DE2929663A1

DE2929663A1 - Schaltung zum betrieb mehrerer blitzlampen an gleichstrom

Info

Publication number: DE2929663A1
Application number: DE19792929663
Authority: DE
Inventors: Jeffrey D Ingalls; Ellison H Kirkhuff
Original assignee: GTE Sylvania Inc
Current assignee: GTE Sylvania Inc
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1979-07-21
Publication date: 1980-03-13
Also published as: US4185232A; JPS5532399A; CA1110316A

Description

Stand der Technik:

Mehrere Blitzlampen dieser Art werden hei vielen Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise bei der Blitzlichtphotographie, Reproduktionsgeräten, Laser-Erregung, sowie bei Warnoder Richtungsblitzlichtern an Flugzeugen oder Türmen, Strassenabsperrungen, Marinegeräten und auf Masten montierten Annäherungslichtleitsystemen an Flugplatzlandebahnen. Blitzlampen der hier gemeinten Art besitzen üblicherweise zwei in einem hermetisch verschlossenen Glaskolben in einem Abstand angebrachte Elektroden. Die Füllung des Glaskolbens besteht aus einem Edelgas, wie Xenon, mit einem Fülldruck unter einer Atmosphäre.

Bei typischen bekannten Betriebsschaltungen sind die Entladungsblitzlampen an einer Energiespeichereinrichtung, wie einer Batterie von Kondensatoren, angeschlossen, die zwar ein erhebliches Potential besitzen, die aber zur Zündung durch Ionisation der Xenon-Gasfüllung nicht ausreicht. Durch Hinzufügen eines zusätzlichen Impulses von ausreichend hoher Spannung wird das Xenon ionisiert und es kommt zur Bogenentladung zwischen den beiden Elektroden, wobei die Speichereinrichtung entladen wird durch die Lampen. Dabei wird ein intensiver Lichtblitz erzeugt. In vielen Fällen wird die Impulsspannung zwischen einer der inneren Elektroden und-.-e^ner äußeren Zündelektrode, das kann eine Drahtwicklung auf dem Glaskolben sein, zur Wirkung gebracht. Es wird dann von Shunt-Triggern oder -Zündung gesprochen. In anderen Fällen muß eine andere Zündmethode angewendet werden, da unerwünschte Überschläge zwischen dieser äußeren Elektrode und dem

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Reflektor auftreten können. Es kann auch wagen der Gefahr für Bedienungspersonal notwendig sein, eine interne Zündung vorzunehmen. Wenn die Zündspannungsimpulse direkt an die inneren Elektroden angelegt werden, spricht man von"Injektions zündung. Meist benötigt man dazu eine etwa 30 bis 50 % höhsre Zündspannung als bei der ersten Methode und die SekundeSrwick-^ ■ lung des Zündtransforroators muß den vollen Laststrom der Lampenschaltung aushalten können.

Bei Anwendungen die zwei oder mehr Blitzlampen benötigten, wurden diese in. Reihe geschaltet an die Kondensatorbatterie angeschlossen und mit einer einzigen Injektionszündechaltung gezündet. Wenn jedoch die abwechselnde Zündung von zwei Blitzlampen erforderlich ist, wurden getrennte SpeichBrkondBnsatoren und RC-Zündschaltungen für jede Lampe verwendet, indem ein Auftastsignal abwechselnd die Auslösung der Zündschaltungen bewirkte. Dementsprechend waren bisherige Schaltungen zur abwechselnden Zündung kostspielig und aufwendig, so daß die Platz- und Gewichtserfordernisse des Versorgungsteils erheblich zunahmen.

Eine versuchte Lösung dieses Problems sah nur einen Speicherkondensator vor und nutzte den Ladestrom desselben ebenso wie den Entladestrom für die Lampenspsisung. Es wurden zwei Entladungsblitzlampen in Reihe an eine Versorgungsspannungsquel-Ie angeschlossen, die aus einer großen Gleichstromspeicharbatterie als Quelle bestand. Der Speicherkondansator läfg* zwischen der Verbindungsstelle der Lampen und einem Anschluß der Quelle. Entsprechende Shunt- oder Injektiona-Zündmittel waren zur Kopplung von Zündimpulsen an jeder Larnpa vorgesehen und Bine Folge von HochspannungszündimpulsBn wurde ab-

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WBchselnd den Zündmittels zugeführt. Jeder Zündimpuls an der einen Lampe bewirkts die Aufladung des Speicherkondensators und jeder Zündimpuls an der zweiten Lampe bewirkte die Entladung des Speicherkondensators, indem jeweils in der entsprechenden Lampe eine Bogenentladung stattfand. Die Lampen arbeiteten also als abwechselnd betätigte Schalter für das Laden und Entladen des Kondensators.

