DE1638977B2 - Hochstromimpulsgenerator - Google Patents

Description

sionsgrenzschicht des Typs Sylvania IN 2071 der Spitzenstrom mit 6 Ampere und die Sperrspannung mit 600 Volt angegeben, Ähnlich werden bei dem Siliziumthyristor des Typs Motorola MCR 808-1 der Spitzenstrom 225 Ampere und die Sperrspannung mit 600 Volt angegeben, und beim Gleichrichter mit Grenzschicht des Typs Motorola N 3286 wird der Rückstoßstrom mit 0,5 Ampere und der Stoßstrom mit 2,5 Ampere angegeben.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Halbleitergleichrichter mit pn-Grenzschichten und alle anderen verfügbaren ähnlichen Gleichrichter in erfindungsgemäßer Anordnung kurzfristig Spitzenstoßströme bis zu einigen tausend Ampere vertragen, wobei diese Stromimpulse bis zu 10 Mikrosekunden lang sein können, und daß sie Stoßspannungen bis zu mindestens 5000 Volt sperren. So wurde beispielsweise der obenerwähnte Halbleiter des Typs Motorola MCR 808-1 wiederkehrenden Stro .!impulsen von 1000 Ampere, also mindestens dem Vierfachen des angegebenen Nennstoßstromes, bei einer für stroboskopische Zwecke geeigneten Impulsfolgegeschwindigkeit ausgesetzt. Ebenso wurden die obenerwähn- ;cn Gleichrichter mit angegebenen Nennstoßströmen von nur wenigen Ampere wiederkehrenden Stromimpulsen von 1000 Ampere ausgesetzt. Diese riesigen, jedoch nur für Mikrosekunden fließenden Ströme reichen auch nicht aus, die Grenzschrht in einer schädigenden Weise zu erhitzen.

Es wurde ferner festgestellt, daß die Gleichrichter unter diesen Betriebsbedingungen einen geringeren Widerstand haben als bislang angenommen wurde. Der gemessene Widerstand liegt in der Größenordnung von einigen Milliohm, während in den Datenblättern für die meisten Blitzlichtröhren im leitenden Zustai.d ein Widerstand von mehreren Ohm angegeben ist. So wird z. B. bei dem Element Motorola N 3286 für normalen Betrieb der Spannungsabfall bei 100 Milliampere mit 2,5 Volt angegeben, was einen Widerstand von 25 Ohm ergibt. Ein solcher Widerstand wäre in einem Entladungskreis mit einer Blitzlichtröhre viel zu groß, da er den größten Teil der Entladungsenergie verbrauchen würde. Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, daß eine solche pn-Flächendiode bei ihrer Verwendung in einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltkreis gegenüber einem kurzfristigen sehr hohen Entladungsstrom nur einen effektiven Widerstand von wenigen Milliohm aufweist und daher in Entladungskreisen mit Erfolg verwendet werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die pn-Flächendiodc eine Nennsperrspannung, die viel kleiner ist als die Spannungsamplitude der Zündspannungsimpulsc, und außerdem kann der Zündspannungsimpuls mindestens eine Größe von 1000 Volt haben und können der Nennstoßstrom und die Nennstoßspannung der pn-Flächendiode nicht mehr als 100 Ampere bzw. 100 Volt betragen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen; in dieser zeigt

F i g. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Hochstromimpulsgenerator, der zum Betrieb einer Gasentladungs-Blitzlichtlampe dienen soll, und

F i g. 2 Spannungsverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Fi g, 1 zeigt eine Blitzlichtlampe 1, die als Gasentladungsröhre ausgebildet ist. An Stelle der Blitzlichtlampe 1 kommt jedes andere Schaltelement in Betracht, das im Normalzustand nicht leitend ist, aber einen sehr hohen Strom führen kann, wenn es in den leitenden Zustand übergeführt wird. Die Blitzlichtlampe 1 ist vorzugsweise mit ihrer Kathode 5 im Punkt G geerdet. Parallel zur Anode 3 und zur Kathode 5 liegt ein Speicherkondensator C, der über die Blitzlichtlampe 1 entladen werden kann. Der

ίο Zeitpunkt der Entladung wird durch einen Zündimpuls bestimmt, der von der Sekundärwicklung S eines Steuertransformators T geliefert wird und über einen Kondensator Cl zwischen Anode und Kathode der Blitzlichtlampe 1 aufgeschaltet wird. Es können auch ein oder mehrere Steuergittcr 7 vorgesehen werden, um den Zusammenbruch des Widerstandes in der Gasfüllung der Blitzlichtlampe 1 beim Eintreffen eines Steuerimpulses zu erlerntem.

