JPH07123286B2

JPH07123286B2 - パルス電圧電源用の電圧調整器

Info

Publication number: JPH07123286B2
Application number: JP59089167A
Authority: JP
Inventors: リチヤ−ド・クラレンス・ウエツブ; ジエイムス・リチヤ−ド・ウエツブ
Original assignee: デ−タ・レイ・コ−ポレ−シヨン
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPS6022470A; US4614899A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の属する技術］本発明はパルス電圧電源のための電圧調整器に関し、さ
らに詳細には陰極線表示器に使用するのに適したフライ
バック型高電圧源のための電圧調整器に関するものであ
る。

［背景技術］陰極線管（CRT）は、従来案出されかつ最も広く使用さ
れている電気−光学的画像変換器である。これら主たる
用途は、テレビニュースや娯楽放送の導入と共に始ま
り、現在では全ゆる方式の肉眼的画像表示情報ディスプ
レイおよびコンピュータデータの読み取りまで拡大され
ている。

オシログラフ装置の表示器に使用される靜電偏向陰極管
に対して、より一般的なテレビ型のライン−バイ−ライ
ン（ラスタ）スクリーンは、陰極線管のネック部に外部
から装着されたコイルにより導入される磁界によって、
情報変調電子ビームの急速な運動により発生される。数
千ボルトという加速電圧は、蛍光膜の塗布されたスクリ
ーン上へ電子ビームを投射させて十分なエネルギにより
鮮明な発光を生ぜしめる。

陰極線ビームの電磁偏向の技術はオットー・シェードの
初期の文献に十分記載されており、ここでは交差した磁
界をCRTネック部の対向側部に設置されたコイルにおけ
る電流により生ぜしめる（シェード、「陰極線管用の磁
気偏向回路」、RCAレビュー、第８巻、第３号、第506
頁、1947年９月）。

これらの「偏向コイル」は電子流れに対し駆動力を及ぼ
し、それにより電子流を偏向させて蛍光膜の塗布された
スクリーン表面上の衝撃点を観察者の視野の持続により
線として出現させる。順次の移動過程によりビームがた
とえばスクリーンを横切り左から右へ左上方から出発し
て下方へ進行するように偏向すると、矩形区域が視聴者
の肉眼に記録される。この過程が反復されると、しばし
ばこの種の視野が継続して存在するという十分な幻影が
もたらされる。電子ビームが反復してこの種の走査ラス
ターを移動する際の電子ビームの強度変化は、視聴者の
目および心に識別可能な幾何学的画像として記憶され
る。

急速な線走査（一般に水平）の方向と、それより遅いフ
ィールド走査方向との両者において、均一な速度で電子
ビームをスクリーンで移動させるのが一般的慣例であ
り、陰極線管のネック部の偏向コイルに直線状に変化す
る電流勾配をかけてこれを達成する。各電流勾配は電子
ビームがその最端位置に達した時に終了し、次いで急速
に方向を逆転してビームをその出発点へ復帰させる。テ
ルテールフリッカが明らかとならずに連続した画像の幻
影を支持するには、全画像を少なくとも１秒当たり50回
もしくは60回更新する必要がある。

何百本という走査線の微細構造を表示器に含ませて良好
な画像分解能を与える場合、線走査速度は毎秒10万回の
掃引という高いものにする必要があるが、テレビ放送の
目的には僅か約16,000回を使用するのが標準的慣例であ
る。

近代的装置における陰極線ビーム加速電圧（第２陽極電
圧）は、スクリーン寸法および発生する画像の所望の輝
度レベルに応じて12〜25キロボルトの範囲である。この
高電圧源に課せされる電流要求は、単色スクリーンに対
する50もしくは100マイクロアンペアからカラー陰極線
管に対する１もしくは２ミリアンペアまでの範囲とする
ことができる。高電圧源自身はCRTの電流要求を満たし
数ミリアンペアの電流上限を有し、この値を越えると電
圧が低下して作業員が偶発的にそれと接触しても瞬間的
感電から保護されうる任意の入手しうる種類の電源が利
用できる。

