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Lichtmengensteuerung einer batterie-
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betriebenen Blinkleuchte Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Lichtnengensteuerung einer batteriebetriebenen Blinkleuchte in Abhängigkeit von
der Batteriespannung mit einem Taktgeber, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführen
des Verfahrens.
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Aus der deutschen Patentschrift 1 946 779 ist eine lichtiengenstabilisierte
Blinkleuchte bekannt, die eine über eine Multivibratorschaltung betriebene Glühlampe
besitzt. Die darin beschriebene Schaltungsanordnung des Multivibrators bewirkte
daß die Blinkdauer der Lampe in Abhängigkeit von der Batteriespannung so geregelt
wird, daß die Lichtmenge des Blitzes im wesentlichen konstant bleibt. In einer an
sich bekannten Begrenzungsschaltung, die aus einer Zenerdiode oder einer Diodenschaltung
besteht, wird nach dieser Patentschrift Fieber einen Widerstand eine zusätzliche
Verbindung vom Kollektor des einen Transistors zur Basis des anderen Transistors
geschaffen. Dadurch wird erreicht, daß die Blinkimpulse in eines weiten Spannungsbereich
nahezu eine konstante Lichtmenge aufweisen. Nachteilig dieser Anordnung ist es,
daß die ordnungsgeuäße Funktion dieser Lichtsengensteuerung stark von den individuellen
Eigenschaften der verwendeten elektronischen Bauelemente abhängt; besonders sind
die Stromverstärkungskennlinien der Transistoren T1 und T2 sowie die Strosspannungskennlinie
der Zenerdiode für die einwandfreie Funktion ausschlaggebend. Durch die Eigenart
der vorgeschlagenen Schaltung wird bei einer Versorgungsspannung von 6 Y ein Wirkungsgrad
von etwa 80 % erreicht. Eine wirtschaftlich aufwendige sorgfältige
Selektivierung
und Abstimmung der einzelnen Bauelemente, die aufwendig und teuer ist, erübrigt
sich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das diese
Nachteile behebt, und das eine Lichtmengensteuerung von Lichtimpulsen einer Glühlampe
in Abhängigkeit von der Batteriespannung mit geringem Leistungsverbrauch und somit
mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht. Darüber hinaus soll eine Schaltungsanordnung
angegeben werden, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, und die wirtschaftlich
herstellbar ist.
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Diese Aufgaben werden nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einschaltzeit
des Taltgebers in Abhängigkeit von der Batteriespannung so beeinflußt wird, daß
dieser bei hoher Batteriespannung kurze und bei niedriger Batteriespannung lange
Ansteuerimpulse für den Blinkschalter liefert. In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen,
daß zur Referenzspannungserzeugung eine Zenerdiode vorgesehen wird, deren Stabilisierungsstros
zur Erzeugung der Referenzspannung nur während der Ansteuerungsdauer des Lichtimpulses
fließt.
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Zu. Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Schaltungsanordnung
so vorgeschlagen, daß ein astabiler Multivibrator mit den Steuerelektroden eines
Blinkschalters verbunden ist, daß diesem ein zeitbestimmendes Glied, bestehend aus
einem Widerstand und einem Kondensator nachgeschaltet ist, und daß der astabile
Multivibrator zupassen mit einem Pulslängenmodulator den Taktgeber für den Blinkschalter,
der die Glühlampe schaltet, bilden. Weiterhin ist vorgesehen, die die Kondensatorspannung
des Zeitgliedes führende Seite des Kondensators und die die Referenzspannung führende
Seite der Zenerdiode sit den vergleichenden Eingängen des Pulslängenmodilators zu
verbinden.
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Die Zenerdiode ist in weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung mit einem hochohmigen Widerstand an die Batterie angeschlossen
und diesem hochohmSgen Widerstand ist ein niederohmiger Widerstand mit dem in Reihe
liegenden Blinkschalter parallelgeschaltet.
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In weiterer Ausgestaltung kann ein einstellbarer ohmscher Widerstand
mit der Zenerdiode verbunden sein und mit dem Abgriff am zweiten vergleichenden
Eingang des Pulslängenmodulators anliegen.
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Das Wesen der Erfindung wird anhand der Figuren 1 und 2 näher erlautert:
Figur 1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
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In Figur 1 ist eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung beispielhaft dargestellt. Der als Blinkschalter V 6 wirkende
Schalttransistor wird über den Treibertransistor V5 vom Taktgeber, bestehend aus
dem astabilen Multivibrator V1 und dem Pulslängenmodulator V4, angesteuert. Dieser
Taktgeber wird in der Einschaltzeit so beeinflußt, daß er bei hoher Batteriespannung
kurze und bei niedriger Batteriespannung lange Ansteuerimpulse liefert.
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Dadurch ergeben sich für den Spannungsbereich der Batterie G1 beim
Entladen Lichtimpulse annähernd konstanter Lichtmenge und somit eine wirtschaftliche
Ausnutzung der Batteriekapazität. Der beschaltete astabile Multivibrator bestehend
aus Vl/Cl/Rl/R2/R3/R4/R5 liefert mit einer festen Frequenz Ansteuerimpulse für den
Transistor V5.
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Der beschaltete Pulslängenmodulator bestehend aus V4/V2/V3/R6/Ri/R10/
R12/C2 verkürzt diese Impulse in Abhängigkeit von der Spannung der Batterie Gl.