Obwohl diese Lösung einige wesentliche Vorteils aufwies, war es sehr nachteilig, daß eine sehr große Batterie von Kondensatoren als Energiequelle erforderlich war. Bei Anwendungen bestimmter Art, bei denen eine kompakte, preisgünstige Lösung erforderlich ist, war die genannte somit unbrauchbar.

Für die Speisung aus einer WechsBlstromquellB wurds eine Schaltung entwickelt, diB ebenfalls abwechselnd den Lade- und Entladestrom für die Speisung von zwei Lampen verwendete. Wenn jedoch am Einsatzort keine Wechselspannung verfügbar ist, kann diese an sich vorteilhafte Lösung nicht verwendet werden. Außerdem waren noch zwei getrennte RC-Zündkreise erforderlich, wodurch der Preis der Anlagen nicht so gering wie wünschenswert sein konnte.

Aufgabe:

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Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zum Betrieb von mindestens zwei Blitzlampen zu entwickeln, wobei es insbesondere auf eine

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wirtschaftliche Lösung bei Speisung aus einer Batterie, also mit Gleichstrom, und gleichzeitiger Vermeidung der Nachteile bekannter Lösungen ankommt.

Diese Aufgabe wird für den angegebenen Oberbegriff des ersten Anspruchs nach seinem Kennzeichen gelöst.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen sind den übrigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.

Vorteile der Lösung:

Nach der Erfindung ist an eine Gleichstromquelle ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter angeschlossen, an dessen Ausgängen eine Versorgungsschaltung mit einem ersten Speicherkondensator liegt und zwei parallel geschaltete Entladungsblitzlampen speist. Die Schaltung enthält ferner entsprechende Mittel, um Zündimpulse an jede der beiden Lampen, zu koppeln, sowie Schaltungsmittel zur Erzeugung und abwechselnden Zuführung von Hochspannungszündimpulsen über Kopplungsmittel, wodurch beide Lampen in abwechselnder Folge gezündet werden. Diese Schaltungsmittel enthalten einen ersten und einen zweiten Impulstransformator, deren Sekundärwicklungen jeweils mit einem der Koppelmittel an einer Lampe verbunden IaJ^₄ Die Primärwicklungen liegen in Reihe mit je einem von einem Gate gesteuerten Schalteinrichtung,beispielsweise einam gesteu-erten Gleichrichter. Eine Ladeschaltung weist einen zweiten Speicherkondensator auf und ist an den Wechseletrom-Ausgängen des Konverters angeschlossen. An den zweiten Speicher-

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kondensator sind die beiden Reihenschaltungen bestehend aus je einer Primärwicklung und ihrer Schalteinrichtung parallel angekoppelt. Eine Impulserzeugungsschaltung besitzt erste und zweite Impulsausgänge, die jeweils mit einem Gate oder einer Steuerelektrode verhunden sind. Die Auftastimpulse, die so abwechselnd den Schalteinrichtungen in konstanten Zeitintervallen zugeführt werden, bewirken, daß Hochspannungszündirapulse den beiden Zündelektroden der Lampen abwechselnd in den gleichen konstanten Zeitintervallen zugeführt werden. Hieraus folgt, daß die entsprechenden Schaltungsteile, die. die Ladezieten de.s ersten und zweiten Speicherkondensators steuern, so dimensioniert sein müssen, daß sie jeweils für die vollständige Aufladung in den erwähnten Zeitabständen sorgen.

Vorteilhafterweise liefert diese erfindungsgemäße Schaltung eine wirtschaftlich arbeitende und einfache, somit preiswerte und nicht viel Raum einnehmende und relativ leichte Blitzlampenbetriebsschaltung, die aus einer Gleichstromquelle gespeist wird und nur einen Speicherkondensator benötigt, der die Speiseenergie für beide Blitzlampen liefert. Auch ist nur ein Kondensator für den Zündkreis für beide Impulstransformatoren erforderlich. Beide Lampen sind an den Kondensator der Versorgungsschaltung gekoppelt und werden von den beiden Impulstransformatoren abwechselnd gezündet. Die beiden Schalteinrichtungen entladen abwechselnd den einzigen Speicherkondensator der Zündschaltung über die eine respektive andere Primärwicklung der Impulstransformatoren und lösen so die abwechselnde Folge der Blitze aus.

