DE4202836A1

DE4202836A1 - Flash energy generating circuit for stroboscope with high flash rate frequency range - includes intermediate circuit capacitor connected to AC voltage source across rectifier and flash capacitor connected to flash lamp across charging element

Info

Publication number: DE4202836A1
Application number: DE19924202836
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Dr Sc T Stuerzebecher; Eckhard Dr Thal; Roland Dr Jakob; Hermann Dr Wagner; Mario Dipl Ing Cebulla; Martin Bischoff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1993-08-05

Abstract

The flash lamp (BL) is connected parallel to the flash capacitor (CB). The charging circuit for charging the flash capacitor is designed as a series resonant circuit. It consists of the series circuit of a fully controllable semiconductor switch (HS), a charging choke (L) and a blocking diode (D1) formed with the flash capacitor (CB) and pulse width controllable by a control unit (SE). The so constructed series resonant circuit is wired to the free running diode (D2), which related to the polarity of the immediate circuit voltage, is poled in the blocking direction. The blocking diode is a component part of the free running circuit, formed by the flash capacitor, the charge choke and the free running diode. USE/ADVANTAGE - Laryngoscope. Low cost circuit gives exact dosing of individual flash energy, high as possible flash rate frequency and high efficiency. Small intermediate circuit voltage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Stro boskope mit großem Blitzfolgefrequenzbereich, welche ei nen Blitzkondensator aufweist, dessen Energieeinspeisung über ein Ladeglied aus einem Gleichspannungs-Zwischen kreiskondensator erfolgt. Für derartige Stroboskope steht aus folgendem Grund die Forderung nach einer gezielten Dosierbarkeit der Blitzenergie in Abhängigkeit von der Blitzfrequenz: Um eine maximale und über den Betriebsfre quenzbereich konstante Helligkeit beim Stroboskopieren zu erreichen, soll die Blitzlampe im gesamten Betriebsfre quenzbereich (bei einem Laryngostroboskop 60 Hz-1 kHz) an ihrer oberen Leistungsgrenze, aber nicht darüber ge fahren werden. Dazu muß die der Blitzlampe pro Blitz zu geführte Energie umgekehrt proportional zur Blitzfrequenz verstellt werden.The invention relates to a circuit arrangement for Stro boscopes with a large flash repetition frequency range, which ei NEN flash capacitor, the energy feed via a charging link from a DC voltage intermediate circular capacitor takes place. For such stroboscopes for the following reason the demand for a targeted Dosage of the flash energy depending on the Flash frequency: To a maximum and over the operating fre constant brightness during stroboscopy reach the flash lamp in the entire operating fre frequency range (with a laryngostroboscope 60 Hz-1 kHz) at its upper limit, but not above it will drive. To do this, the flash lamp must be switched on per flash conducted energy inversely proportional to the flash frequency be adjusted.

Es sind eine Reihe von Schaltungsanordnungen zur Dosie rung der Blitzenergie von Stroboskop-Blitzlampen bekannt. Im einfachsten Fall ist der Blitzkondensator über einen Widerstand ständig mit dem Zwischenkreiskondensator ver bunden (Firmenschrift), wobei durch geeignete Dimensio nierung des Widerstandes die frequenzabhängige Energie für den Einzelblitz so bemessen ist, daß im gesamten Be triebsfrequenzbereich die Leistungsgrenze der Blitzlampe nicht überschritten wird. Der Vorteil dieser Schaltung ist der geringe Aufwand. Diese Einfachheit wird aber mit einer Reihe von Nachteilen erkauft: Da die zulässige folgefrequenzabhängige Einzelblitzener gie einer Hyperbelfunktion, die folgefrequenzabhängige Ladungsmenge auf dem Blitzkondensator dagegen einer e- Funktion folgt, ergeben sich über den Blitzfolgefrequenz bereich erhebliche Abweichungen der erreichten Einzel blitzenergie von der durch die Leistungsdaten der Blitz lampe bestimmten zulässigen Energie, woraus blitzfolgefre quenzabhängige Helligkeitsunterschiede resultieren. Wei terhin darf der Widerstand einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, damit die Blitzlampe nicht ständig gezün det bleibt. Dadurch wird die erreichbare obere Blitzfol gefrequenz begrenzt. Infolge des ohmschen Widerstandes im Ladekreis ergibt sich außerdem ein schlechter Wirkungs grad der Schaltung.There are a number of circuit arrangements for Dosie tion of the flash energy of strobe flash lamps known. In the simplest case, the flash capacitor is over one Resistance constantly ver with the intermediate circuit capacitor bound (company script), whereby by suitable dimensions the frequency-dependent energy is dimensioned for the single flash so that in the entire loading drive frequency range the power limit of the flash lamp is not exceeded. The advantage of this circuit is the little effort. This simplicity comes with bought a number of disadvantages: Since the permissible repetition rate dependent single flash gie a hyperbolic function, the repetition rate dependent Charge amount on the flash capacitor, however, an e- Function follows, result from the flash repetition frequency significant deviations in the individual achieved lightning energy from the through the performance data of the lightning lamp certain permissible energy, from which lightning sequence-dependent differences in brightness result. Wei the resistance must not have a certain value undershoot so that the flash lamp does not light continuously det remains. The upper Blitzfol frequency limited. Due to the ohmic resistance in the Charging circuit also results in poor effectiveness degree of switching.

