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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet elektronischer
Schaltungen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Ladeschaltungen in
Abbildungssystemen.
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Blitzlichtgeräte verwendende
Kameras enthalten üblicherweise
eine Ladeschaltung, welche einen in der Kamera enthaltenden Blitzkondensator auflädt. Der
Blitzkondensator speichert Energie in Form von elektrischer Ladung.
Diese Energie wird später
bei der Aufnahme eines Bildes von dem Blitzlichtgerät zur Erzeugung
eines "Blitzes" verwendet.
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Ladeschaltungen
werden üblicherweise
von einer Batterie mit Energie versorgt, welche den Spannungs- und
Strombedarf der Ladeschaltung abdeckt. Während tragbare Filmkameras
keine verschiedenen elektronischen Schaltungen enthalten, die Strom
und Spannung von der Batterie verwenden, enthalten andere Kameras
außer
den Ladeschaltungen verschiedene elektronische Schaltungen, welche
Energie von der Batterie verwenden. Derartige elektronische Schaltungen
können
Mikrocontroller, Bildsensorarrays usw. sein. Damit diese elektronischen
Schaltungen ordnungsgemäß funktionieren,
benötigen
sie eine ihnen zur Verfügung
gestellte Mindestspannung bzw. einen Mindeststrom.
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Aus
der
US 3 810 212 ist
ein Stromverteilungssystem für
batteriebetriebene Kameras bekannt. Die Aufladung des Blitzes erfolgt
mit Hilfe einer Schaltung, welche die bereitgestellte Spannung der
Batterie berücksichtigt
und ggf. die Aufladung verhindert, wenn die Batteriespannung zu
gering ist.
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Die
US 4 074 170 beschreibt
einen Spannungsregler für
eine Versorgung elektronischer Blitzeinrichtungen. Im Falle einer Überhitzung
wird die Versorgung der Blitzeinrichtung unterbrochen.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
einer Kamera mit einer Ladeschaltung liefert eine Batterie bei einer
bestimmten Spannung einen Strom an einen Aufwärtstransformator, welcher Teil
der Ladeschaltung ist. Der Transformator transformiert eine Spannung
von ungefähr
3 Volt (die Batteriespannung) in eine Spannung von 300 Volt, mit
der der Blitzkondensator aufgeladen wird. Der Blitzkondensator stellt
dann die von ihm gespeicherte Energie einer Triggerschaltung zur
Verfügung,
welche u.a. zur Überhöhung der
Spannung des Blitzlichtgeräts
(Blitzröhre)
auf über
4.000 Volt beiträgt.
Diese Spannung führt
zur Ionisation des in der Blitzröhre
enthaltenen Gases. Wenn das Blitzlichtgerät ausgelöst wird, erzeugt die Entladung
des Blitzkondensators über
die ionisierte Blitzröhre
darin einen sehr hohen Strom, wodurch Licht in der Blitzröhre emittiert
wird.
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Alkalibatterien
werden aufgrund ihrer relativ geringen Kosten und ihrer weitverbreiteten
Verwendung zunehmend in Kameras verwendet. Da eine Alkalibatterie
jedoch eine hohe Ausgangsimpedanz und eine geringe Spannung hat,
fällt die
Spannung bei Anstieg des von der Batterie erzeugten Stromes beträchtlich,
und zwar auf Pegel, welche für
andere elektronische Schaltungen in der Kamera unannehmbar sind.
Ein Anstieg des Batteriestroms wird während der Aufladung des Blitzkondensators üblicherweise
von dem Transformator verursacht. Der Spannungsabfall der Batterie
aufgrund des Stromanstiegs kann dazu führen, daß die anderen elektronischen
Schaltungen in der Kamera nicht richtig funktionieren, welche die
gleiche Batterie verwenden. Dieses Problem wird besonders kritisch,
wenn die Anzahl der verwendeten Batterien zur Reduzierung des Kameragewichts
minimiert wird. Ein weiteres mit Alkalibatterien verbundenes Problem
besteht darin, daß diese
Batterien beschädigt
werden können,
wenn ein zu hoher Strom aus diesen Batterien gezogen wird, wodurch
die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird.
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Es
ist wünschenswert,
ein Abbildungssystem beispielsweise eine Kamera zur Verfügung zu
stellen, welches Alkalibatterien oder ähnliche Energiequellen verwenden
kann, ohne die Funktion anderer, die gleiche Batterie/Batterien
nutzender Schaltungen zu beeinträchtigen.
