DE3235502A1 - CAPACITOR CHARGER - Google Patents
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Description
-δ-Kondensator!adeeinrichtung -δ- capacitor! charging device
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorladeeinrichtung, insbesondere auf eine solche, die zur Verwendung in einem tragbaren elektrischen Gerät, beispielsweise einem Elektroschockgerät zur Behebung eines Herzstillstandes oder eines Herzf1immerns oder einem Laser-Skalpell, welche Geräte elektrische Energie benötigen, die in einem Kondensator gespeichert ist, geeignet ist.The present invention relates to a capacitor charging device, in particular to those intended for use in a portable electrical device, for example an electric shock device to correct cardiac arrest or a heart fibrillation or a laser scalpel, which devices require electrical energy that is stored in a capacitor, is suitable.
Als elektrische Geräte, die eine hohe Energiedichte, die aufgrund der Entladung eines Kondensators auftritt, benötigen, kommen zahlreiche Arten von Geräten, beispielsweise eine elektrische Funkenentladungsmaschine, eine Laservorrichtung, ein Laser-Skalpell oder ein Elektroschockgerät in Betracht. In einem Gerät dieser Art, das klein in seinen Abmessungen ist, ist es selbstverständlich, daß eine kleine Speicherbatterie oder eine voltaische Zelle einer konstanten Kapazität, beispielsweise eine Trockenzelle, als Stromquelle zum Laden des betreffenden Kondensators benutzt wird. Wenn indessen ein Kondensator großer Kapazität verwendet wird, ist die Anzahl von Vorgängen, bei denen die Zelle den Kondensator laden kann, beträchtlich aufgrund deren Kapazität begrenzt. Es bestand ein starker Bedarf, die Anzahl von Vorgängen bei denen die Zelle konstanter Kapazität den Kondensator lädt, durch Verringerung eines Energieverlustes zum Zeitpunkt der Ladung soweit wie möglich zu erhöhen. Insbesondere kann, da das Elektroschockgerät ein Gerät ist, das einen Patienten, dessen Herz stillsteht und sich in einem "synkopischen" Zustand befindet, durch Anwendung eines Hochspannungsschocks aus dem den Kondensator auf das Herz des Patienten diesen ins Leben zurückrufen kann, eine langsame Aktion mit einer Verzögerung von beispielsweise mehreren Sekunden den unwiderruflichen Tod des Patienten bedeuten. Im allgemeinen steht keine Zeit zur Verfügung, im Notfall die Batterie zu laden oder sie gegen eine neue Batterie auszutauschen.As electrical devices that have a high energy density, the Due to the discharge of a capacitor occurring, numerous types of devices come, for example an electric spark discharge machine, laser device, laser scalpel, or electric shock device in Consideration. In a device of this type that is small in size, it goes without saying that a small one Storage battery or a voltaic cell of constant capacity, for example a dry cell, as a power source is used to charge the capacitor in question. Meanwhile, when a large-capacity capacitor is used the number of times the cell can charge the capacitor is considerable due to this Limited capacity. There was a strong need for the number of operations in which the cell was of constant capacity the capacitor charges, increasing as much as possible by reducing an energy loss at the time of charging. In particular, since the electric shock device is a device that can affect a patient whose heart is stopped and himself is in a "syncopated" state by application a high-voltage shock from which the capacitor on the patient's heart can bring this back to life, a slow action with a delay of for example several seconds the irrevocable death of the patient mean. In general, there is no time to recharge the battery in an emergency or to replace it with a new battery to exchange.