In der DE-OS 30 34 527 werden mehrere kleine Blitzkon densatoren über ein Diodennetzwerk aus einem gemeinsamen Zwischenkreiskondensator aufgeladen. Zur Dosierung der Blitzenergie werden dann blitzfolgefrequenzabhängig eine bestimmte Anzahl dieser vorgeladenen Blitzkondensatoren über Thyristoren parallelgeschaltet. Diese Schaltungsan ordnung hat den Nachteil, daß die Blitzenergie nicht stu fenlos abgestimmt werden kann, was zu unerwünschten Hel ligkeitssprüngen bei variierender Blitzfolgefrequenz führt. Darüber hinaus ist der Schaltungsaufwand sehr hoch, und der Wirkungsgrad ist infolge der Aufladung der Blitzkondensatoren über einen ohmschen Widerstand gering.In DE-OS 30 34 527 several small Blitzkon capacitors over a diode network from a common DC link capacitor charged. For dosing the Flash energy will then become one depending on the flash frequency certain number of these pre-charged flash capacitors connected in parallel via thyristors. This circuit Order has the disadvantage that the lightning energy does not stu can be tuned fenfen, which leads to unwanted Hel leaps in lightness with varying lightning repetition frequency leads. In addition, the circuitry is very high, and the efficiency is due to the charging of the Lightning capacitors low via an ohmic resistor.