Der Speicherkondensator C wird aus einer Span-

ao nungsquelle +, — über eine in Reihe geschaltete Impedanz, die in der Figur als Induktivität R3 dargestellt ist, aufgeladen. Die Induktivität A3 kann auf Reihenresonanz bemessen werden, so daß eine unterstützende Wirkung bei Spannungen zwischen Anode 3 und Kathode 5 auftritt, die unterhalb der erforderlichen Zündspannung liegen. Ein zeitlich in gewünschter Weise vom Steuertransformator T gelieferter Zündimpuls oder eine sich wiederholende Folge von Zündimpulsen bestimmt den Zeitpunkt der Entladung, indem die Zündimpulsspannung zur Spannung am Speicherkondensator C addiert wird und die resultierende Spannung zwischen Anode 3 und Kathode 5 die Blitzlichtlampe 1 zündet, was zur Erzeugung eines Lichtblitzes als Folge der Entladung des Speicherkondensators C über die Blitzlichtlampe 1 führt. Die Steuerimpulse ihrerseits werden durch Eingangsimpulse TP erzeugt, die über den negativen Eingang und einen Kopplungskondensator C der Steuerelektrode 2 beispielsweise eines Schaltthyristors R zugeführt werden. Die Kathode 4 des Schaltthyristors R ist an den unteren Anschluß der Primärwicklung P des Steuertransformators T angeschlossen. Ein Lastwiderstand R1 ist zwischen Steuerelektrode 2 und Kathode 4 des Schaltthyristors R geschaltet. Die Anode 6 des Schaltthyristors R ist über einen Speicherkondensator Cl an das obere Ende der Primärwicklung P angeschlossen. Der Speicherkondensator Cl wird über einen Widerstand Rl aus der Spannungsquelle +,- aufgeladen. Die

Entladung erfolgt über den Schaltthyristor R und die Primärwicklung P, wenn der Scnaltthyristor R durch einen Eingangsimpuls TP in leitenden Zustand ver setzt wild. Die Entladung über die Primärwicklung /' erzeugt d^n gewünschten Zündimpuls im Steuerlransformator T.

Abweichend von den bekannten Schaltkreisen der beschriebenen Art, ist zumindest eine pn-Flächendiode R' zwischen dem einen Anschluß des Speicherkondensators C und dem einen Anschluß der Blitzlichtlarnpe 1, z. B. der Anode 3, eingefügt. Der Gleichrichter R' ist so beschaffen, daß er den Speicherkondensator praktisch unmittelbar, d. h. ohne nennenswerten übergangswiderstand, auf die Blitzlichtlampe 1 schaltet. Die pn-Flächendiode R' ist

derart gepolt, daß während des nichtleitenden Zustandes der Blitzlichtlampe 1 die am Speiclicrkondensator C liegende, über die Induktivität R 3 angeschlossene Spannung gegenüber der Sekundärspan»

nung des Steuertransformators T isoliert ist. Der Koppelkondensator Cl dient als Trennungskondensator, um eine gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Steuertransformator T und dem Speicherkondensator C zu verhindern. Wenn ein Steuerimpuls von der Sekundärwicklung S zur Anode 3 geliefert wird, so wird, da das Potential des Steuerimpulses normalerweise höher als das des oberen Anschlusses des Speicherkondensators C ist, die pn*Fläehendiode R' in Sperrichtung beansprucht und verhindert somit ein Abfließen des Steuerimpulses in den Versorgungskreis C-R 3.