Es ist wünschenswert,
ein Abbildungssystem und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die Fälle erfassen,
in denen die Spannung der Batterie/Batterien einen bestimmten vorgegebenen
Spannungswert erreicht, bei der andere mit der Batterie verbundene
Schaltungen nicht richtig funktionieren können, und die verhindern, daß die Spannung
der Batterie/Batterien weiter unter den vorgegebenen Wert fällt. Es
ist wünschenswert,
ein Abbildungssystem und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche Fälle erfassen,
in denen der Batteriestrom einen bestimmten vorgegebenen Wert überschreitet
und die den Batteriestrom an einem weiteren Anstieg hindern.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kamera zur Verfügung, welche
eine Batterie, eine Blitzlichtschaltung und eine Ladeschaltung zur Übertragung von
Energie von der Batterie an die Blitzlichtschaltung enthält. Die
Kamera enthält
ferner eine mit der Batterie gekoppelte Spannungsüberwachungseinrichtung,
um die Batterie von der Ladeschaltung zu trennen, wenn die Spannung
an der Batterie unter einen vorgegebenen Spannungswert fällt. Eine
mit der Batterie gekoppelten Stromüberwachungseinrichtung trennt
die Batterie von der Ladeschaltung, wenn der Strom durch die Batterie
einen vorgegebenen Stromwert überschreitet.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel stellt
die vorliegende Erfindung eine Kamera zur Verfügung, welche eine Batterie,
eine Blitzlichtschaltung und eine Ladeschaltung zur Übertragung
von Energie von der Batterie an die Blitzlichtschaltung enthält. Die
Kamera enthält
ferner eine mit der Batterie gekoppelte Stromüberwachungseinrichtung, um
die Batterie von der Ladeschaltung zu trennen, wenn der Strom durch
die Batterie einen vorgegebenen Stromwert überschreitet.
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Die
Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, beigefügten Ansprüche und
zugehörigen
Zeichnung besser verständlich,
in der:
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1 ein
Blockschaltbild einer Kamera mit einer Spannungsüberwachungseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 zeigt
eine detaillierte Darstellung einer Schaltung in einer Kamera, welche
eine Spannungsüberwachungseinrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält;
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3 zeigt
ein Blockschaltbild einer Kamera mit einer Stromüberwachungseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
eine detaillierte Darstellung einer Schaltung in einer Kamera, welche
eine Stromüberwachungseinrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält;
und
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5 zeigt
ein Blockschaltbild einer Kamera mit sowohl einer Spannungsüberwachungseinrichtung
als auch einer Stromüberwachungseinrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
der vorliegenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details
angegeben, um ein besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Jedoch sollte für den Fachmann
klar sein, daß die
Erfindung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen
Fällen
wurden bekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken nicht detailliert
dargestellt, um die vorliegende Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten
zu belasten.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Kamera zur Verfügung, welche
eine Batterie, eine Blitzschaltung und eine Ladeschaltung zur Übertragung
von Energie von der Batterie an die Blitzlichtschaltung enthält. Die
Kamera enthält
ferner eine mit der Batterie gekoppelte Spannungsüberwachungseinrichtung, um
die Batterie von der Ladeschaltung zu trennen, wenn die Spannung
an der Batterie unter einen vorgegebenen Spannungswert fällt. Die
Spannungsüberwachungseinrichtung
verhindert ein weiteres Aufladen eines Blitzkondensators und damit
einen weiteren Anstieg des von der Batterie gelieferten Stroms, wenn
die Batteriespannung den vorgegebenen Spannungswert erreicht. Die
Spannungsüberwachungseinrichtung
verhindert somit, daß die
Batteriespannung unter die vorgegebene Spannung fällt, wobei dies
sonst Fehlfunktionen anderer die Batterie nutzender elektronischer
Schaltungen verursachen könnte.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer Kamera 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Kamera 100 enthält eine Batterie (oder Batterien) 102,
beispielsweise eine Alkalibatterie, welche eine Ausgangsspannung
von ungefähr
3 Volt liefern kann. Die Kamera enthält ferner einen mit der Spannungsüberwachungseinrichtung 106 gekoppelten
Schalter 108, eine mit dem Schalter 108 gekoppelte
Ladeschaltung 110 und eine mit den Ladeschaltungen gekoppelte
Blitzschaltung. Die Batterie 102 ist mit einer erfindungsgemäßen Spannungsüberwachungseinrichtung 106 gekoppelt.
Die Spannungsüberwachungseinrichtung 106 stellt
sicher, daß der
Schalter 108 das weitere Aufladen eines in der Ladeschaltung 110 enthaltenen
(nicht gezeigten) Blitzkondensators über die Ladeschaltung 110 verhindert,
wenn die Batteriespannung unter einen vorgegebenen Spannungswert
fällt.