In den DE-PS 35 37 925 und DE-OS 36 12 164 sind Schal tungsanordnungen beschrieben, in denen in Reihe zwischen Blitzlampe und Blitzkondensator ein zwangsgelöschter Thy ristor angeordnet ist. Die Dosierung der Blitzenergie erfolgt durch Veränderung der Leitdauer dieses Reihenthy ristors. Ein Nachteil derartiger Schaltungen ist, daß hohe Stromamplituden abgeschaltet werden müssen, woraus hohe Aufwendungen für den Zwangslöschkreis und hohe Schaltverluste resultieren. Darüber hinaus ergeben sich aus der Eigenzeitkonstanten des Zwangslöschkreises uner wünschte Einschränkungen der oberen Blitzfolgefrequenz. Diese Nachteile wurden in der Schaltung nach DE-OS 33 47 229 dadurch aufgehoben, daß der Thyristorschalter zur Energiedosierung aus dem Entladekreis des Blitzkondensa tors in dessen Aufladekreis verlagert wurde. Gemäß diesem Schaltungsvorschlag erfolgt die Aufladung des Blitzkon densators aus einem Zwischenkreiskondensator über die Reihenschaltung eines GTO-Thyristors mit einem ohmschen Widerstand. Die Dosierung der dem Blitzkondensator zuge führten Energie erfolgt durch Veränderung der Leitdauer des GTO-Thyristors und damit der Ladedauer des Blitzkon densators. Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist ihr schlechter Wirkungsgrad infolge der Verwendung eines ohmschen Widerstandes zur Begrenzung der Ladestromampli tude für den Blitzkondensator. Für den Fall, daß diese Schaltungsanordnung für Stroboskope mit weitem Variati onsbereich der Blitzfolgefrequenz verwendet wird, kommt als weiterer Nachteil hinzu, daß mit einer relativ hohen Gleichspannung am Zwischenkreiskondensator gearbeitet werden muß. Dies ist erforderlich, um bei der maximalen Blitzfolgefrequenz die notwendige Mindestspannung am Blitzkondensator bereitzustellen und bedeutet erhöhte Kosten infolge der notwendigen höheren Spannungsfestig keit der Elemente im Zwischenkreis und im Blitzkondensa torkreis.In DE-PS 35 37 925 and DE-OS 36 12 164 are scarf described arrangements in which in series between Flash lamp and flash capacitor a forcibly extinguished Thy ristor is arranged. The dosage of lightning energy is done by changing the lead time of this series ristors. A disadvantage of such circuits is that high current amplitudes must be switched off, from which high expenses for the forced extinguishing circuit and high Switching losses result. Beyond that arise from the proper time constant of the forced extinguishing circuit desired restrictions of the upper flash repetition frequency. These disadvantages were in the circuit according to DE-OS 33 47 229 canceled by the fact that the thyristor switch for Energy metering from the discharge circuit of the flash condenser tors was relocated to the charging circuit. According to this Circuit suggestion is made to charge the Blitzkon capacitor from an intermediate circuit capacitor over the Series connection of a GTO thyristor with an ohmic Resistance. The dosage of the flash capacitor led energy is done by changing the lead time of the GTO thyristor and thus the charging time of the Blitzkon sensors. A disadvantage of this circuit arrangement is their poor efficiency due to the use of a ohmic resistance to limit the charging current ampli tude for the flash capacitor. In the event that this Circuit arrangement for stroboscopes with a wide variety range of the flash rate is used as a further disadvantage that with a relatively high DC voltage worked on the DC link capacitor must become. This is required to at the maximum Lightning repetition frequency the required minimum voltage at To provide flash capacitor and means increased Costs due to the necessary higher dielectric strength of the elements in the DC link and in the flash condenser gate circle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Bereitstellung der Blitzenergie für Stroboskope mit großem Blitzfolgefrequenzbereich, insbesondere für Laryn gostroboskope zu schaffen, die sich bei geringem Schal tungsaufwand durch eine im gesamten Betriebsfrequenzbe reich genau dosierbare Einzelblitzenergie und damit durch konstante Helligkeit der Blitzfolge, durch hohe mögliche Blitzfolgefrequenz, durch hohen Wirkungsgrad und durch eine im Vergleich zur maximalen Blitzlampenspannung we sentlich geringere Zwischenkreisspannung auszeichnet.The invention has for its object a circuit to provide the flash energy for stroboscopes with large flash repetition frequency range, especially for laryn To create gostroboscopes that are small scarf due to an overall operating frequency richly dosed single flash energy and thus constant brightness of the flash sequence, due to high possible Lightning repetition frequency, through high efficiency and through a compared to the maximum flash lamp voltage we distinguishes significantly lower DC link voltage.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ladekreis zur Aufladung des Blitzkondensators aus dem Zwischenkreiskondensator als pulsbreitengesteuerter Rei henschwingkreis ausgebildet ist, wobei das Ladeglied zwi schen Blitzkondensator und Zwischenkreiskondensator aus der Reihenschaltung eines vollsteuerbaren Leistungshalb leiterschalters, einer Ladedrossel und einer Sperrdiode besteht, und daß der sich hierbei ergebende Reihen schwingkreis aus Ladedrossel und Blitzkondensator mit einer Freilaufdiode beschaltet ist, die, bezogen auf die Polarität der Zwischenkreisspannung, in Sperrichtung ge polt ist.The object is achieved in that the Charging circuit for charging the flash capacitor from the DC link capacitor as pulse width controlled Rei is designed as a resonant circuit, the charging link between flash capacitor and intermediate circuit capacitor the series connection of a fully controllable power half conductor switch, a charging choke and a blocking diode and that the resulting series resonant circuit consisting of charging choke and lightning capacitor a free-wheeling diode is connected, which, based on the Polarity of the intermediate circuit voltage, in the reverse direction is polar.