Das Elektroschockgerät besteht im wesentlichen aus einem Hochspannungskondensator großer Kapazität, einer Kondensatorladeeinrichtung, Entladeelektroden u.a.m.. Wenn das Elektroschockgerät verwendet wird, muß der Arzt zunächst eine Energiemenge sowohl in Anbetracht des Alters und des Gewichts eines Patienten als auch in Anbetracht des Herzzustandes usw. bestimmen. Dann führt er das Laden des Kondensators bis zu der geforderten Höhe der Energie durch, während er ein Meßgerät der Ladeeinrichtung beobachtet. Der Kondensator wird durch die Elektroden, die in Kontakt mit den Herzbereichen des Patienten stehen, entladen. Dieser Vorgang wird mehrere Male oder desöfteren, wie es die Gelegenheit erfordert, wiederholt. Wie zuvor beschrieben, ist, da sich der Patient in oder nahe einem "synkopischen" Zustand befindet, jeweils eine eilige Durchführung erforderlich. Wenn indessen der Kondensator auf einen falschen Energiebetrag geladen ist, kann dies eine Ursache dafür sein, daß der Patient getötet wird, anstatt ihn wiederzubeleben. Die Ladezeit ist im allgemeinen extrem kurz, d. h. sie liegt in der Größenordnung von 5 s. In diesem kurzen Zeitintervall muß der Arzt den Ladevorgang ohne Irrtum durchführen, während er mit all seiner Aufmerksamkeit darüber wacht, daß der Ausschlag eines Meßgerätezeigers die erforderliche Marke erreicht, so daß eine wiederholte Durchführung dieses Vorgangs, welche sich über verschiedene Male erstreckt, mit Sicherheit eine starke Ermüdung des Arztes verursacht.The electric shock device consists essentially of one High-voltage capacitor of large capacity, a capacitor charger, Discharge electrodes, etc. If the electroshock device When used, the doctor must first provide an amount of energy considering both age and weight of a patient as well as considering the condition of the heart, etc. Then he performs the charging of the capacitor up to the required level of energy while observing a meter of the charging device. Of the Capacitor is discharged through the electrodes that are in contact with the patient's heart area. This The process is repeated several times or more as the occasion requires. As previously described, is since the patient is in or near a "syncopated" state, a hasty performance is necessary in each case. However, if the capacitor is charged to the wrong amount of energy, this may be a cause that the patient is killed instead of resuscitated. The charging time is generally extremely short; H. she is of the order of magnitude of 5 s in this short time interval the doctor must carry out the loading process without error while he is paying all his attention to it ensures that the deflection of a meter pointer reaches the required mark so that it is repeated This process, which extends over several times, is sure to make the doctor very tired caused.
In diesem Fall eines Elektroschockgerätes oder eines Laser-Skalpells ist die Überladung des Kondensators auf eine Spannung, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, sehr gefährlich, so daß überschüssige Energie, die sich aus der Überladung auf eine Spannung oberhalb eines festgelegten Wertes ergibt, entladen werden muß. Im allgemeinen sinkt die Spannung, auf die der Kondensator geladen worden ist, aufgrund der dielektrischen Absorption der dielektrischen Teile, die verwendet werden, um die Kapazität darzustellen, spontan ab, und die geladene Energie des Kondensators sinktIn this case, an electric shock device or a laser scalpel it is very dangerous to overcharge the capacitor to a voltage that exceeds a predetermined value, so that excess energy resulting from overcharging is set at a voltage above a Value results, must be discharged. In general, the voltage to which the capacitor has been charged will decrease due to the dielectric absorption of the dielectric Parts used to represent capacity spontaneously, and the charged energy of the capacitor decreases
ebenfalls in einer kurzen Zeitperiode ab. Gleichzeitig geht die Ladungsenergie als elektrische oder thermische Energie graduell verloren. Aus diesem Grunde muß, falls eine bestimmte Zeit zwischen der Beendigung der Ladung des Kondensators und der Abgabe von Energie aus diesem verstreicht, dieser unverzüglich neu geladen werden, bevor der eigentliche Entladungsvorgang beginnt.also in a short period of time. At the same time, the charge energy goes as electrical or thermal energy gradually lost. For this reason, if there is a certain time between the completion of the charging of the capacitor and the release of energy from this elapses, this will be reloaded immediately before the actual Discharge begins.