Durch die Verwendung von pn-Flächendioden R' mit Diffusionsgrenzschichten kann die am Speicherkondensator C erforderliche Spannung beachtlich kleiner sein, als in gewöhnlichen Blitzlichtkreisen dieser Art. Infolgedessen ergibt sich def Vorteil einer kürzeren Ladezeit und folglich die Möglichkeit, die Schaltung mit höherer Frequenz zu betreiben, und zwar ohne Gefahr eines Verharrens des Entladeglie* des im gezUndeten Zustand. Zugleich wird erreicht, daß bei der Herstellung von Blitzlichtröhren nicht mehr ein so hohes Maß an Sorgfalt darauf verwendet zu werden braucht, daß die Blitzlichtröhren möglichst geringe Abweichungen in ihren Eigenschaften zeigen. In F i g. 2 zeigt die gestrichelte Linie den in einer herkömmlichen Schaltung an der Anode 3 auftretenden Spannungsverlauf, während die vollausgezogene Linie den Anodenspannungsverlauf (Punkt θ) in der Schaltungsanordnung nach der Erfindung zeigt. Die geringere Breite des Spannungsimpulses bedeutet, daß nach Stromführung der Röhre die Wiederaufladung des Speicherkondensators C in kürzerer

ίο Zeit erfolgen kann ohne Gefahr einer Fortsetzung der Entladung über die Röhre 1. Die maximale Wiederkehrfolge von Blitzen kann also gesteigert werden, ohne daß es zu einer unerwünschten Selbstionisierung während der Wiederaufladung des Speicherkondensators C kommt.

Als geeignete Dimensionierung der Kondensatoren Cl und Cl in Verbindung mit Blitzlichtröhren des Typs Edgerton, Germeshausen & Grier FX 6 A und Gleichrichtern R' des bereits erwähnten Typs

«ο IN2071 ergeben sich die Werte Cl = 0,47 μΡ und C2=10nnF. Die Zündspannung kann, ohne daß dies jedoch immer erforderlieh wäre, beachtlich größer als die etwa ein bis mehrere hundert Volt betragene Spannung am Kondensator C gemacht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i 638 977 strecke und dem Speicherkondensator ist eine induk- Patentansprüche; tive Sperre in Form von auf die Verbindungsleitung aufgeschobenen Ferritringen eingefügt, die als

1. Hochstromimpulsgenerator mit einem Spei- Hindernis für die Zündimpulse auf dem Wege zum cherkondensator und mit einem im Ruhezustand 5 Speicherkondensator wirken soll, damit diese Zündsehr hochohmigen, im gezündeten Zustand sehr impulse nur über die Funkenstrecke laufen. Die niederohmigen Entladeglied mit zwei Anschlüs- Funkenstrecke selbst hat im Ruhezustand einen sen, das mit den beiden Anschlüssen zum einen extrem hohen, in gezündetem Zustand dagegen einen über ein Bauelement mit richtungsabhängiger extrem niedrigen Widerstand.

Stromdurchlässigkeit an den Speicherkondensa- io Aus der deutschen Patentschrift 928 309 ist weiter tor und zum anderen an eine Einrichtung zur Er- eine elektrische Kondensatorenbatterie bekannt, die zeugung von Zündspannungsimpulsen derart an- mittels Stromstößen entladen werden kann. Diese begeschlossen ist, daß das Bauelement mit rieh- kannte Kondensatorenbatterie besteht aus mehreren tungsabhängiger Stromdurchlässigkeit die Ein- parallelgeschalteten Teilkondensatoren und enthält richtung zur Erzeugung von Zündspannungsim- 15 vor jedem Teilkondensator einen Gleichrichter, der pulsen von dem Speicherkondensator trennt und bei Kurzschluß eines Teilkondensators die Entladung daß das Entladeglied durch Anlegen eines Zünd- der anderen Teilkondensatoren über den kurzgespannungsimpulses für die beiden Anschlüsse schlossenen Teilkondensator verhindern soll. Durch zündbar ist, dadurch gekennzeichnet, diese Einfügung von Gleichrichtern soll ein Stromdaß das Bauelement mit richtungsabhängiger 20 fluß verhindert werden, der die Zerstörung eines be-Stromdurchlässigkeit eine pn-Flächendiode (R') Teits beschädigten Teilkondensators der Kondenmit einem maximal zulässigen Spitzenstoßstrom satorenbatterie zur Folge haben könnte.

von höchstens einem Viertel der Stromstärke der Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

von dem Speicherkondensator (C") gelieferten Hochstromimpulsgenerator der eingangs genannten

Stromimpulse ist und daß die Stromimpulse eine 25 Art so auszubilden, daß die zulässige Zündfolge für