Die Leitdauer des vollsteuerbaren Leistungshalbleiters wird über eine Steuerelektronik in Abhängigkeit von der extern vorgegebenen Stroboskopfrequenz gesteuert. Durch Variieren dieser Zeitdauer für die Schwingkreisaufladung des Blitzkondensators wird die Amplitude der Blitzspan nung so eingestellt, daß die in der Blitzröhre umgesetzte mittlere Leistung und damit die Helligkeit des Strobo skops unabhängig von der Blitzfolgefrequenz konstant bleiben.The lead time of the fully controllable power semiconductor is controlled by control electronics depending on the externally specified strobe frequency controlled. By Varying this period of time for the resonant circuit charging of the lightning capacitor is the amplitude of the lightning chip voltage set so that the converted in the flash tube medium power and thus the brightness of the strobo skops constant regardless of the flash repetition frequency stay.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Schaltungsanordnung ist die Sperrdiode Bestandteil des Freilaufkreises. Hierdurch ergibt sich eine günstige Aufteilung der Blitzkondensatorspannung auf Freilauf- und Sperrdiode.In a preferred embodiment of the The circuit is part of the blocking diode of the freewheeling circuit. This results in a cheap one Distribution of the flash capacitor voltage on freewheel and Blocking diode.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt die prinzipielle Schaltungsanordnung des Ausführungsbeispiels.The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing tion. Fig. 1 shows the basic circuit arrangement of the embodiment.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird der Zwi schenkreiskondensator C_D aus einer Wechselspannungsquelle über den Gleichrichter GR auf die Zwischenkreisspannung U_D aufgeladen, die zwischen den Klemmen A und B anliegt. Die Aufladung des Blitzkondensators C_B beginnt mit dem Einschalten des vollsteuerbaren Leistungshalbleiterschal ters HS, der hier als GTO-Thyristors ausgeführt ist. Hierbei bildet sich der Reihenschwingkreis A - D1 - L1 - C_B - L2 - HS - B heraus. Zu einem von der Steuerelektro nik SE vorgegebenen Zeitpunkt wird HS abgeschaltet, und die in den Ladedrosseln L1 und L2 gespeicherte magneti sche Energie führt zur Herausbildung des Freilaufkreises L1 - C_B - L2 - D2 - D1 - L1. Bei Stromnulldurchgang die ses Freilaufstromes ist die gesamte gespeicherte Lade drosselenergie auf den Blitzkondensator C_B übertragen, und die Dioden D1 und D2 sperren. Die Amplitude der sich am Blitzkondensator C_B einstellenden Spannung U_B und da mit die Energie je Einzelblitz ist eindeutig durch die Leitdauer von HS bestimmt. Diese Abhängigkeit ist in der Steuerelektronik SE, die vorzugsweise als Mikrorechner ausgeführt ist, als Steuergesetz abgelegt. Jeder beliebi gen Blitzfolgefrequenz f im Betriebs-Folgefrequenzbereich wird durch die Steuerelektronik SE entsprechend diesem Steuergesetz eine bestimmte Leitdauer von HS zugeordnet. Somit wird die in der Blitzröhre umgesetzt mittlere Lei stung im gesamten Betriebs-Folgefrequenzbereich konstant gehalten.In the illustrated in Fig. 1 arrangement of the interim intermediate circuit capacitor C _D from an AC power source via the rectifier GR is charged to the intermediate circuit voltage U _D applied between the terminals A and B. The charging of the flash capacitor C _B begins with the switching on of the fully controllable power semiconductor switch HS, which is designed here as a GTO thyristor. This creates the series resonant circuit A - D1 - L1 - C _B - L2 - HS - B. HS is switched off at a time specified by the control electronics SE, and the magnetic energy stored in the charging chokes L1 and L2 leads to the formation of the freewheeling circuit L1-C _B -L2-D2-D1-L1. At zero current crossing this freewheeling current, the entire stored charge choke energy is transferred to the flash capacitor C _B , and the diodes D1 and D2 block. The amplitude of the voltage U _B occurring at the flash capacitor C _B and therefore the energy per single flash is clearly determined by the duration of HS. This dependency is stored in the control electronics SE, which is preferably designed as a microcomputer, as a control law. Every lightning repetition frequency f in the operating repetition frequency range is assigned a specific master duration by HS by the control electronics SE in accordance with this control law. Thus, the average power implemented in the flash tube is kept constant over the entire operating repetition frequency range.

Die Amplitude der Spannung U_B an C_B ist über die Leitdau er von HS im Bereich zwischen 0 und 2 U_D (theoretisch, ohne Dämpfung) einstellbar. Durch die Einbeziehung der Sperrdiode D1 in den Freilaufkreis L1 - C_B - L2 - D2 - D1 - L1 wird erreicht, daß nach Sperren von D1 und D2 eine Spannungsaufteilung der hohen Blitzspannung an C_B auf diese beiden Dioden erfolgt.The amplitude of the voltage U _B to C _B can be set in the range between 0 and 2 U _D (theoretically, without damping) via the master duration of HS. By including the blocking diode D1 in the freewheeling circuit L1-C _B -L2-D2-D1-L1 it is achieved that after blocking D1 and D2 a voltage distribution of the high lightning voltage at C _B takes place on these two diodes.