初期のテレビ放送の発展時期において、磁気偏向陰極線
管のための独特な種類の第２陽極電圧供給手段がA.W.フ
レンドにより発表され、その後他の多くの人々により改
良された（フレンド、「テレビジョン偏向回路」、RCA
レビュー、1947年３月、第98頁、『要約』、テレビジョ
ン、第５巻、第170頁）。

この極めて簡単かつ安価な高電圧電源方式は上記の磁気
ビーム偏向技術への補足となり、線掃引偏向コイルで生
ずる急速な電流反転を利用している。この電流反転は、
電子ビームをその掃引開始位置まで急速かつ反復的に復
帰させる。さらに、電流が急速に値を変化して、たとえ
ば偏向コイルのような誘導子に流入すると、これは自己
誘導によりコイルの両端に相当な電圧を発生することが
明らかとなった。或る数値Ｌ（ヘンリー）を有する誘導
子と、それを横切る電圧Ｅと、そこに流入する電流の変
化割合（di/dt）（アンペア／秒）との間の関係は、Ｅ
＝−Ｌ・di/dtで表示される。かくして、大きさ数百ボ
ルトに達する短い電圧パルスが、CRTビームの「フライ
バック」をもたらす際、偏向コイルの両端に線毎に発生
する。

電圧源として、偏向コイル両端に見られるこの「フライ
バック」パルスは強力であり、偏向コイルシステムの低
い内部インピーダンスによる重負荷に耐えることができ
る。したがって、変圧器によりこの電圧を「設定」する
ことだけが必要である。かくして、数百ボルトのレベル
の偏向コイル電圧を、陰極線管に必要な数千ボルトの第
２陽極電圧レベルまで上昇させることができる。

このようにして、ライン偏向および高電圧発生器の低コ
ストの組合せが、陰極線管と共に使用するために開発さ
れた。幸いなことに、このシステムは、作業員に対し安
全な自己電流制限を有する。そのため、フライバック高
電圧システムは、１つの重大な制約にも拘らず、全ゆる
形式の市販の陰極線表示装置において殆んど世界的に認
められるようになった、重大な制約とは、スクリーン輝
度によるラスタ形式の拡大が増大することである。

この欠点は、第２陽極電圧の低下または貧弱な高電圧調
整によるものである。今日、この欠点は、たとえば超音
波診断装置、ワードプロセッサ、CADなど画像寸法の正
確さに鋭敏な臨界的表示システムについては全く許容し
えないと考えられる。

電圧調整という用語は、電流負荷がかけられる前後にお
ける電流電圧の変化の割合として定義され、％で表示さ
れる。「フライバック」型の高電圧電源はかなり貧弱な
電圧調整を有し、典型的には10〜15％であることが始め
から知られていた。しかしながら、これはこのシステム
の簡便性、低価格および安全性の観点から娯楽用テレビ
ジョンの表示目的には満足しうるものと考えられてい
た。

上記のフライバック型高電圧システムにおける良好な電
圧調整の欠如は、昇圧変圧器およびパルス整流装置の本
質的に高い内部インピーダンスによるものである。この
システムは完全なオープンループで作動し、一般に電流
予備負荷の利得が少ないことによる。多くの従来技術
は、これら電源電圧を安定化させようと試みており、そ
のいくつかを次に説明する。