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2 zeigt
eine detaillierte Schaltungsdarstellung 200, die die Spannungsüberwachungseinrichtung 106 und
die Ladeschaltung 110 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
enthält.
Eine Batterie 201 liefert über eine Leitung 202 eine
Spannung VBAT. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 106 ist
mit einer Schalteinrichtung 108 gekoppelt, die bei der
Ausführungsform
der Schaltung gemäß der hier
beschriebenen vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines MOSFET-Transistors 108 realisiert
ist. Die Schalteinrichtung 108 ist mit der Ladeschaltung 110 und
der Batterie 201 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel
der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung ist die Ladeschaltung 110 eine
selbsterregte Schaltung, die im folgenden beschrieben wird.
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Die
Ladeschaltung 110 enthält
einen Aufwärtstransformator 203 mit
einer Primärwicklung 204,
die an ihrem positiven Pol mit der Drain-Elektrode des Schalttransistors 108 gekoppelt
ist. Der negative Pol der Primärwicklung 204 ist
mit einem Kondensator 206 gekoppelt. Ferner enthält der Transformator
eine mit einem Blitzkondensator 214 gekoppelte Sekundärwicklung 212.
Wenn der Schalttransistor 108 eingeschaltet ist, so daß er Strom
durchleitet, sind ein NPN-Transistor 216 und ein PNP-Transistor 218 eingeschaltet.
Der Schalttransistor 108 leitet den Strom zu dem PNP-Transistor 218,
wodurch der Basis-Emitter-Übergang
des Transistors 216 aufgrund des über den widerstand 222 fließenden Kollektorstroms
des Transistors 218 vorgespannt wird. Der Primärwicklungsstrom
fließt
von der Primärwicklung über den
Transistor 216 zur Masse. Der induzierte Sekundärwicklungsstrom
fließt über den
Transistor 218, den Basisanschluß des Transistors 218,
die Sekundärspule 212 des
Transformators 203, die Diode D1, wodurch der Kondensator 214 aufgeladen
wird.
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Die
Primär-
und Sekundärstrom
des Transformators steigen mit einer von der Induktivität des Transformators 203 gesteuerten
Rate an, bis der Transformator 203 die Sättigung
erreicht. wenn der Transformator 203 gesättigt ist,
verlangsamt sich der Stromanstieg durch die Primär- und Sekundärwicklung,
und die Polarität
des Transformators kehrt sich um, wodurch der Transistor 218 abgeschaltet
wird, da die Basis dieses Transistors positiver als der Emitter
dieses Transistors wird. Sobald der Transistor 218 abgeschaltet
ist, wird der Transistor 216 ebenfalls abgeschaltet, da
kein Strom über
den Transistor 218 und über
den Widerstand 222 fließt, um den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 216 vorzuspannen.
Das aktuelle Aufladen des Kondensators 214 und der aktuelle
Aufladezyklus sind beendet. Ein neuer Aufladezyklus beginnt automatisch,
sobald der Kondensator 206 die im Transformator 203 gespeicherte überschüssige Energie
absorbiert hat. Der Kondensator 206 kann eine Kapazität von ungefähr 0,1 μF haben,
der Widerstand 222 kann einen Widerstand von ungefähr 10,0
kΩ haben
und der Kondensator 214 kann eine Kapazität von ungefähr 250 μF haben.
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Die
Spannungsüberwachungseinrichtung 106 überwacht
die Spannung der Batterie 201, um die Batteriespannung
während
des Aufladezyklus oberhalb von 1,6 Volt zu halten. Wenn die Spannung an
der Batterie unter den vorgegebenen Wert (ungefähr 1,6 Volt in dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel)
fällt,
trennt die Spannungsüberwachungseinrichtung
die Batterie von der Ladeschaltung 110. Dies beendet den
Aufladezyklus und verhindert einen Anstieg des von der Batterie
gelieferten Stroms, wodurch ein Abfall der Batteriespannung verhindert wird.
Der vorgegebene Spannungswert wird durch einen aus den Widerständen 226 und 228 gebildeten Spannungsteiler
eingestellt. Die Spannungsüberwachungseinrichtung 106 enthält eine
Schaltung 230, welche bestimmt, ob die Spannung an der
Batterie höher
oder niedriger als der vorgegebene Spannungswert ist. Wenn die Spannung
an der Batterie niedriger als der vorgegebene Spannungswert ist, verhindert
die Schaltung 230 ein weiteres Aufladen des Kondensators 214.
Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Schaltung 230 mit Hilfe
einer Komparatorschaltung realisiert, jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt.
Der Widerstand 226 ist an seinem einen Ende mit einer Referenzspannung VREF gekoppelt, welche mit Hilfe des Spannungsteilers
den vorgegebenen Spannungswert an einem der Eingänge (invertierende Eingänge) der
Komparatorschaltung 230 einstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel
der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung kann der Komparator
ein von National Semiconductor hergestellter LM339 sein. Sobald
die Batteriespannung den vorgegebenen Spannungswert erreicht, geht
der Ausgangspin (Knoten 232) der Komparatorschaltung 230 (der
mit der Gate-Elektrode des MOSFET-Transistors 108 gekoppelt ist)
auf einen niedrigen Pegel, wodurch der Transistorschalter 108 abgeschaltet
wird. Wenn der Transistorschalter 108 abgeschaltet ist,
ist der aktuelle Aufladezyklus des Kondensators 214 beendet.
Die Widerstände 235 und 237 werden
zur Schaffung eines Hysteresebereichs verwendet, um ein Oszillieren
der Komparatorschaltung 230 zu vermeiden. Bei einem Ausführungsbeispiel
der hier beschriebenen Erfindung hat der Widerstand 226 301
kΩ, der
Widerstand 228 hat 237 kΩ und der Widerstand 232 hat
1 MΩ und
der Widerstand 237 hat 10 kΩ.
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Das
Ausführungsbeispiel
der Schaltung 200 der vorliegenden Erfindung enthält ferner
einen mit Hilfe des mit dem Knoten 232 gekoppelten Transistors 265 implementierten
Strobe-Ein/Aus- Steuerabschnitt.
Wenn ein über
die Leitung 238 (in der Figur links unten) angelegtes Steuersignal
PWRMOD6 logisch auf Null gesetzt wird, wird der Transistor 265 abgeschaltet,
und die Ladeschaltung arbeitet wie oben beschrieben. Wenn jedoch
eine logisch hohe Spannung (3,3 Volt) über die Leitung 238 angelegt wird,
wird der Transistor 265 eingeschaltet, wodurch die Gate-Elektrode des Transistorschalters 108 auf Masse
gezogen wird, wodurch das Aufladen des Kondensators 214 durch
die Schaltung 110 beendet wird.
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Die
Schaltung 200 enthält
ferner einen (mit gestrichelten Linien dargestellten) Spannungsrückkopplungsbereich 240.
Ein parallel zu dem Blitzkondensator 214 geschalteter,
die Widerstände 242 und 244 enthaltender
Spannungsteiler teilt die Blitzkondensatorspannung herunter. Sein
Teilerverhältnis
beträgt
245 zu 1. Der Knoten 246 ist zu einer Komparatorschaltung 248 rückgekoppelt,
die Teil der gleichen integrierten Schaltung (LM339) sein kann,
welche den Komparator 230 enthält. Die Widerstände 250 und 252 sorgen
für einen
Hysteresewert, welcher 260 bzw. 280 Volt Blitzkondensatorspannung
repräsentiert.
Wenn die Ladespannung (am Kondensator 214) höher als
280 Volt ist, ist der Spannungspegel am Eingangspin 254 höher als
die Spannung am Eingangspin 256, welcher auf einen vorgegebenen
Wert eingestellt ist. Dies führt
dazu, daß der
Ausgang (Knoten 260) der Komparatorschaltung 248 auf
einen niedrigen Pegel übergeht.
Wenn der Knoten 260 auf einen niedrigen Pegel übergeht,
werden die Transistoren 262 und 264 beide eingeschaltet
und der Transistor 264 zieht den Knoten 232 auf
Erdpotential, wodurch verhindert wird, daß die Ladeschaltung 110 den
Kondensator 214 weiter auflädt. Nach dem Ende der Aufladung
steigt die Spannung des Blitzkondensators 214 nicht mehr
an und wird über
die Rückkoppelungswiderstände 242 und 246 und
durch interne Leckströme
langsam aufgebraucht.
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Wenn
der Blitzlichtbefehl während
dieses Aufbrauchzyklus nicht ausgelöst wird, fällt die Spannung des Blitzlichtkondensators
schließlich
unter 260 Volt und die Spannung am Pin 254 des Komparators 248 wird
niedriger als die Spannung am Pin 256, so daß der Knoten 260 des
Komparators 248 auf einen hohen Pegel übergeht, so daß die Transistoren 262 und 264 nicht
leiten, wodurch die Ladeschaltung 110 den Kondensator 214 aufladen
kann. Dieser Ein/Aus-Zyklus hält
die Spannung des Blitzkondensators zwischen 260 und 280 Volt. Sofern
nicht ein Blitzlichtbefehl ausgegeben wird oder ein Strobesignal
(Austastsignal) von dem Systemcontroller ausgeschaltet wird, geht
der Ein/Aus-Zyklus in dieser Weise weiter.