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Zeichnung:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in

Figur 1 eine vereinfachte schematischB Schaltung einer Betriebsschaltung für zwei shunt-getriggerte Entladungs· blitzlampen nach der Erfindung)

Figur 2 eine graphische Darstellung der beiden versetzt auftastenden Impulsfolgen, die an den Steuerelektroden der beiden Schalteinrichtungen zur Wirkung gelangen.

Beschreibung:

Wie Figur 1 zu entnehmen ist, wird diB Betriebsschaltung von einer Gleichstromquelle gespeist, die an den AnschluBpunkten 10, positiv, und 12, negativ, liegt. Daran angeschlossen sind die Eingänge eines Gleichstrom-Wechselstrom-Konverters 14. Einer der beiden Wechselstromausgänge ist als Bezugslinie mit dem negativen Eingang, der am ÄnschluBpunkt 12 liBgt, gekoppelt. An den beiden Wechselstromausgängen das Konyerters 14 ist sine Spannungsverdopplerschaltung 16 angeschlossen, die die beiden Kondensatoren 1Θ und 20, sowie die Dioden 22 und 24 aufweist. Die im Spannungsverdoppler 16 erzeugte Spannung liegt am Kondensator 20, an den die beiden Entladungslampen 26, 28 mit ihren Elektroden parallel angeschlossen sind. Wie noch näher erläutert wird, arbeitet der Kon-

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densator 20 als einziger Speicherkondehsator, der die Energie für die Bogenentladungen header Larapen 26 und 28 liefert.

Die Lampen 26, 28 sind als Shunt-getriggerte Lampen ausgeführt und besitzen dafür die äußeren Zündelektroden 30 rssp. 32. Die Trigger- oder Zündimpulse werden von einer Zündimpulse erzeugenden Schaltung geliefert, die sich aus einem astabilen Multivibrator 34 und einer nachfolgenden ImpulsformBrschaltung 36 zusammensetzt. Der Multivibrator 34 wird von der Gleichstromquelle über die AnschluBkontakte 10 und gespeist und liefert alternierende Rechteckwellen an seinem Ausgang an die Impulsformer-Schaltung 36, die beispielsweise ein aktives differenzierendes Netzwerk zur Erzeugung scharfer, nadelartiger Auftastimpulse enthält, die an zwei Ausgänge 38 und 40 geliefert werden. Die auf diesen Ausgangsleitungen wirksamen Impulsfolgen sind zeitlich zueinander versetzt bei gleicher Impulsfolgerate. Das ist in Figur 2 dargestellt. Jeder Impuls hat beispielsweise 10 Volt Amplitude bei einer Impulsdauer von 2/us und einem Impulsabstand von 2s. Die Zeitphase beider Impulszüge ist um eine Sekunde zueinander versetzt.

Die Zündschaltung enthält weiterhin zwei Impulstransformatoren, die als Autotransformatoren 42 und 46 ausgeführt sind. An den ersteren ist in Reihe ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter (SRC) 44 und an den zweiten ebenfalls in Reihe ein gesteuerter Silizium-Gleichrichter 48 angeschlossen. Die·* Katoden derselben sind an den negativen Anschlußkantakt 12 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen der Autotransformatoren 42 und 46 sind mit den Zündelektroden 30 rasp. 32 verbunden.

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Selbstverständlich können statt der Autotransformatoren und gesteuerten Silizium-Gleichrichter andere Typen verwendet werden.

Zwischen dem positiven Ausgang des Konverters 14 und der negativen Bezugslinie 12 ist eine Ladeschaltung bestehend aus dem Widerstand 50, der Diode 52 und dem zweiten Ladekondendator 54 angeschlossen. Die Verbindungsstelle der Diode 52-mit dem Kondensator 54 ist mit einer Anzapfung beider Impulstransformatoren 42 und 46 verbunden. Folglich sind, wie Figur 1 zeigt, die jeweiligen Reihenschaltungen bestehend aus den Primärwicklungen 42a resp. 46 mit dem Gleichrichter 44 resp. 48 parallel zum Kondensator 54 angekoppelt. Die Ausgänge 38 und 40 der Impulsformerschaltung 36 sind mit den Steuerelektroden der Gleichrichter 44 resp. 48 verbunden.