1.外部負荷がかけられて一定閾値電圧レベルを保持する
まで電源を負荷するような高電圧分路サイリスタ（たと
えばツエナーダイオード）の使用。

この方法は電力を無駄にし、かつサイリスタを加熱して
早期の破戒をもたらす。

2.電圧フィードバックループ制御を備える、または備え
ない真空管分路調節器の使用。

この方法も電力の無駄である。何故なら、真空管加熱器
も作動させねばならないからである。しかしながら、各
部品はより長い寿命を示す。

3.フライバック電圧を制御するための誘導性もしくは容
量性調整手段を用いるフィードバックループ制御の下で
の調整自在なフライバックインターバルの利用。

この種の技術は複雑な調整を必要とし、一般に可変調整
がスクリーン上にみられる。

4.ループフィードバック制御の下で調整自在な直流電圧
源による偏向ヨーク部とは独立した別途のフライバック
高電圧供給部の使用。

これは好適であり、かつ広く使用されているが、各部品
の近似的複製が必要なため高価でありかつ出力が不十分
である。

5.発生した内部電圧降下を消すために高電圧巻線に付加
される補助的な可調整直流電源の使用。

これも多数の付加的部分を必要とし、出力が不十分であ
る。

最後に、上記の問題はフライバック型高電圧電源に対し
特徴的であり、全てのパルス電圧電源の特徴でもある。
たとえばフライバック型高電圧源のようなパルス電圧電
源のための調整器を設計する際に直面する問題は、安価
かつ高出力効率の回路を提供して出力電圧に対する優秀
な制御を行うことである。

［発明の目的］本発明の目的は、CRTディスプレイ装置の受像管陽極電
圧に電圧変動が生じても、速やかに変動を検出し、電圧
変動に伴う画像サイズの変動を防止できるパルス電圧電
源用の電圧調整器を提供することである。

［発明の要点］本発明のパルス電圧電源用の電圧調整器は、フライバッ
ク変圧器の１次側に接続された偏向コイルの回路を備
え、前記フライバック変圧器の２次側に発生するフライ
バックパルス電圧を整流及び平滑して出力電圧を得ると
共に、前記フライバック変圧器の１次側に補助的エネル
ギ蓄積変圧器の２次巻線を接続し、前記補助的エネルギ
蓄積変圧器の１次巻線を制御回路のスイッチ手段に接続
し、前記フライバック変圧器の１次側に発生し前記フラ
イバックパルス電圧の発生時間に対応するフライバック
タイミング信号を前記制御回路に入力して前記スイッチ
手段を開閉制御すると共に前記出力電圧に依存したフィ
ードバック電圧および基準電圧を前記制御回路に入力し
て前記フィードバック電圧と前記基準電圧との比較出力
により前記スイッチ手段の開閉のタイミングを制御して
前記補助的エネルギ蓄積変圧器に発生する付加電圧を調
整して前記フライバックパルス電圧に合成することによ
り前記出力電圧の変動が補正されるように構成したもの
である。

本構成による高圧のパルス電圧電源用の電圧調整器を採
用したことにより、CRTディスプレイ装置の受像管陽極
電圧に電圧変動が生じても、速やかに変動を検出し、補
正電圧を付加するよう機能するので、電圧変動に伴う画
像サイズの変動が防止できる。

［実施例］以下、添付図面を参照して本発明の実施例につき説明す
る。

第１図はフライバック型高電圧電源のための従来型の回
路の略図であり、電子スイッチ100が電圧源E₁と偏向コ
イル110との間に間欠的電流路を形成する。スイッチ100
を各掃引サイクルの半分より僅か少なく閉成し、切替サ
イクルはライン掃引周波数F_Hで生じて、第２図に示すよ
うな偏向コイル110に流れる電流波形I_DYを形成する。

スイッチ100を開くと、フライバック変圧器130の偏向コ
イル110と一次巻線PRIとを介して電源E₁からコンデンサ
120を充電するための電流路が形成される。コンデンサ1
20は大型であって、ほぼE₁に等しい電圧を受け入れる。
この電圧は、コンデンサが波形140により示されるよう
なスイッチ100の作用により偏向コイル110に対し出入り
する等しい電流により交互に充電および放電されるの
で、前記コンデンサ120に維持される。

スイッチ100を閉じると、コンデンサ120の電圧は偏向コ
イル110に印加され、かつ電流i₁はＥ＝−Ｌ・（di/dt）
にしたがって流れる。

ここでＥはE₁である。

スイッチ100を開くと、偏向コイル110に誘導的に蓄積さ
れたエネルギはフライバック調整コンデンサと呼ばれる
コンデンサ150に流入する。この時点で、波形160で示さ
れるような１つの非減衰半正弦電圧パルスE_Pが掃引サイ
クルの時間T_FSにわたって生じ、その際電流は方向を逆
転して電流i₂として表われ、これは偏向コイル110から
直線的に外方へダンパダイオード170を介してコンデン
サ120へ復帰し、それによりこれを部分的に再充電す
る。この非減衰「フライバック」パルスの持続時間は、
関連するインダクタンスおよびキャパシタンスの値によ
り決定される。

