及高壓線圈等元件，各線圈的端線連接至對(duì)應(yīng)的繞線端子，該線軸及這些元件容置于一外殼內(nèi)，該外殼內(nèi)注入有絕緣膠，以將這些元件、線圈及外殼封固成一整體，該線軸上另套設(shè)有一上鐵心及一下鐵心，線圈外側(cè)各鐵心腳柱間設(shè)有一楔形氣隙。該楔形氣隙配合各線圈在繞設(shè)時(shí)所采用的零星匝的繞制方式，將使馳返變壓器在完全無需外加濾波高壓電容的情形下，仍可令顯像管顯示器滿足靜態(tài)畫面穩(wěn)定性規(guī)范的要求，并具備省電、成本低及體積小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01F30/06GK1661739SQ20041000317
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者鄧明進(jìn) 申請(qǐng)人:鄧明進(jìn)