Um diesen mühseligen Lade-/Entlade-Vorgang zu vermeiden, ist die Verwendung einer automatischen Lade-/Entlade-Schaltung wünschenswert, die in der Lage ist, den Lade- bzw. Entladevorgang automatisch durchzuführen. Jedoch bedeutet das Entladen überschüssiger Ladung in der automatischen Lade-/Entladeschaltung einen beträchtlich großen Energieverlust, so daß es notwendig ist, das Überladen des Kondensators von vornherein zu vermeiden.To avoid this tedious loading / unloading process, is the use of an automatic charge / discharge circuit desirable, which is able to carry out the charging or discharging process automatically. However means discharging excess charge in the automatic charge / discharge circuit results in a considerable loss of energy, so that it is necessary to avoid overcharging the capacitor in the first place.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher zunächst die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatorladeeinrichtung zu schaffen, die einen Überladevorgang verhindert. Desweiteren besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Kondensatorladeeinrichtung zu schaffen, mit der ein automatischer Ladevorgang für ein Kondensator ermöglicht wird, womit die Arbeit des Beobachtens der Ladungsenergie unnötig gemacht wird, der mühselige Ladevorgang erleichtert wird und - wenn diese Einrichtung auf ein Elektroschockgerät angewendet wird - der zuvor erwähnte Ermüdungsprozeß, dem der behandelnde Arzt ausgesetzt ist, eliminiert werden und ein kleiner Zeitbetrag eingespart werden kann, was dem Arzt zugute kommt, der unter dem Streß einer ständigen Notfal 1 situation steht. Eine weitere Aufgabe für die vorliegende Erfindung besteht darin, eine Kondensatorladeeinrichtung zu schaffen, bei der ein Energieverlust aufgrund des Ladens eines Kondensators aus einer Batterie so klein wie möglich gehalten «erden kann.The present invention is therefore initially based on the object of creating a capacitor charging device which prevents overcharging. Another object of the present invention is to provide a capacitor charging device to create, with which an automatic charging process for a capacitor is made possible, with which the Work of observing the charge energy is made unnecessary, the arduous charging process is made easier and - if this device is applied to an electroshock device - the aforementioned process of fatigue which the attendant Doctor is exposed, eliminated and a small amount of time can be saved, which benefits the doctor who comes under the stress of a constant emergency 1 situation stands. Another object for the present invention is to provide a capacitor charging device, in which energy loss due to charging a capacitor from a battery is kept as small as possible «Can earth.
Ein erstes Merkmal einer Ladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein Einstellmittel fürA first feature of a charging device according to the present invention is that adjustment means for
die Energiemenge, die zu laden ist, vorgesehen ist. Die Energie, die in einem Kondensator geladen ist, wird mit einem vorbestimmten Energiebetrag mittels einer Komparatorschaltung verglichen. Eine Ladeschaltung wird mittels des Vergleichsergebnisses gesteuert. Das Einstellmittel für die Energiemenge, die geladen werden soll, ist vorzugsweise mit einem digitalen Schalter aufgebaut, der mit einer numerischen Anzeigeeinrichtung ausgestattet ist. Ein zweites Merkmal besteht darin, daß ein Pulsbreitenmodulator (PWM) als ein Impulsgenerator zum Umsetzen einer Gleichspannung einer Batterie in einen Impulsstrom zum Hochtransformieren verwendet wird. Ein drittes Merkmal für die vorliegende Erfindung besteht darin, daß der Pulsbreitenmodulator mit einer Spannung als Eingangsgröße für diesen versorgt wird, die durch Vergleich der Energie, welche in den Kondensator geladen ist, mit einem voreingestellten Energiewert durch Verwendung eines Komparators gewonnen wird. Die Impulsbreite als ein Ausgangssignal davon sinkt automatisch in dem Maße ab, wie die Ladung fortschreitet. Ein viertes Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Energieverlust in einem Verstärker und einem hochtransformierenden Transformatorschaltkreis beträchtlich vorzugsweise durch Verwendung eines MOSFET als ein Verstärker zum Verstärken der Impulse, die durch den Pulsbreitenmodulator geformt werden, reduziert werden kann.the amount of energy to be charged is provided. The energy that is charged in a capacitor is associated with a compared predetermined amount of energy by means of a comparator circuit. A charging circuit is by means of the Comparison result controlled. The adjustment means for the The amount of energy to be charged is preferably constructed with a digital switch which is equipped with a numerical display device. A second feature is that a pulse width modulator (PWM) as a pulse generator for converting a DC voltage of a Battery is used to step up a pulse current. A third feature for the present invention is that the pulse width modulator with a voltage as an input variable for this is supplied by comparing the energy that is loaded into the capacitor is, with a preset energy value through use a comparator is obtained. The pulse width as an output signal therefrom automatically decreases to the extent that as the charge progresses. A fourth feature of the present Invention is that the loss of energy in an amplifier and a step-up transformer circuit considerably preferably by using a MOSFET as an amplifier for amplifying the Pulses shaped by the pulse width modulator, can be reduced.