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Elektronenblitzgerät mit einem Spannungswandler
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Die Erfindung betrifft ein Elektronenblitzgerät mit einem der Aufladung
eines Speicherkondensators dienenden Spannungswandler. 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.
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Im Interesse einer möglichst guten Ausnutzung der zur Verfügung stehenden
Batteriekapazität ist es dabei wichtig, einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Spannungswandlers
zu erzielen.
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Der Wirkungsgrad eines derartigen Spannungswandlers hängt sehr wesentlich
vom Aufbau des Wandlertransformators und von dessen Aussteuerung in Bezug auf die
magnetische Kennlinie des Transformatorkernes, sowie von der durch die notwendige
Rückkopplung hervorgerufenen Belastung der Rückkopplungswicklung ab. Es wurde deshalb
bereits in der DE-OS 27 19 125 eine Schaltungsanordnung für einen Spannungswandler
vorgeschlagen, dessen Wandlertransformator keine Rückkopplungswicklung aufweist
und dessen Wandlertransistor durch einen separaten Impulsgeber angesteuert wird.
Mit dieser bekannten Schaltungsanordnung läßt sich zwar der Wirkungsgrad eines solchen
Spannungswandlers verbessern, jedoch ist hierfür ein sehr großer- schaltungstechnischer
Aufwand erforderlich, was die Herstellung des Wandlers verteuert.
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Die herkömmlichen selbstschwingenden Wandlerschaltungen enthalten
einen Wandlertransistor und einen Wandlertransformator mit drei Wicklungen: Primärwicklung,
Sekundärwicklung und Rückkopplungswicklung. Der Wickelraum kann daher nicht voll
für die Leistungsübertragung genutzt werden. Durch die verhältnismäßig geringe Verstärkung
des Wandlertransistors ist eine hohe Steuerleistung erforderlich, welche der Rückkopplungswicklung
entnommen wird. Hierdurch wird der Wandlertransformator zusätzlich belastet und
dadurch der Wirkungsgrad verschlechtert. Da der Wandlertransistor einen hohen Basisstrom
benötigt, ist auch ein entsprechend hoher Strom zum Abschalten des Wandlers (nach
Erreichen der Sollspannung des Speicherkondensators) erforderlich, was den Gesamtwirkungsgrad
weiter verschlechtert. Außerdem wird bei den bisher verwendeten selbstschwingenden
Wandlerschaltungen der Wandlertransformator zur Erzeugung der notwendigen Rückkopplung
mehr oder weniger in die magnetische Sättigung gesteuert, wodurch unvermeidbare
Verluste entstehen.
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Diese Nachteile sollen beim Gegenstand der Erfindung vermieden werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung für einen selbstschwingenden Sperrwandler zur Aufladung eines
Speicherkondensators in einem Elektronenblitzgerät anzugeben, der einfach aufgebaut
ist und im Vergleich zu den bisher verwendeten Sperrwandlern.
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einen höheren Wirkungsgrad aufweist. Außerdem soll der Spannungswandler
durch kleine Steuersignale mit geringer Steuerleistung abschaltbar sein, um z. B.
durch einen integrierten Schaltkreis angesteuert werden zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wandlertransformator
keine Rückkopplungswicklung aufweist und daß die Rückkopplungsspannung vom Kollektor
eines Wandlertransistors über einen Widerstand zur Basis eines zweiten,
zum
Wandlertransistor komplementären Transistors geführt ist, dessen Emitter mit dem
einen Pol der Stromversorgung und dessen Kollektor mit der Basis des Wandlertransistors
verbunden ist und daß der Emitter des Wandlertransistors mit dem anderen Pol der
Stromversorgung und der Kollektor des Wandlertransistors mit der Primärwicklung
des Wandlertransformators verbunden ist.
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Durch die Verwendung eines zweiten, zum Wandlertransistor komplementären
Transistors, kann die Rückkopplungswicklung des Wandlertransformators entfallen
und die Rückkopplungsleistung um den Verstärkungsfaktor des zweiten Transistors
verringert werden. Durch den Wegfall der Rückkopplungswicklung steht der gesamte
Wickelraum des Wandlertransformators für die.Leistungsübertragung zur Verfügung,
wodurch der Wirkungsgrad verbessert und der Aufbau des Transformators vereinfacht
wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Elektronenblitzgerätes; Fig. 2 ein Prinzipschaltbild eines
zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Elektronenblitzgerätes.