Die Blitzlampe BL ist parallel zum Blitzkondensator C_B angeschlossen und wird durch einen Zündimpuls des Zündim pulsgenerators Z auf den Zündtrafo TR gezündet. Hierdurch entlädt sich C_B vollständig in BL. Durch die Steuerelek tronik SE ist gesichert, dar der Beginn der Wiederaufla dung von C_B für den nächsten Arbeitstakt erst dann er folgt, wenn die Blitzlampe BL nicht mehr stromleitend ist.The flash lamp BL is connected in parallel to the flash capacitor C _B and is ignited by an ignition pulse of the ignition pulse generator Z on the ignition transformer TR. This completely discharges C _B into BL. The Steuerelek tronik SE ensures that the start of the recharge of C _B for the next work cycle only occurs when the flash lamp BL is no longer conductive.

Um ein Übersprechen der mittels TR eingekoppelten hohen Zündspannungsspitzen auf Eingangs- und Ladekreis zu ver hindern, ist die Ladedrossel L zweigeteilt als L1 und L2 in den Zuführungen zu C_B angeordnet.In order to prevent crosstalk of the high ignition voltage peaks coupled in by means of TR on the input and charging circuits, the charging choke L is arranged in two parts as L1 and L2 in the feeds to C _B.

Im Vergleich zu bekannten Lösungen ist die erfindungsge mäße Schaltung vorteilhaft, da sie folgende Eigenschaften vereinigt:In comparison to known solutions is the fiction moderate circuit advantageous because it has the following properties united:

- The flash energy can be dosed very precisely. There through can in the entire operating repetition frequency range un utilization of the maximum permissible flash lamp power the power converted in the flash lamp and thus the Brightness can be kept constant.
- By replacing the ohmic resistance in the drawer circle through an inductance results in a high we degree of efficiency.
- There are much higher flash repetition frequencies reali sable than when using an ohmic resistor in the Charge circuit of the flash capacitor. One at known Lö required 2: 1 reduction of the flash sequence frequency f above approx. 500 Hz can therefore be achieved with the solution according to the invention can be avoided.
- Due to the formation of the loading circuit as pulse widths controlled oscillating circuit can the voltage at the Blitzkon capacitor between 0 and almost double the value of DC link voltage can be set. This is only a relatively low DC link voltage required, for their production components with correspondingly low lower dielectric strength can be used.

Liste der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

BL Blitzlampe
C_B Blitzkondensator
C_D Zwischenkreiskondensator
D1 Sperrdiode
D2 Freilaufdiode
f Blitzfolgefrequenz
GR Gleichrichter
HS vollsteuerbarer Leistungshalbleiterschalter
L1, L2 Ladedrosseln
L Summe von L1 und L2
SE Steuerelektronik
U_B Spannung am Blitzkondensator
U_D Zwischenkreisspannung
TR Zündtransformator
Z ZündimpulsgeneratorBL flash lamp
C _B flash capacitor
C _D DC _link capacitor
D1 blocking diode
D2 freewheeling diode
f Flash repetition rate
GR rectifier
HS fully controllable power semiconductor switch
L1, L2 charging chokes
L sum of L1 and L2
SE control electronics
U _B voltage at the flash capacitor
U _{D DC link} voltage
TR ignition transformer
Z ignition pulse generator

Claims

1. Circuit arrangement for providing the flashing energy for stroboscopes with a large flash repetition frequency range, consisting of an intermediate circuit capacitor (C _D ) connected via a rectifier (GR) to an AC voltage source, to the capacitor (C _B ) with a flash lamp lying in parallel via a charging element (BL) is closed, characterized in that the charging circuit for charging the flash capacitor as a from the series circuit of a fully controllable semiconductor switch (HS), a charging inductor (L) and a blocking diode (D1) with the flash capacitor (C _B ) by means of the control unit (SE) pulse-width controllable series oscillating circuit and that the series oscillating circuit formed in this way is connected to a freewheeling diode (D2) which is polarized in the reverse direction, based on the polarity of the intermediate circuit voltage.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the blocking diode (D1) is part of the freewheeling circuit formed from the flash capacitor (C _B ), charging choke (L) and freewheeling diode (D2).

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the charging inductor (L) is arranged in at least two parts as L1 and L2 in the feed lines to the flash capacitor (C _B ).