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kondensatorladeeinrichtung vorgesehen, die aus einem Kondensator, einer Schaltung zum Laden des Kondensators, einem Mittel zum Erfassen der Ladungsspannung des Kondensators und einem Mittel zum Einstellen einer Energiemenge, die geladen werden soll, sowie einer Vergleichsschaltung zum Vergleichen des erfaßten Wertes mit dem voreingestellten Wert und zum Steuern der Ladeschaltung mit einer Fehlerinformation besteht und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ladeschaltung aus einem Pulsbreitenmodulator zum Erzeugen eines Impulssignals, das eine Impulsbreite hat, welche mit der Fehlerinformation am Ausgang der Vergleicherschaltung korrespon-In accordance with the present invention is a capacitor charger provided, which consists of a capacitor, a circuit for charging the capacitor, a means for detecting the charge voltage of the capacitor and means for adjusting an amount of energy that are charged should, as well as a comparison circuit for comparing the recorded value with the preset value and for controlling the charging circuit with error information exists and which is characterized in that the charging circuit comprises a pulse width modulator for generating a pulse signal, which has a pulse width which corresponds to the error information at the output of the comparator circuit
diert, einem Verstärker zum Verstärken des Impulssignals, einem Impulstransformator zum Erhöhen des Ausgangssignals des Verstärkers und einer Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten des Ausgangssignals des Impulstransformators und zu dessen Lieferung an den Kondensator besteht.diert, an amplifier for amplifying the pulse signal, a pulse transformer to increase the output signal of the amplifier and a rectifier circuit for rectifying of the output signal of the pulse transformer and to whose delivery to the capacitor consists.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der im folgenden anhand der Figuren gegebenen Beschreibung, die in Verbindung mit der Zeichnung zu lesen ist, ersichtlich.The above and other objects, features, and advantages of the invention will become apparent from the following with reference to FIG Figures given description, which is to be read in conjunction with the drawing, apparent.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Elektroschockgerätes, auf das eine Kondensatorladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar ist. 15Fig. 1 shows a block diagram of an electric shock device, to which a capacitor charger according to the present invention is applicable. 15th
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Elektroschockgerätes,
das ein Ausführungsbeispiel für die Kondensatorladeeinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
20Fig. 2 shows a block diagram of an electric shock device which is an embodiment of the capacitor charging device according to the present invention.
20th
Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild für einen Impulsverstärker und einen Impulstransformator, wie sie in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 verwendet werden.3 shows a basic circuit diagram for a pulse amplifier and a pulse transformer of the type used in the circuit arrangement shown in FIG.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Ladezeit für den Kondensator und der Spannung, auf die der Kondensator geladen ist, zu einer Zeit, zu der eine automatische Entladeschaltung der SchaltungFig. 4 is a graph showing the relationship between the charging time for the capacitor and the voltage which the capacitor is charged, at a time when an automatic discharge circuit of the circuit
gemäß Fig. 2 zugefügt ist, darstellt. 30is added according to Fig. 2 represents. 30th
Fig. 5 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung des Diagramms gemäß Fig. 4.FIG. 5 shows a partially enlarged illustration of the diagram according to FIG. 4.
Fig. 6 zeigt Impulsformen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung gemäß Fig. 3 auftreten.Fig. 6 shows waveforms obtained at various points in the Circuit according to FIG. 3 occur.
Fig. 7 zeigt ein Schaltbild für eine modifizierte Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 3.FIG. 7 shows a circuit diagram for a modified embodiment of the circuit according to FIG. 3.
-ιοί Fig, 8 zeigt ein Blockschaltbild, das ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Elektroschockgerät darstellt, bei welchem eine Kondensatorladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird.-ιο ί Fig, 8 shows a block diagram illustrating a further embodiment of an electric shock device in which a capacitor charging device according to the present invention is used.