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Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung ist wie folgt: Beim Einschalten
der Betriebsspannung wird dem Transistor T2 über den Widerstand R3 und den geschlossenen
Schaltkontakt S2 Basisstrom zugeführt, wodurch dieser leitend wird. Hierdurch erhält
der Wandlertransistor T1 über den Transistor T2
Basisstrom und wird
ebenfalls leitend. Hierdurch erhöht sich die Spannung am Kollektor des Wandlertransistors
T1 und der Transistor T2 erhält über den Widerstand R4 noch mehr Basisstrom, wodurch
der Transistor T2 und damit auch der Wandlertransistor T1 vollständig durchgeschaltet
wird.
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Entsprechend der Primärinduktivität L1 des Wandlertransformators Tr
steigt nun der Kollektorstrom des Wandlertransistors T1 nahezu linear an nach der
Formel di = UB dt = L1 Mit zunehmendem Kollektorstrom erhöht sich durch den Innenwiderstand
des Halbleitermaterials der Spannungsabfall am Wandlertransistor T1. Hierdurch sinkt
die Spannung am Kollektor des Transistors T1, wodurch der durch den Widerstand R4
fließende Basisstrom des Transistors T2 abnimmt und dieser weniger durchgesteuert
wird. Damit wird auch der Wandlertransistor T1 weniger durchgesteuert und die Spannung
an dessen Kollektor nimmt weiter ab. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der Kollektorstrom
des Wandlertransistors T1 wieder abnimmt. In diesem Moment polt sich durch die magnetische
Induktion die Spannung an den Wicklungen des Wandler transformators Tr um. Die Basis
des Transistors T2 erhält damit über den Widerstand R4 Sperrspannung. Der Transistor
T2 und damit auch der Wandlertransistor T1 werden dadurch vollständig gesperrt.
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Durch die bis zu diesem Zeitpunkt im Eisenkern des Wandler transformators
Tr gespeicherte magnetische Energie wird nun in dessen Sekundärwicklung eine Spannung
induziert, durch die der Speicherkondensator C über eine Gleichrichterdiode aufgeladen
wird. Wenn die gesamte Energie übertragen ist und kein Ladestrom mehr fließt, steigt
die Spannung auf der Primärseite wieder an, der Transistor T2 erhält wieder Basisstrom
und der gesamte Vorgang beginnt wieder von vorn.
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Der maximale Strom, bei dem die Transistoren T1 und T2 gesperrt werden,
hängt bei vorgegebener Betriebsspannung nur von der Stromverstärkung der beiden
Transistoren T1 und T2 sowie von der Größe des Widerstandes R4 ab. Durch entsprechende
Dimensionierung des Widerstandes R4 kann daher dieser Abschaltstrom so festgelegt
werden, daß der Wandlertransformator Tr nie in die magnetische Sättigung gesteuert
wird.
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Hierdurch können die magnetischen Verluste auf ein Minimum reduziert
werden.
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Die Verwendung eines zweiten, zum Wandlertransistor komplementären
Transistors hat folgende Vorteile: 1. Die für die Rückkopplung erforderliche Phasendrehung
wird durch den zweiten Transistor vorgenommen, wodurch die bisher benötigte Rückkopplungswicklung
des Wandlertransformators entfallen kann. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung
des Wandlertransformators und der Wickelraum kann voll für die Arbeitswicklungen
genützt werden, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird.
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2. Die erforderliche Rückkopplungsleistung ist um den Verstärkungsfaktor
des zweiten Transistors verringert und die Steuerleistung für den Wandlertransistor
wird nicht mehr dem Wandlertransformator, sondern über den zweiten Transistor direkt
der Stromversorgung entnommen. Hierdurch werden die Rückkopplungsverluste verringert.
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3. Da der Strom durch den zweiten Transistor wesentlich geringer ist
als der Strom durch den Wandlertransistor, kann der Basiskreis des zweiten Transistors
entsprechend hochohmiger ausgelegt werden. Hierdurch wird der Strom durch den Basisspannungsteiler
wesentlich verringert, und die Steuerleistung zum Abschalten des zweiten Transistors
ist wesentlich kleiner als die Steuerleistung, die zum Abschalten des Wandlertransistors
erforderlich wäre.
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Der Wandler kann daher z. B. durch eine integrierte Schaltung mit
geringen Ausgangs strömen durch Sperren des zweiten Transistors abgeschaltet werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist
es, daß bei einem Kurzschluß der Gleichrichterdiode der Speicherkondensator C über
die Sekundärwicklung des Wandlertransformators entladen wird. Bei den bisher gebräuchlichen
Wandlerschaltungen konnte eine Gefährdung des Benutzers dadurch auftreten, daß in
diesem Fehlerfall Hochspannung an die dem Benutzer zugänglichen Batteriekontakte
gelangen konnte.