Stromstärke in der Größenordnung von 1000 Am- die Entladung des Speicherkondensators über das

pere und z'me maximale Dauer von 10 Mikro- Entladeglied erheblich gesteigert, also der Abstand

Sekunden haben. zwischen den einzelnen Entladungen verkürzt und

2. Hochstromimpulsgenerator nach Anspruch 1, damit die mögliche Blitzfolge bei einer elektronisch dadurch gekennzeicnnet, r!aß die pn-Flächen- 30 betriebenen Blitzlichtlampe erhöht werden kann, diode (R') eine Nennsperrspannung hat, die viel ohne daß die Gefahr einer ständigen Zündung oder kleiner als die Spannungsamplitude der Zünd- eines ständigen Brennens der Blitzlichlampe besteht. Spannungsimpulse ist. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß da-

3. Hochstromimpulsgenerator nach Anspruch 1, durch gelöst, daß das Bauelement mit richtungsdadurch gekennzeichnet, daß der Zündspannungs- 35 abhängiger Stromdurchlässigkcit eine pn-Flächenimpuls mindestens eine Größe von 1000 Volt hat diode mit einem maximal zulässigen Spitzenstoßstrom und daß der Nennstoßstrom und die Nennstoß- von höchstens einem Viertel der Stromstärke der von spannung der pn-Flächendiode (R') nicht mehr dem Speicherkondensator gelieferten Stromimpulse als 100 Ampere bzw. 100 Volt betragen. ist und daß die Stromimpulse eine Stromstärke in der

40 Größenordnung von 1000 Ampere und eine maximale Dauer von 10 MikroSekunden haben.

■ · Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgäbe besteht also im wesentlichen aus der besonderen Auswahl des in die Verbindung zwischen das 45 Entladeglied und dem Speicherkondensator für die darüber zu entladene Energie eingefügten Bauclc-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochstrom- mentes mit richtungsabhängiger Stromdurchlässigimpulsgenerator mit einem Speicherkondensator und keit.

mit einem im Ruhezustand sehr hochohmigen, im Zu Halbleitern mit einer Grenzschicht, wie z. B.

gezündeten Zustand sehr niederohmigen Entladeglied 50 pn-Flächendioden, werden in den Datenblättern An-

mit zwei Anschlüssen, das mit den beiden Anschlüs- gaben über die Stoßströme und Spannungen gemacht,

sen zum einen über ein Bauelement mit richtungs- denen diese Bauelemente maximal ausgesetzt werden

abhängiger Stromdurchlässigkeit an den Speicher- können. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zu-

kondensator und zum anderen an eine Einrichtung gründe, daß diese Art von Halbleiterelementen zum

zur Erzeugung von .Zündspannungsimpulsen derart 55 Unterschied von Punktkontakt-Halbleiterelementen

angeschlossen ist, daß das Bauelement mit richtungs- bei ihrer Verwendung in erfindungsgemäßer Weise

abhängiger Stromdurchlässigkeit die Einrichtung zur die unerwartete Eigenschaft aufweisen, daß sie kura-

Erzeugung von Zündspannungsimpulsen von dem fristig sehr hohe Spitzenstoßströme von einigen

Speicherkondensator trennt und daß das Entladeglied tausend Ampere vertragen, die weit über den in den

durch Anlegen eines Zündspannungsimpulses für die 60 Datenblättern als maximal zulässig angegebenen Nenn-

beiden Anschlüsse zündbar ist, stoßströmen liegen. Ebenso vertragen sie kurzfristig

Ein Hochstromimpulsgenerator dieser Art ist in sehr hohe Sperrspannungen von vielen tausend Volt,

der österreichischen Patentschrift 239 375 beschrie- die weit über der angegebenen Nennsperrspannung

ben. Bei diesem bekannten Hochstromimpulsgenera- Hegen. Schließlich haben sie sehr kleine Widerstände

tor ist an eine Funkenstrecke mit zwei Elektroden- 6g während der kurzfristigen Stromführung; diese sind

anschlüssen ein Speicherkondensator und eine weit geringer als die Widerstände normaler Blitzlicht-

Steuerstufe zum Erzeugen von Zündimpulsen artge- röhren während des leitenden Zustandes, Zum Bei-

sclilossen. In die Verbindung zwischen der Funken- spiel werden bei dem Siliziumgleichrichter mit Diffu-