Fig. 1 zeigt ein vollständiges Blockschaltbild des oben genannten Elektroschockgerätes, auf das die erfindungsgemäße Kondensatorladeeinrichtung angewendet ist. Das Elektroschockgerät enthält einen Hochspannungskondensator 1 mitFigure 1 shows a full block diagram of the above called electric shock device, on which the invention Capacitor charging device is applied. The electric shock device contains a high voltage capacitor 1 with
IQ großer Kapazität, dessen beide Enden mit einer Ladeschaltung 2 und einem Paar von Ausgangsklemmen 3a, 3b verbunden sind. Die Ausgangsklemmen 3a, 3b werden über ein nichtgezeigtes Schaltungsmittel mit einem Paar von Entladeelektroden verbunden, die dazu benutzt werden, einen elektrischen Schock auf einen Patienten auszuüben. Large capacity IQ , both ends of which are connected to a charging circuit 2 and a pair of output terminals 3a, 3b. The output terminals 3a, 3b are connected via circuit means (not shown) to a pair of discharge electrodes which are used to apply an electric shock to a patient.
Die Ladespannung für den Hochspannungskondensator 1 kann durch Verwendung eines Einstellteils 4 voreingestellt werden. Die Spannung oder die Energie, auf die der Hochspannungskondensator 1 geladen wird, wird durch einen Erfassungsteil 5 erfaßt, der mit dessen beiden Enden verbunden ist. Die erfaßte Ausgangsspannung wird einerseits in einer Anzeigeeinheit 6 angezeigt und andererseits auf eine Vergleicherschaltung 7 zurückgeführt und dann mit dem Ausgangssignal des Einstellteils 4 verglichen. Die Arbeitsweise der Ladeschaltung 2 wird durch eine Fehlerinformation an dem Ausgang der Vergleicherschaltung 7 gesteuert, und schließlich wird die Ladung des Hochspannungskondensators 1 fortgesetzt, bis das Ausgangssignal des Erfassungsteils 5 mit dem voreingestellten Wert bei dem Einstellteil 4 übereinstimmt. The charging voltage for the high-voltage capacitor 1 can be preset by using a setting part 4. The voltage or energy to which the high voltage capacitor 1 is charged is determined by a detection part 5 detected, which is connected to both ends thereof. The detected output voltage is on the one hand in a Display unit 6 displayed and on the other hand to a comparator circuit 7 and then compared with the output signal of the setting part 4. How the Charging circuit 2 is by an error information on the Output of the comparator circuit 7 controlled, and finally the charging of the high-voltage capacitor 1 is continued until the output signal of the detection part 5 with corresponds to the preset value in the setting part 4.
Der Einstellte!! 4 kann beispielsweise aus einem Potentiometer bestehen, das einen analogen Spannungswert korrespondierend mit einer Einstellmarke oder dem gewünschten Wert erzeugt. Er kann jedoch vorzugsweise als digitaler Schalter zum Erzeugen digitaler Signale ausgebildet sein. Beispielsweise kann sowohl ein Summierschalter, der für sich selbstThe hired one !! 4 can, for example, consist of a potentiometer exist, which generates an analog voltage value corresponding to a setting mark or the desired value. However, it can preferably be designed as a digital switch for generating digital signals. For example can be both a summing switch that works for itself
-πι eine Anzeigefunktion hat, eine Zehn-Tasten-Einheit, die eine Anzeigeplatte hat, als auch eine Zifferntasteneinheit, die mit einer Zehn-Tasten-Einheit für jede Ziffer versehen ist, benutzt werden. Als Erfassungsteil 5 kann sowohl ein Spannungsteiler, der in der Lage ist, eine niedrige Spannung im Verhältnis zu der hohen Ausgangsspannung des Kondensators zu erzeugen, eine Kombination eines elektro-optisehen Übertragers, der in der Lage ist, Licht mit einer Intensität abzugeben, die proportional zu der Klemmenspannung des Kondensators ist, mit einem Lichtempfangselement, als auch eine Kombination von Schaltungsmitteln, die in der Lage sind, Flüsse zu erzeugen, die proportional zu der Klemmenspannung des Hochspannungskondensators 1 sind, mit einem Hall-Element benutzt werden. In diesem Ausf Iihrungsbei spiel erzeugt der Erfassungsteil 5 die analoge Information proportional zu der Kondensatorausgangsspannung, jedoch ist dereine digitale AUsrunrungsTorm in aem Laaesteuersystem verwendet wird, vorteilhafterweise bezüglich der Anzeige, der Stabilität und der Geräuschspannungsfestigkeit in dem Steuersystem erhebliche Verbesserungen erreicht werden. 