好適な従来技術の具体例においては、次の値が使用され
る。

コンデンサ120:2.2マイクロフアラッド（250V）コンデンサ150:5600ピコフアラッド（1500V）コンデンサ180:500ピコフアラッド（30キロボルト）偏向コイル110:250マイクロヘンリー他の部品としては次のようなものが利用できる。

ダイオード170:RAB−100（1000V、2A、100ナノ秒）（エレクトロニック・デバイシス・インコーポレーショ
ン）フライバック変圧器130:2432831BD24M（日立）切換トランジスタ100:MJ−12005（モトローラ社） i₁およびi₂は両者とも、di/dtは正、一定かつ実質的に
等しい。

なぜなら、偏向コイルは電流がそこに流入する時間およ
び電流がそこから流出する時間にわたりその端子の両端
にほぼ同じ電圧（E₁）がかかっているからである。コン
デンサ120における電圧は、波形140により示されるよう
に、これに対し出入りする等しい電流を有するため僅か
した変化しない。かくして偏向コイル110は直線的に変
化する磁場を発生し、この磁場はCRT管面上のスポット
を上下・左右に等しく偏向させることができ、その際こ
こには正味の直流成分は存在しない。

波形160に示したような一次フライバック電圧パルスE_P
は掃引システムの設計に応じて数百ボルトから千ボルト
以上までのピーク値を有する。フライバック変圧器130
はその一次巻線PRIの両端にこのフライバックパルスE_P
が発生するよう配置される。一次巻線のインダクタンス
を偏向コイル110のインダクタンスよりも５倍乃至10倍
となるように選択して、偏向システムの操作に関し殆ん
ど干渉が生じないようにする。さらに、フライバック変
圧器130は各フライバックパルスE_Pで使用しうるエネル
ギの比較的小部分のみを抽出し、これを巻数比によりず
っと大きいパルスE_SPに変換する。次いで、この二次パ
ルスをダイオード190により整流し、かつコンデンサ180
により平滑して、陰極線管を付勢するのに必要な所望の
第２陽極電圧V_XHにする。電圧パルスE_SPの大きさは非調
整であり、したがって電源出力における電圧も非調整で
ある。

第１図の回路は慣用のものであり、上記の各成分値は当
業界で周知されていることを特に理解すべきである。下
記する本発明は、この従来技術に対し付加回路を与え
る。

第３図に示した本発明の回路は部分的に第１図の回路と
同一であるが、さらに補助的エネルギ蓄積変圧機300と
制御ダイオード310と電圧制御ダイオード320、330およ
び340と制御回路360を備えた補助スイッチ350と本発明
の高電圧サンプリング抵抗370および380とを備える。こ
れらの部品は殆んど分割線Ａ−Ａの左側に位置する。

制御回路360は、フライバック変圧機130の一次巻線PRI
におけるタップ点T₁から得たフライバックパルス160の
存在により、ライン掃引タイミング情報を検知する。こ
れはさらに、電源E₁におけるタップ点T₂から採取した一
定基準直流電圧V_REF（たとえば10ボルト）をも供給す
る。

制御回路360は、分割抵抗370および380を介して電源出
力に位置する高電圧点V_XHからフィードバックされた高
電圧サンプルV_HUSを前記一定基準電圧V_REFと比較して、
適当な時点で補助スイッチ350を開閉すると共に、さら
に下記するように直流高電圧V_XHの制御を達成するよう
作用する。使用しうる代表的な制御回路360は、カリフ
オルニア州ガーデン・グローブ所在のシリコン・ジェネ
ラル社から部品No.3525Aとして市販されている。その他
のフィードバック制御回路も本発明の教示にしたがって
使用しうることを特に了解すべきである。