Die in Figur 2 gezeigten Auftastimpulszüge, die von der Impulsformerschaltung 36 auf den Ausgängen 38 und 40 erzeugt werden, wirken in festen Zeitabständen abwechselnd an den Steuerelektroden der steuerbaren Gleichrichter 44 und 48. Im gezeigten Beispiel werden also im ein Sekunden-Rythmus abwechselnd der eine und dann der andere Gleichrichter aufgetastet und dadurch Zündimpulse abwechselnd an die beiden Zündelektroden 30 und 32 der Blitzlampen 26 resp. 28 gegeben, so daß sie abwechselnd jede Sekunde einmal mit einer Bogenentladung blitzen. Im Hinblick auf die Zeitbeziehung zwischen Auftastimpulsen und Zündimpulsen sind die Kenndaten des Konverters 14 und des Konverters 18 so gewählt, daß die Aufladezeit des Kondensators 20 nach einer Entladung wieder seine vollständige Aufladung in dem gegebenen konstanten Zeitintervall gewährleistet. Falls, was durchaus denkbar wäre.

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eine andere als die Spannungsverdopplerschaltung 16 dieses Ausführungsbeispiels gewählt werden sollte, dann sind die Werte der Bauteile ebenfalls so zu wählen, daß die Aufladezeit des Kondensators parallel den Lampen ähnlich gesteuert würde.

Innerhalb der Triggerschaltung müssen der Widerstand 50 und der Kondensator 54 so dimensioniert werden,daß eine bestimmte RC-Konstante ergibt, die sicherstellt, daß der Kondensator 54 jeweils nach einer Entladung innerhalb des gegebenen konstanten Zeitintsrvalls zwischen den abwechselnden Auftastimpulsen, hier 15, wieder vollständig geladen wird.

Hieraus folgt, daß vor der eigentlichen Speisung des Lampenkreises die Kondensatoren 20 und 54 vollständig aufgeladen sein müssen. Die Erzeugung und Zuführung der beiden zueinander versetzten Impulsfolgen auf den Ausgängen 38 und 40 aus der Impulsformerschaltung 36 verursacht durch die beiden Gleichrichter 44 resp. 48 die abwechselnde Entladung des Kondensators 54 über die Primärwicklungen 42a resp. 46a der Autotransforamtoren 42 und 46. Die resultierenden Hochspannungsimpulse entstehen abwechselnd an den Sekundärwicklungen der beiden Autotransforamtoren 42 und 46 und werden an dsn Zündelektroden 30 und 32 abwechselnd wirksam. Sie verursachen in den beiden Entladungslampen 26 und 28 abwechselnd jede Sekunde eine Bogenentladung, die ihre dazu erforderliche Energie aus dem Kondensator 20 erhält. '^ίΛ

Obwohl die Betriebsschaltung, die beschrieben wurde, auch mit entsprechend anderer Dimensionierung der Bauteile für bestimmte Applikationen variiert und angepaßt werden kann, soll

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die nachfolgende Liste erprobte Werte und Typen eines spezifischen Ausführungsbeispisls wiedergeben, das nach der Erfindung ausgeführt wurde.

Gleichstromquelle : 9 bis 15 V Gleichspannung

Konverter 14 : 60 W, zur Wandlung von 12,6 V

Gleichspannung in 115V,400 Hz

Dioden 22,24 und 52 : 1 N 4004

Kondensator 18 : 2/jF, 400 V

Kondensator 20 ' : 300 /jF, 400 V

Kondensator 54 : 0,2,Uf, 250 V Gleichspannung

Transformatoren 42 und 46 : Sylvania A-0425-4E Spitzenspannung 4 kV min. (belastet mit 15 kOhm, mit 200 V Impulsspitzenwerte zugeführt).

steuerbare Silizium-Gleichrichter (SRC) 44,48 : 2N3529

Die Bauteile wurden in einer Schaltung entsprechend Figur 1 verwendet und hatten eine Impulsspannung und einen zeitlichen Impulsversatz resp. -folgen wie in Figur 2 für die Ausgänge 38 und 40 angegeben.

Es ist denkbar, statt der Impulstransformatoren in Autotransformator-Ausführung (42 und 46) andere Typen von Impulstransformatoren zu verwenden. Ebenso ist es möglich, statt Shunt-Zündung die bekannte Injektions-Zündung vorzusehen.

