Über einen Transformator mit Wechselstrom heizbare Röhre

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Leistungsverstärkerröhren insbesondere Wanderfeldröhren werden üblicherweise über Strombegrenzungsregler im Heizkreis betrieben, damit der Heizstrom nicht auf unzulässige Werte ansteigen kann. Solche Strombegrenzungsregler im Heizkreis sind beispielsweise bekannt aus US 4,267,487 oder aus den Prospekten Space Amplifier at 20/30 GHz, ANT 15 06 aE, 05.84; Travelling Wave Tube Amplifiers (TWTAs) for Space Applications, ANT 776 841,09.90 der Firma ANT Nachrichtentechnik GmbH.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Strombegrenzung für die Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die wenig Zusatzaufwand verursacht. Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen aufgezeigt.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen: Der Transformator im Heizkreis einer Röhre, z.B. einer Wanderfeldröhre, besitzt eine Streuinduktivität, die, insbesondere bei einem Transformator, der auf Hochspannungspotential liegt, beträchtliche Werte annehmen kann. Wählt man nun in der Anfangsphase der Röhrenheizung, bei der die Heizwendel noch kalt ist und einen geringen Kaltwiderstand von z.B. 1 Ohm hat, für den Heizwechselstrom eine relativ hohe Frequenz von z.B. 200 kHz, so fällt ein

Großteil der Heizwechselspannung an der Streuinduktivität ab. Eine zusätzliche Strombegrenzung, z.B. in Form eines Serienreglers, zur Begrenzung des Heizstromes auf unzulässige Werte ist dann nicht mehr notwendig. Im aufgeheizten Zustand weist die Heizwendel einen höheren Widerstand von z.B. 10 Ohm auf und die Frequenz des Heizwechselstromes kann dann auf einen niedrigeren Nominalwert von z.B. 10 kHz herabgesetzt werden. Der hohe Anfangswert der Frequenz des Heizwechselstroms wird vorteilhaft auf die Größe der Streuinduktivität des Transformators so abgestimmt, daß in jedem Falle kein unzulässig hoher Heizstrom fließen kann.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Transformator im Heizkreis durch zwei elektronische Gegentaktschalter zu einem Gegentakt-Wechselrichter ergänzt werden. Die Ansteuerung dieser Schalter kann vorteilhafterweise in einen kundenspezifischen Schaltkreis (ASIC) mitintegriert werden, so daß der Zusatzaufwand für die Realisierung der Erfindung gering ist.

Die Frequenz des Heizwechselstroms kann in einer Weiterbildung in Stufen herabgesetzt werden, beispielsweise durch einen über einen Zeitgeber frequenzgesteuerten Oszillator oder einen Festoszillator, dessen Ausgangssignal über einen Frequenzteiler mit zeitabhängig gesteuerten

Teilerverhältnissen zu den Steuereingängen der elektronischen Schalter geleitet ist.

Anhand der Zeichnungen werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein Prinzipsσhaltbild für die erfindungsgemäße Strombegrenzung,

Figur 2 ein erstes Beispiel zur Erzeugung von Steuersignalen für elektronische Gegentaktschalter und

Figur 3 ein zweites Beispiel zur Erzeugung von Steuersignalen für elektronische Gegentaktschalter.

In Figur 1 ist der Transformator Tr im Heizkreis einer Wanderfeldröhre WR mit seiner Streuinduktivität Ls im Sekundärkreis dargestellt. Der Heizfaden der Wanderfeldröhre liegt in Serie zu dieser Streuinduktivität Ls und ist als ohmscher Widerstand Rf repräsentiert. Der Heizwechselstrom für die Wanderfeldröhre wird aus einer Gleichspannungsquelle UQ gewonnen, welche einerseits mit der Mittenanzapfung der Primärwicklung wp des Transformators Tr und andererseits über je einen elektronischen Schalter Sl bzw. S2 mit den Enden der Primärwicklung wp verbunden ist. Die Schalter Sl und S2 werden abwechselnd leitend gesteuert, so daß die in Figur 1 gezeigte Schaltung als Gegentakt-Wechselrichter arbeitet.