Die Referenzspannung für die Pulslängenmodulation wird durch die Zenerdiode V3 und
die Diode V2, die zur Temperaturkompensation dient, erzeugt. Da sich bei Zenerdioden
niedriger Spannung eine stabile Zenerspannung erst bei Strömen größer etwa 15 mA
einstellt, wird dieser Strom vom Kollektor des Schalttransistors des Blinkschalters
V6 über den niederohmigen Widerstand R10 eingespeist. Dies hat den Vorteil, daß
der erhöhte Zenerstrom nur während der Hellphase der Glühlampe H1 geführt wird,
da nur dann die Referenzspannung für die Pulslängenmodulation benötigt wird. Über
den hochohmigen Widerstand R7 wird die Zenerdiode Während der Pulspause mit kleinem
Strom vorgespannt. Der Impuls am Ausgang 14 des astabilen Multivobrators Vl,l wird
durch das Zeitglied, bestehend aus Widerstand R6 und Kondensator C2, integriert.
Die Spannung am Kondensator C2 wird dem invertierenden Eingang des Pulslängenmodulators
V4 vorgeführt und mit der durch die Widerstände R8 und R9 einstellbaren Referenzspannung
am nicht invertierenden Eingang 11 des Pulslängenmodulators V4
verglichen.
Überschreitet die Spannung am Kondensator C2 diese Referenzspannung, so schaltet
der Ausgang 13 des Pulslängenmodulators V4 durch und verkürzt den Ansteuerimpuls
am Treibertransistor V5. Da die Spannung am Kondensator C2 mit steigender Batteriespannung
wächst, wird der entsprechende Ansteuerimpuls bei steigender Batteriespannung verkürzt.
Mit dem Potentiometer R8 kann die gewünschte Länge des Ansteuerispulses bei Nennbatteriespannung
eingestellt werden.
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In Figur 2 wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vereinfacht
dargestellt. Der astabile Multivibrator I erzeugt Rechteckimpulse der gewünschten
Lichtimpulsfrequenz. Mittels dieser Impulse wird der Blinkschalter V6, der die Glühlampe
H1 schaltet, angesteuert. Gleichzeitig wird bei Anliegen des Steuerimpulses der
Kondensator C2 über den Widerstand R6 aufgeladen. Die Kondensatorspannung wird dem
ersten vergleichenden Eingang des Pulslängenmodulators II zugeführt. Der zweite
vergleichende Eingang des Pulslängenmodulators II ist mit einer Zenerdiode V3 verbunden,
die ihrerseits über einen hochohmigen Widerstand R7 mit der Spannungsquelle, der
Batterie G1 verbunden ist. Während der Pulspause fließt ein kleiner Strom durch
die Diode V3, der sie nicht in den stabilen Zenerbereich bringt. Während des Pulses
ist jedoch der Blinkschalter V6 durchgeschaltet, und ein zur Stabilisierung ausreichender
Strom fließt über den Widerstand R10. Das Potentiometer R14 übernimnt hierraie Funktion
der Potentionmeters R8 der Figur 1.
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Wird der Blinkschalter V 6 während der Pulspause angesteuert, fließt
über den parallelgeschalteten niederohmigen Widerstand R10 ein zusätzlicher Zenerstrom,
so daß die Spannung der Diode 6 während dieser Zeit den gewünschten Referenzwert
besitzt. Erreicht die Kondensatorspannung des Kondensators C2 diesen Referenzwert,
schließt der Pulslängenmodulator 2 den Ansteruerimpuls des elektronischen Blinkschalters
V6 kurz.
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Da sich in Abhängigkeit von der mit fortschreitender Entladung abnehmenden
Höhe der Batteriespannung die Aufladedauer des Kondensators verlängert, die Lichtstärke
der Glühlampe jedoch abnimmt, wird die Lichtmenge des Licht impulses durch die Steuerung
der Ansteuerdauer nahezu konstant gehaltene da bei dem Absinken der Batteriespannung
und damit dem Absinken des Lampenstromes und des Lampenlichtstromes entsprechend
der eingestellten Steuerkennlinie sich die Ansteuerdauer des Impulses verlängert.
Da zur Erzeugung der Referenzspannung bei
batteriebetriebenen Leuchten
mit niedriger Spannung, z.B. 5 V ein relativ hoher Stabilisierungsstrom von etwa
15 bis 20 mA erforderlich ist1 ist bei Blinkleuchten mit kurzen Licht impulsen der
Energieverbrauch zur Erzeugung der Stabilisierungsspannung unverhältnisnäßig hoch.
In der erfindungsgemäßen Anordnung fließt dieser Stabilisierungsstrom Jedoch nur
während der Ansteuerdauer des Lichtimpulses. Bei kleinen Testverhältnissen, beispielsweise
1 : 10 und kleiner ist damit eine erhebliche Energieeinsparnis erreicht und eine
Verlängerung der Betriebsbereitschaft pro Akkumulatorladung. Die erreichte Verbesserung
im Wirkungsgrad liegt bei einer Steigerung von etwa 80 % auf etwa 90 %. Diese Steigerung
bedeutet eine Halbierung der Verlustleistung und gestattet somit die Verwendung
kleinerer Gehäuse, da zur Kühlung auch nur etwa der halbe Wärmestrom zu bewältigen
ist.
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