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Claims

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GTE-PA 197

Patentansprüche:

Schaltung zum Betrieb von mindestens zwei Bogenentladungs-Blitzlampen roit Edelgasfüllung, vorzugsweise Xenon, mit einem Fülldruck unter einer Atmosphäre, wobei die Speisung direkt aus einer Gleichstromquelle vorgenommen wird, gekennzeichnet, durch folgende Kombination von Merkmalen:

A. Für den Anschluß einer Gleichstromquelle sind ein positiver Anschlußpunkt (10) und ein negativer Anschlußpunkt (12) vorgesehenj

B. An diesen Anschlußpunkten (10,12) ist ein Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter (14) angeschlossen j

C. Eine Versorgungsschaltung (16) enthält einen ersten Ladekondensator (20), der am Wechselstromausgang des Konverters (14) angeschlossen istj

D. Eine erste und eine zweite Entladungslampe (26,28) sind parallel zu diesem Kondensator (20) angeschlossen j

E. An diesen Lampen (26,28) sind Mittel zur Ankopplung von Zündimpulsen vorgesehenj

F. Schaltungsmittel zur Erzeugung und Zuleitung einer Folge von Hochspannungsimpulsen abwechselnd zu den Mitteln

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zur Ankopplung von Zündimpulsen sind an die Gleichstromquelle sowie die Ausgänge des Konverters (14) angeschlossen und werden von diesen gespeist.

2. Schaltung gemäB Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündimpulse in konstantem zeitlichem Abstand abwechselnd den beiden jeweils einer Entladungslampe (26,28) zugeordneten Mitteln zur Ankopplung von Zündimpulsen zugeführt werden und daB der Konverter (14) und die VersorgungsschaltuDg (16) so dimensioniert sind, daß*sie die Aufladungszeit des ersten Ladekondensators (20) nach seiner Entladung steuern und so dafür sorgen, daB jeweils im genannten Zeitabstand wieder eine vollständige Aufladung stattfindet·

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsschaltung (16) eine Spannungsverdopplerschaltung enthält.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel zur Erzeugung und Zuleitung von Hochepannungsimpulsen sich zusammensetzen aus:

A. Ein erster und ein zweiter Impulstransformator (42,46) mit Jb einer Primär- und einer Sekundärwicklung, wobei letztere jeweils mit einem der Mittel zur Ankopptärtg von Zündimpulsen verbunden ist.

B. Eine erste und eine zweite mit je einer Steuerelektrode versehene Schalteinrichtung (44,48), die jeweils mit.

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einer der Primärwicklungen entsprechend in Reihe verbunden istj

C. Eine Ladeschaltung weist einen zweiten Ladekondensator (54) auf, der am Ausgang des Konverters [14) angeschlossen isti

Ώ. Die Primärwicklung C42a) des ersten Impulstransformators (42) und die in Reihe liegende Schalteinrichtung (44) sind parallel zur Primärwicklung (4Bb) des zweiten Impulstransformators (46) und der in Reihe liegenden Schalteinrichtung (4B) am zweiten Ladekondensatör C54) angeschlosseni

E. Die Schaltungsmittel zur Impulserzeugung (34,36) sind zur Speisung an die Gleichstromquelle angeschlossen und besitzen erste und zweite Impulsausgänge (38,40), die mit den Steuerelektroden je einer Schalteinrichtung (44,4B) verbunden sind·

5. Schaltung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerimpulse aus den Schaltungsmitteln zur Impulserzeugung (34, 36) in festen Zeitabständen abwechselnd an die Schalteinrichtung (44,4B) geliefert werden und daß die Ladeschaltung so dimensioniert ist, daß sie die Aufladungszeit des zweite.n Kondensators (54) nach seiner Entladung steuert und so dafür sorgt, daß jeweils im gebannten Zeitabstand wieder eine vollständige Aufladung stattfindet.

'6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Entladungslampen (26,28) einen Glaskolben besitzt, auf dem ein Leitbelag oder leitende Mittel als Zündelek-

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trode [30 resp. 32) angebracht sind, die zur Shunt-Zündung geeignet und an eine der Sekundärwicklungen angeschlossen sind.

7. Schaltung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtungen (44,48) gesteuerte Gleichrichter sind und die Impulserzeugungsmittel aus einem astabilen Multivibrator (34),, der an die Gleichstromquelle angeschlossen ist, und einer aktiven, differenzierenden Impulsformerschaltung (36) besteht, die von dem Rechteckwellenausgang des aktiven Multivibrators (34) gespeist
wird, und daß die Impulsformerschaltung (36) an ihren beiden Ausgängen (38,40) zwei zueinander versetzte Impulsfolgen zur jeweiligen Ansteuerung eines der gesteuerten Gleichrichter liefert.

8. Schaltung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsabstände bei jeder der beiden Impulsfolgen bei etwa 2s liegt und die festen Zeitabstände, also der zeitliche Versatz beider. Impulsfolgen, etwa 1s' beträgt und
die Impulsdauer jedes Impulses in der Größenordnung von zwei/js ist.

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