In einem ausgeführten Beispiel beträgt der Kaltwiderstand Rf des Heizfadens ca. 1 Ohm. Der Nominalwiderstand im aufgeheizten Zustand beträgt 10 Ohm. Der nominale Heizstrom beträgt bei 10 Ohm Heizfadenwiderstand ca. JF _nom « 650 mA. Der maximal zulässige Heizstrom ist begrenzt auf ca. ~ 1000 mA. Dies"führt dazu, daß die Heizwendel der Wanderfeldröhre nicht im kalten Zustand an die nominale Heizwechselspannung gelegt werden darf. Es ist also eine Strombegrenzung für den Heizstrom notwendig.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß der Heiztransformator Tr, der für den Anwendungsfall einer Wanderfeldröhre ja ein Hochspannungstransformator mit einer Hochspannungsisolierung zwischen Primärwicklung wp und Sekundärwicklung ws ist, eine relativ hohe Streuinduktivität

Ls in der Größenordnung von 10 μH bis ca. 30 μH besitzt. Die übliche Frequenz des Wechselstromes für die Röhrenheizung liegt zwischen 6 und 20 kHz. Die nominale Heizspannung Uf liegt zwischen 4,5 V und 5,5 V.

Wählt man nun erfindungsgemäß in der Anfangsphase während der die Heizwendel noch kalt ist für den Heizwechselstrom eine hohe Frequenz, so fällt ein Großteil der Wechselspannung an der Streuinduktivität Ls ab. Eine zusätzliche Strombegrenzung etwa über einen Längsregler ist nicht mehr erforderlich. Bei einem Ausführungsbeispiel wurde die Frequenz des Wechselstromes - Sσhaltfrequenz für die Schalter Sl und S2 - von ca. 200 kHz innerhalb von ca. 30 Sekunden in mehreren Stufen, z.B. 8, auf eine Nominalfrequenz von 10 kHz reduziert. Der hohe Anfangswert der Sσhaltfrequenz hängt von der jeweiligen Ausführung des Heiztransformators Tr bzw. dessen Streuinduktivität Ls ab. Vorteilhafterweise wird deshalb der hohe Anfangεwert in Abhängigkeit der Größe der Streuinduktivität Ls so gewählt, daß in jedem Falle Röhrengrenzwerte sicher eingehalten werden. Sobald die Streuinduktivität Ls für einen Heiztransformator ermittelt ist, können für weitere Wanderfeldröhren gleiche Startbedingungen gewählt werden, da die Streuinduktivität bedingt durch den gleichen mechanischen Aufbau weiterer Transformatoren gleich bleibt.

Die Realisierung gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere dann, wenn für andere Zwecke sowieso Digitalschaltungen in kundenspezifischen Schaltkreisen (ASICs) in der EPC (Electronic Power Conditioner) einer Satelliten- Stromversorgung vorgesehen sind. In diesem Falle kann die Steuerung für die Schalter Sl und S2 in einem solchen ASIC mitintegriert werden.

Vorzugsweise kann die Ansteuerung der Gegentakt-Schalter Sl und S2 mit einer Lückzeit erfolgen, insbesondere gemäß der EP 00 77 958 Bl.

In einem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 werden die Gegentaktsignale für die elektronischen Gegentaktschalter Sl und S2 hier als FETs ausgebildet von einem Oszillator Osz mit konstanter Ausgangsfrequenz abgeleitet, dessen Ausgangssignal über einen Frequenzteiler FT, welcher 8 verschieden geteilte Ausgangssignale z.B. 200 kHz, 170 kHz, 130 kHz, 100 kHz, 70 kHz, 40 kHz, 10 kHz abgibt, abgeleitet. Welche dieser Ausgangsfrequenzen an das Flip-Flop FF weitergeleitet wird bestimmt der Schalter S, welcher von einem Zeitgeber ZG gesteuert wird. Als Zeitgeber kann z.B. ein Multivibrator mit nachgeschaltetem Zähler eingesetzt werden, der während der Anheizzeit von ca. 40 Sekunden alle 5 Sekunden eine andere Frequenz zum Flip-Flop FF durchschaltet.

In einer weiteren Ausgestaltung (Fig. 3) wird ein Oszillator Osz' verwendet, dessen Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit eines Zeitgebers ZG' während der Anheizzeit zwischen 200 kHz und 10 kHz variiert wird. Ein solcher Oszillator Osz' kann in Form eines VCOs mitsamt des Zeitgebers ZG', beispielsweise wieder in Form eines Multivibrators mit nachgeschaltetem Zähler, mit integrierten Standardschaltkreisen aufgebaut werden.