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Elektronenblit zgerät
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Die Erfindung betrifft ein Elektronenblitzgerät mit einem Spannungswandler
zur Aufladung eines Speicherkondensators.
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Bei Elektronenblitzgeräten wird üblicherweise aus einer niedrigen
Batteriespannung mittels eines elektronischen Spannungswandlers eine höhere Spannung
zur Aufladung eines Speicherkondensators gewonnen.
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Hierbei werden in der Regel als Spannungswandler selbstschwingende
Sperrwandler oder Durchflußwandler verwendet. Bei derartigen Spannungswandlern ist
der Wirkungsgrad durch die jeweilige Schaltungsart auf einen bestimmten Maximalwert
begrenzt. Insbesondere ist der Wirkungsgrad umso schlechter, je kürzer die Aufladezeit
des Speicherkondensators gewählt wird. Im Interesse einer guten Ausnutzung der Batterie
ist es jedoch wünschenswert, einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Spannungswandlers
zu erzielen.
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Bei den bisher verwendeten selbstschwingenden Spannunswandlern ist
ein höherer Wirkungsgrad jedoch nicht erreichbar, da zur Erzeugung der notwendigen
Rückkopplungsspannung der Wandlertransformator mehr oder weniger in die magnetische
Sättigung gesteuert werden muß, wodurch unvermeidbare Verluste entstehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer Spannungswandler
für ein Elektronenblitzgerät anzugeben, der gegenüber den bisher verwendeten Spannungswandlern
einen hcheren Wirkungsgrad aufweist und eine kürzere Aufladezeit des Speicherkondensators
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungswandler
als fremdgesteuerter Sperrwandler ausgebildet ist, dessen Schaltzeit regelbar ist.
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Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Schaltzeit des Spannungswandlers
dem augenblicklichen Ladezustand des Speicherkondensators anzupassen und magnetische
Verluste des Wandlertransformators zu vermeiden, die entstehen können, wenn der
Wandlertransformator bei ungünstigen Schaltzeiten in die magnetische Sättigung gelangt.
Durch die genaue Regelung der Abschaltdauer des fremdgesteuerten Sperrwandlers werden
die magnetischen Verluste und die Aufladezeit des Speicherkondensators auf ein Minimum
reduziert.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Schaltungsanordnungen beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Prinzipschaltanordnung
eines fremdgesteuerten Sperrwandlers für ein Elektronenblitzgert; Fig. 2 den zeitlichen
Verlauf des Primärstromes I1 des in Fig. 1 dargestellten Sperrwandlers bei idealen
Schaltzeiten in einem Schaubild; Fig. 3 den zeitlichen Verlauf des Primärstromes
I1 des in Fig. 1 dargestellten Sperrwandlers bei zu kurzer Ausschaltzeit des Wandlertransistors
in einem Schaubild; Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Primärstromes I1 des in Fig.
1 dargestellten Sperrwandlers, wenn der Wandlertransformator in die magnetische
Sättigung gelangt in einem Schaubild;
Fig. 5 eine Schaltungsanordnung
eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektronenblitzgerätes mit einem
Sperrwandler mit regelbarer Abschaltzeit; Fig. 6 weitere Ausführungsbeispiele von
Schaltungsanbis 8 ordnungen für ein erfindungsgemäßes Elektronenblitzgerät mit einem
Sperrwandler mit regelbarer Abschaltzeit.
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Es soll zunächst allgemein die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten
Sperrwandlers beschrieben werden. Der Impulsgeber 2 liefert Rechteckimpulse, durch
die der Wandlertransistor 3 wechselweise ein- und ausgeschaltet wird. Während des
Einschaltens des Transistors 3 fließt in der Primärwicklung 5 des Wandlertransformators
4 ein Strom. Da die Diode 7 so gepolt ist, daß sie während des leitenden Zustandes
des Transistors 3 gesperrt ist, fließt durch die Sekundärwicklung 6 des Transformators
4 kein Strom. Die Primärwicklung 5 stellt deshalb - abgesehen von Ohmschen Widerständen
- eine Induktivität dar. Der Primärstrom steigt deshalb, wie in Fig. 2 dargestellt,
linear mit der Zeit an, bis zum Zeitpunkt tl der Transistor 3 abgeschaltet wird.
Der Primärstrom hat dabei den Wert 10 erreicht.