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Ein
alternatives Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Schaltung
verwendet eine Stromüberwachungseinrichtung 306,
wie in 3 gezeigt ist, welche den Pegel des Stroms erfaßt, der
von der Batterie 302 zu der Ladeschaltung 310 fließt. Wenn der
Strom von der Batterie 302 einen vorgegebenen Wert überschreitet,
schaltet die Stromüberwachungseinrichtung 306 den
Strom zu der Ladeschaltung 310 ab.
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4 zeigt
eine detaillierte Darstellung einer eine Stromüberwachungseinrichtung 306 enthaltenden
Schaltung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Eine Batterie 302 stellt über eine
Leitung 403 einer (mit gestrichelten Linien dargestellten)
Ladeschaltung 310 und einem Schalttransistor 308 eine
Spannung VBAT zur Verfügung. Die Ladeschaltung 310 hat
die gleiche Konfiguration wie die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 beschriebene
und dargestellte Ladeschaltung 110. Die im vorangegangenen
gelieferte Erläuterung
der Betriebsweise der Ladeschaltung gilt genauso für die Ladeschaltung 410 der 4.
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Die
Schaltung 400 enthält
ferner eine Stromüberwachungseinrichtung 306,
welche den Strom der Batterie 301 überwacht, um zu verhindern,
daß der
Strom dieser Batterie einen vorgegebenen Stromwert während des
Aufladezyklus überschreitet. Wenn
der Batteriestrom den vorgegebenen Stromwert (in dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel ungefähr 2 Ampere)
erreicht, schaltet die Stromüberwachungseinrichtung 306 den
Schalttransistor 308 ab, wodurch der Batteriestrom von
der Ladeschaltung 310 abgetrennt wird. Dies beendet den
Aufladezyklus und verhindert einen weiteren Anstieg des von der
Batterie 302 zur Verfügung
gestellten Stroms. Ein (dem vorgegebenen Stromwert entsprechender)
vorgegebener Spannungswert wird über
einen von den Widerständen 426 und 428 gebildeten
Spannungsteiler eingestellt. Der Widerstand 426 ist an
seinem Ende mit einer Referenzspannung VREF gekoppelt, die
mit Hilfe des Spannungsteilers den vorgegebenen Spannungswert an
einem der beiden Eingänge (invertierende
Eingänge)
der Komparatorschaltung 430 einstellt. Beim Aufladen fließt der Batteriestrom über die
Primärwicklung 404,
den Transistor 416 und den Widerstand 429. Der
in der Stromüberwachungseinrichtung 306 enthaltene
Widerstand 429 erfaßt
den durch ihn fließenden
Batteriestrom und konvertiert diesen Strom in eine Spannung am Knoten 431.
Da die Spannung am Knoten 431 im wesentlichen proportional
zum Batteriestrom ist, reflektiert diese Spannung die Messung der
Batterie, so daß es einen
Spannungswert gibt (vorgegebener Spannungswert), welcher dem vorgegebenen
Stromwert entspricht. Sobald der über den Widerstand 429 fließende Strom
den vorgegebenen Stromwert überschreitet, überschreitet
die Spannung am invertierten Eingang des Komparators 430 (sowie
die Spannung am Widerstand 429) die von dem Spannungsteiler 426 und 428 erzeugte
Spannung, so daß der
Ausgang des Komparators 430 (der Knoten 432) auf
einen niedrigen Pegel übergeht,
wodurch der Schalter 308 abgeschaltet wird. Wenn der Transistorschalter 308 abgeschaltet
ist, ist der Stromaufladezyklus beendet und der Anstieg des Batteriestroms
ist ebenfalls beendet. Der Widerstand 427 wird eingesetzt, um
einen Hysteresebereich zu schaffen, um eine Oszillation des Komparators
zu vermeiden. Das Ausführungsbeispiel
der Schaltung 400 kann ferner den Strobe-Ein/Aus-Steuerbereich
enthalten, der im Zusammenhang mit 2 erörtert wurde,
und den ebenfalls in Zusammenhang mit 2 erörterten Spannungsrückkopplungsbereich.
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5 zeigt
ein Blockschaltbild einer Kamera, die sowohl eine Spannungsüberwachungseinrichtung 506 als
auch eine Stromüberwachungseinrichtung 505 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung aufweist.