第３図に示した掃引回路における任意の時点で、制御回
路360により補助スイッチ350を閉じることができる。こ
の期間の大部分で閉成されている主スイッチ100は、E₁
からダイオード310を介して補助的エネルギ蓄積変圧器3
00の一次インダクタンスL₂に流入する電流の経路を与え
る。スイッチ350が閉じると第３図の電流I₃が流れ始め
かつ終端値へ直線的に増大し、その終端値において主掃
引制御スイッチ100が開かれかつフライバックバルスE_P
が発生する。

その時点で変圧器300のL₂に蓄積されたエネルギは、そ
のインダクタンス値と到達したピーク電流振幅の二乗と
の積に比例する。したがって、変圧器300における蓄積
エネルギレベルは、スイッチ350が掃引サイクルの早期
に閉じると極めて急速に上昇する。スイッチ350はスイ
ッチ100よりも僅か遅い時点で開き、それによりピック
オフ点T₁におけるフライバックパルス160の発生の見地
を必要とすると共に、このピックオフ点T₁におけるタイ
ミング信号をフライバックタイミング信号V_FBSとしてフ
ィードバックする。

スイッチ350が開かれた際、変圧器300のL₂に存在しうる
エネルギはフライバックパルスE_Pにおけるエネルギと合
して、第４図に示すようなより大きい電圧レベルを有す
る合成フライバックパルスE_PDを生ずる。二次巻線SECを
流過する補助的エネルギ蓄積変圧器300からのエネルギE
_Aを、電圧パルスとして直接に偏向コイルシステムの本
来のフライバックパルスE_Pに付加し、高電圧変圧器130
の一時側PRIに作動させるよう作用する。したがって、
フライバック変圧器130の二次側から得られる最終の整
流直流電圧V_XHは、スイッチ350が閉じられる時点の制御
下に置かれる。

第３図に示した本発明の電圧制御ループは電圧分割ネッ
トワークと抵抗370と抵抗380とよりなり、これは、第２
陽極電圧V_XHの１部をフィードバック電圧V_HUSとして供
給し、一定基準直流電圧V_REFと比較する。

V_HUSがV_REFより小さくなると、いつでも制御回路はスイ
ッチ350の閉成時点を掃引サイクルにおける早い時点ま
で前進させ、それにより補助的エネルギ蓄積変圧器300
のL₂におけるエネルギE_Aを増大させて、合成パルスにお
ける発生電圧をより高いE_PDレベルまで上昇させる。逆
の状態が生ずると、変圧器300のL₂におけるエネルギE_A
はスイッチ350の閉成時点を掃引サイクルにおけるより
遅い時点まで遅延させることにより低下して、L₂におけ
るエネルギE_Aを低下させ、したがって合成フライバック
パルスの大きさをフィードバック電圧V_HUSと基準電圧V
_REFとの間の差をほぼ０に維持するようなE_PDの値まで調
整する（すなわち、V_HUSはほぼV_REFに等しい）。このよ
うにして、閉ループフィールドバック系における第２陽
極直流電圧V_XHの完全制御が達成される。

本発明は次の慣用的に発生する電圧パルスE_Pに付加され
る追加のもしくは補助的なエネルギパルスE_Aを与える。
特定時間に置ける付加エネルギパルスE_Aの大きさは上記
フィードバックループにより制御されて、合成パルスを
常に所望のE_PDレベルにする。本発明の教示によれば、
電圧パルスE_Pは出力の50％以上を合成パルスE_PDに供給
し、かつ付加的もしくは制御パルスE_Aは残余の出力を供
給して常に電圧パルスE_PD（基準の点が変圧器130の一次
側であっても或いは二次側であっても）を上昇させて所
望の整流出力電圧を維持する。

第４図に図示しかつ本明細書中に前記したように、第１
図の慣用の回路により或いはその他任意のパルス電圧電
源により発生される電圧パルスE_Pは、非調整であるかあ
るいは経時的に変動し、かけられた負荷と共に変化す
る。たとえば、電圧E_Piは時間T_iの間、時間T_jの間に生
ずる電圧E_Pjよりも小さいが、これは非調整の電源の性
質に依存するものである。この例における電圧パルスE
_PiとE_Pjとの両者は、所望の出力パルスE_PDよりも小さ
い。電源の出力における変化は、多くのパルスE_Pの際に
生じ、したがって時間T_iおよびT_jは分離される。