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Im Transformator 4 ist dann die Energie W 1. L . I 2 W1 - 2 1 o gespeichert.
L1 ist hierbei die Primärinduktivität des leerlaufenden Wandlertransformators 4.
Beim Abschalten des Strom mes entsteht an der Sekundärwicklung 6 eine Spannung mit
umgekehrter Polarität. IIierdurch wird die Diode 7 durchgesetlaltet und die im Transformator
4 gespeicherte Energie nri tlen Kondensator 8 abgegeben. Wenn die Enereieumlatiung
beendet
ist, kann der Impulsgeber 2 den Transistor 3 wieder einschalten
und der Vorgang beginnt von neuem.
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Die Zeit, die zur Energieumladung der im Transformator 4 gespeicherten
Energie notwendig ist, hängt von dessen Belastung und damit vom Ladezustand des
Kondensators 8 ab.
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D.h. die Umladezeit wird umso kürzer, je höher der Kondensator 8 aufgeladen
ist. Wenn der Impulsgeber 2 eine feste Zeit t2 für die Umladung vorgibt, kann die
vom Ladezustand des Kondensators 8 abhängige veränderliche Umladezeit nicht berücksichtigt
werden.
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In diesem Fall ergeben sich folgende Möglichkeiten: Wenn die Zeit
t2 so gewählt wird, daß zu Beginn der Aufladung des Kondensators 8 die im Transformator
4 gespeicherte Energie ganz in den Kondensator 8 umgeladen werden kann, so wird
bei zunehmender Ladung des Kondensators 8 die Umladung beendet sein, bevor der Impulsgeber
2 den Transistor 3 wieder einschaltet. Die Zeit, die vom Ende der Umladung bis zum
Wiedereinschalten des Transistors 3 verstreicht, ist hierbei ungenutzt. Die Gesamtaufladezeit
bis zum Erreichen der gewünschten Endspannung am Kondensator 8 wird deshalb verlängert.
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Um zu einer kürzeren Aufladezeit zu kommen, kann die Zeit t2 so gewählt
werden, daß die Umladung bei der gewünschten Endspannung des Kondensators 8 gerade
beendet wird. Zu Beginn der Aufladung des Kondensators 8 ist dann aber die Zeit
t2 nicht groß genug, um die im Transformator 4 gespeicherte Energie ganz in den
Kondensator 8 abzugeben. Zum Zeitpunkt des Wiedereinschaltens des Transistors 3
fließt daher auf der Sekundärseite noch ein Ladestrom, da die Umladung noch nicht
beendet ist. Beim Einschalten des Transistors 3 verhält
sich der
Transformator 4 daher im Einschaltmoment nicht wie eine Induktivität und der Primärstrom
steigt sprungartig auf einen Wert an, der dem transformierten sekundären Ladestrom
entspricht. Erst dann wird der Umladevorgang zwangsweise beendet und die Diode 7
gesperrt. Der zeitliche Verlauf des Primärstromes für diesen Fall ist in Fig. 3
dargestellt.
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Da die Zeit t1 konstant ist, wird jetzt ein höherer Primärstrom I1
erreicht. Wenn der Transformator 4 so ausgelegt ist, daß er bei Erreichen des Stromes
10 noch nicht in die magnetische Sättigung gelangt, so erreicht er bei dem höheren
Strom I1 den Bereich der magnetischen Sättigung und verhält sich in diesem Zustand
nicht mehr wie eine Induktivität und der Primärstrom steigt sehr rasch bis zum Kurzschlußstrom
des Primärstromkreises an. Dieser Verlauf ist in Fig. 4 dargestellt.
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Im Bereich der Sättigung des Transformators 4 findet trotz steigendem
Primärstrom keine zusätzliche Energiespeicherung mehr statt. Dadurch ergibt sich
ein sehr schlechter Wirkungsgrad, der erst wieder günstiger wird, wenn die Umladezeit
kürzer ist als die vom Impulsgeber 2 vorgegebene Zeit t2.
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Dies tritt dann ein, wenn die Spannung am Kondensator 8 genügend hoch
angestiegen ist.
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Im praktischen Anwendungsfall kann ein Kompromiß gewählt werden, so
daß der Wirkungsgrad gerade noch tragbar ist und die Aufladezeit nicht zu lang wird.
Es kann jedoch nur eine kürzere Aufladezeit auf Kosten eines schlechteren Wirkungsgrades
erreicht werden oder umgekehrt.