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Da bei einem Sperrwandler die Ausgangsspannung sehr hohe Werte annehmen
kann, ist es erforderlich, den Wandler abzuschalten, wenn der Speicherkondensator
C auf seine Sollspannung aufgeladen ist. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wird mit einem Spannungsteiler R1, R2 eine zur Ladespannung am Speicherkondensator
C proportionale Spannung abgegriffen und dem invertierenden Eingang eines Komparators
4 zugeführt. Der andere Eingang des Komparators 4 ist mit einer Referenzspannungsquelle
und der Ausgang 7 des Komparators 4 mit dem Basisanschluß des Transistors T2 verbunden.
Der Spannungsteiler R1, R2 ist so bemessen, daß beim Erreichen der Sollspannung
am Speicherkondensator C der Ausgangstransistor des Komparators 4 durchgeschaltet
wird. Hierdurch wird der Transistor T2 gesperrt und damit der Spannungswandler abgeschaltet.
Damit der Wandler nicht sofort wieder eingeschaltet wird, wenn die Spannung am Speicherkondensator
C um einen geringen Betrag abgesunken ist, ist es zweckmäßig, den Komparator 4 mit
einer Schalthysterese zu versehen, wodurch dessen Ausgangstransistor erst dann wieder
in den nicht leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die Spannung am Speicherkondensator
C um einen vorbestimmten Betrag abgesunken ist. Eine solche Schalthysterese kann
z. B. durch einen Widerstand vom Ausgang zum entsprechenden
Eingang
des Komparators 4 bewirkt werden, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist.
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Zur weiteren Steuerung des Spannungswandlers, z. B. im Zusammenhang
mit bestimmten Funktionen der zugehörigen Kamera, kann ein weiterer Komparator 8
vorgesehen werden, dessen invertierender Eingang durch ein externes Signal ansteuerbar
ist und dessen Ausgang ebenfalls mit dem Basisanschluß des Transistors T2 verbunden
ist. Hierdurch kann der Wandler z. B. beim Betrieb bestimmter anderer Kamerafunktionen
abgeschaltet werden.
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Damit bei eingeschaltetem Spannungswandler dessen Funktion durch die
Komparatoren 4 und 8 nicht beeinträchtigt wird, dürfen deren Ausgänge in diesem
Schaltzustand keinen Einfluß auf den Transistor T2 ausüben. Diese Forderung kann
z. B. in vorteilhafter Weise dadurch erfüllt werden, daß die Komparatoren sogenannte
Open-Kollektor-Ausgänge aufweisen, wie dies in Fig. 1 durch die Ausgangstransistoren
der Komparatoren angedeutet ist. Die Komparatoren 4 und 8 können jedoch auch, wie
in Fig. 2 dargestellt, über Dioden an die Basis des Transistors T2 angeschlossen
werden, wodurch verhindert wird, daß von den Komparatoren Basisstrom auf den Transistor
T2 gelangt.
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Es kann auch noch ein dritter Komparator vorgesehen werden, durch
dessen Ausgang eine Leuchtdiode einschaltbar ist, die in bekannter Weise die Blitzbereitschaft
des Elektronenblitzgerätes anzeigt.
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Da zum Abschalten des Spannungswandlers nur ein geringer Steuerstrom
an der Basis des Transistors T2 erforderlich ist, können die Komparatoren 4 und
8 und gegebenenfalls auch ein weiterer Komparator zur Steuerung einer Leuchtdiode
für die Blitzbereitschaftsanzeige, sowie die Referenzspannungsquelle in Form einer
einzigen integrierten Schaltung ausgebildet sein.
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Da der Widerstand R3, über den dem Transistor T2 Basisstrom zugeführt
wird, nur zum sicheren Anschwingen des Sperrwandlers erforderlich ist, kann dieser
auch über einen Schaltkontakt S2 mit der Stromversorgung verbunden werden, wobei
der Schaltkontakt S2 nur zum Anschwingen des Sperrwandlers geschlossen wird und
nach dessen Anschwingen wieder geöffnet werden kann. Auf diese Weise würde der Wandler,
wenn er nach dem Aufladen des Speicherkondensators C auf dessen Sollspannung abgeschaltet
wurde, nicht mehr selbsttätig wieder eingeschaltet werden, sondern könnte erst nach
Schließen des Schaltkontaktes S2 wieder anschwingen. Dies hätte den Vorteil, daß
der Wandler automatisch ausgeschaltet wird, wenn die Kamera mit dem Blitzgerät weggelegt
wird und hierbei vergessen wird, das Blitzgerät mit dem Schalter S1 abzuschalten.
Hierbei könnte z. B. der Schaltkontakt S2 mit einem Handgriff der Kamera gekoppelt
sein, so daB der Schaltkontakt S2 automatisch betätigt wird, sobald die Kamera in
die Hand genommen wird. Hierdurch würde auch gewährleistet, daß der Schaltkontakt
S2 geschlossen bleibt, solange die Kamera in Aufnahmestellung gehalten wird.