第４図において、時点T_iにおける付加パルスE_Aiはその
大きさにおいて時点T_jにおける付加パルスE_Ajの大きさ
よりも大であり、変化する電圧パルスE_Pの性質を調整
し、かくして調整を達成する。それ故、回路360の制御
下でスイッチ350は掃引サイクルの早期に閉じて多量の
エネルギーを変圧器300の一次側L₂に蓄積し、パルスE_Ai
を生ぜしめかつ掃引サイクルの後期に閉じてエネルギ蓄
積を減少し、パルスE_Ajを与える。

好適な具体例において、電圧V_HUSは変圧（存在する場
合）およびフライバックパルスE_PDの整流に基づくこと
を理解すべきである。本発明の教示によれば、フィード
バック電圧は電圧パルスE_PDに比例した信号のみを発生
する必要があり、したがって本発明は電源の特定出力回
路（130,190および180）に依存しない。

好適具体例においては、次の部品が使用される。

ダイオード310:RC−100 ダイオード320:RC−100 ダイオード330:IN4935 ダイオード340:IN4935 スイッチ350:MPSU07（モトローラ社）変圧器300:DR1−560−011（コイルクラフト社）（一次側12ミリヘンリーおよび二次側78マイクロヘンリ
ー）補助的エネルギ蓄積変圧器300を使用して付加エネルギ
パルスE_Aを電圧パルスE_Pに加えたが、他の慣用のカップ
リング装置を使用することもできる。

何故なら、本発明の教示によれば、その目的は非調整の
一次電圧パルス（E_P）（すなわち、電圧E_PDの50％より
大）に電圧パルス（E_A）（すなわち、電圧E_PDの50％未
満）を補充してこれに対し時間的に付加するからであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフライバック型高電圧電源の略図、第２
図は第１図の従来の回路に含まれる偏向ヨークを通る電
流の電流波形を示すグラフ、第３図は本発明の電圧調整
回路の略図、第４図は本発明の教示にしたがいフライバ
ック変圧器の一次側に対する付加電圧の印加を示すグラ
フである。 100……スイッチ 110……偏向コイル 120……コンデンサ 130……フライバック変圧器 140,160……波形 150……フライバック調整コンデンサ 170……ダイオード 180……コンデンサ 300……補助的エネルギ蓄積変圧器 310,320,330,340……ダイオード 350……スイッチ 360……制御回路 370,380……抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンデンサ150とダンパーダイオード170お
よびスイッチ100の並列回路にコンデンサ120と偏向コイ
ル110の直列回路を並列に接続して偏向コイル回路を形
成し、フライバック変圧器130の２次側に発生するフラ
イバックパルス電圧を整流及び平滑して得た出力電圧を
分割抵抗370、380を介して電圧分割してサンプル電圧V
_HUSを取り出すと共に前記フライバック変圧器130の１次
側巻線PRIの接地側端に対する他端を補助的エネルギ蓄
積変圧器300の２次巻線を介して前記偏向コイル110およ
びダイオード310のアノードに接続し、前記ダイオード3
10のカソードを前記補助的エネルギ蓄積変圧器300の１
次巻線を介して制御回路360内の補助スイッチ350の接地
側接点に対する他方の接点に接続し、前記フライバック
変圧器130の１次側巻線PRIのピックオフ点T₁を前記制御
回路360に接続して前記補助スイッチ350を開閉するフラ
イバックタイミング信号を入力し、さらに前記分割抵抗
370、380の接続点を前記制御回路360に接続して前記サ
ンプル電圧V_HUSを入力すると共に基準電圧を前記制御回
路360に入力してその比較出力により前記フライバック
タイミング信号を制御して前記補助スイッチ350の開閉
を行うタイミングを制御して前記補助的エネルギ蓄積変
圧器300に発生する付加電圧を調整して前記フライバッ
クパルス電圧に合成することにより前記出力電圧の変動
が補正されるように構成したことを特徴とするパルス電
圧電源用の電圧調整器。