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Erfindungsgemäß wird nun die vom Impulsgeber 2 gebildete Zeit t2 der
Umladezeit angepaßt, d.h. der Transistor 3 wird jeweils immer erst dann wieder eingeschaltet,
wenn der Umladevorgang
beendet ist. Die Einschaltzeit t1 wird hierbei
konstant gehalten, so daß immer der gleiche Primärstrom Io erreicht wird.
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Dadurch wird der Transformator 4 nicht in der magnetischen Sättigung
betrieben und die Verluste bleiben gering. Außerdem wird eine ungenutzte Totzeit
vermieden, wodurch die Aufladezeit des Kondensators 8 minimal wird.
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Ein Ausführungsbeispiel dieses Prinzips zeigt die Fig. 5. Bei dieser
Schaltung wird zunächst der Zusammenhang zwischen der Kondensatorspannung und der
Umladezeit ermittelt. Ein erstes Monoflop 2 bildet die Zeit t1, während der der
Transistor 3 durchgeschaltet ist. Nach Ablauf der Einschaltzeit t1 wird das zweite
Monoflop 13 getriggert und bildet die Zeit t2, in der der Transistor 3 gesperrt
ist und die der Umladezeit entspricht. Diese Zeit t2 wird von der am Spannungsteiler
11, 12 abgreifbaren Spannung so gesteuert, daß sie gerade so lang ist wie die dem
jeweiligen Ladezustand des Kondensators 8 entsprechende Umladezeit. Hierbei muß
die Steuerkennlinie des Monoflops 13 und die Dimensionierung des Spannungsteilers
11, 12 dem vorher ermittelten Zusammenhang zwischen der Kondersatorspannung und
der Umladezeit angepaßt tein. ch Ablauf der vom Monoflop 13 gebildeten Ausschaltzeit
t2 wird das erste Monoflop 2 vom zweiten Monoflop 13 getriggert und der rranze Vorgang
beginnt von neuem.
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Ein Vorteil dieser Schaltung liegt darin, daß der pann\isteiler 11,
12 üblicherweise in einer Sperrwandlerschaltung ohnehin benötigt wird, um die Kondensatorspannung
zu messen bzw. über eine Regelschaltung auf die maximal zulässige Spannung zu begrenzen.
Hierdurch ergibt sich eine einfache und wenig aufwendige Schaltung.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt die Fig. 6. In dieser Schaltung
wird ebenfalls von einem Monoflop 2 die Zeit t1 gebildet, in der der Transistor
3 durchgeschaltet ist. Nach Ab-
.uf der Einschaltzeit t1 wird der
Transistor 3 gesperrt nd die Umladung beginnt. Im Ladestromkreis des Speicher-Knndersators
8 ist ein Strommeßwiderstand 14 angeordnet, an dem eine zum Ladestrom des Speicherkondensatcrs
8 prcportionale Spannung abgegriffen und einem Vergleicher 15 zugeführt wird. Wenn
der Ladestrom bei jeder Umladung unter einen vorbestimmten Wert sinkt, spricht die
Vergleicherstufe 15 an und triggert über die Triggerstufe 16 das Monoflop 2. Damit
beginnt wieder die Einschaltzeit t1 und der Vorgang wiederholt sich. Der Strommeßwiderstand
14 signalisiert hierbei das Ende der Umladung und legt gleichzeitig den veginn der
Einschaltzeit t1 fest.
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Da das Signal für das Ende der Umladung aus dem Ladestrom des Speicherkondensators
8 gewonnen wird, kann dieses Signal auch auf andere Weise erzeugt werden. Fig. 7
zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel nach diesem Prinzip. Der Ladestrom, welcher
durch die Sekundärwicklung 6 des Wandlewtransformators 4 fließt, erzeugt in einer
weiteren Wicklung 17 eine Induktionsspannung. Wenn die Umladur.g beendet ist und
kein Ladestrom mehr fließt, ist auch an der Wicklung 17 keine Spannung mehr meßbar
und über den Vergleicher 15 und die Triggerstufe 16 wird das Monoflop 2 erneut gestartet
und bildet die Einschaltzeit tl.
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In Fig. 8 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel gezeigt, tei welchem
anstelle der zusätzlichen Wicklung 17 die Priärwicklung 5 des Wandlertransformators
4 das Signal für das Ende der Umladung liefert.