30-πι has a display function, a ten-key unit that has a display panel as well as a numeric keypad unit, which is provided with a ten-key unit for each digit can be used. As detection part 5, both a Voltage divider that is capable of low voltage in relation to the high output voltage of the capacitor to generate a combination of an electro-optic Transmitter capable of emitting light with an intensity proportional to the terminal voltage of the capacitor is, with a light receiving element, as well as a combination of circuit means included in the Are able to generate fluxes that are proportional to the terminal voltage of the high voltage capacitor 1, with a Hall element can be used. In this embodiment, the acquisition part 5 generates the analog information proportionally to the capacitor output voltage, however, this is a digital output norm used in a load control system is, advantageously with regard to the display, the Stability and noise voltage resistance in the control system significant improvements can be achieved. 30th
In dem Fall, in dem der Erfassungsteil die analoge Information als sein Ausgangssignal erzeugt, kann die Anzeigeeinheit 6 aus einem Voltmeter bestehen oder kann als eine digitale Anzeigeeinheit mit einem A/D-Wandler, einem Decoder 35 u.a.m. aufgebaut sein. Die Vergleicherschaltung 7 ist als ein analoger Komparator aufgebaut und verarbeitet die Rückkopplungsinformation aus dem Erfassungsteil 5 in analoger Form. In diesem Fall muß, wenn der Einstellte!! 4 ein digi-In the case where the acquisition part receives the analog information generated as its output signal, the display unit 6 can consist of a voltmeter or can be used as a digital Display unit with an A / D converter, a decoder 35 and much more. The comparator circuit 7 is as an analog comparator is set up and processes the feedback information from the detection part 5 in analog Shape. In this case, if the hired !! 4 a digital
taler Schalter ist, die Vergleicherschaltung 7 einen Digital /Analog-Wandler enthalten, der die digitalen Ausgangssignale des Einstel1tei1s 4 in analoge Signale umsetzt. Wenn der Einstellteil 4 ein Potentiometer ist, wird der D/A-Wand· ler unnötig, und die analogen Ausgangssignale des Einstellteils 4 und des Erfassungsteils 5 werden direkt in dem analogen Komparator miteinander verglichen.tal switch, the comparator circuit 7 is a digital / Analog converter included, which carries the digital output signals of setting part 4 is converted into analog signals. if If the setting part 4 is a potentiometer, the D / A converter and the analog output signals of the setting part become unnecessary 4 and the detection part 5 are directly in the analog Comparator compared with each other.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Elektroschockgeräts,Fig. 2 shows a block diagram of the electric shock device,
IQ welches ein Ausführungsbeispiel der Kondensatorladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Einstellteil 4 gemäß Fig. 1 einen digitalen Schalter 9 und ist so aufgebaut, daß die Einstellmarke direkt mittels eines zweistelligen oder dreistelligen mechanischen oder elektrischen numerischen Anzeigebableaus 9a, das diesem beigefügt ist, abgelesen werden kann. Die Vergleicherschaltung 7 gemäß Fig. 1 ist aus einem D/A-Wandler 10 und einem analogen Komparator 11 zusammengesetzt. Die digitale Information, die repräsentativ für die Einstellmarke in dem digitalen Schalter 9 ist, wird zunächst in analoge Signale durch den D/A-Wandler 10 umgesetzt und dann einer Eingangsklemme A des Komparators 11 zugeführt. Währenddessen besteht der Erfassungsteil 5 aus einem Spannungsteiler 15, der sich aus Widerständen R,, R2J wie in Fig. 2 gezeigt, zusammensetzt. Das Spannungssignal an dessen Ausgang wird einer weiteren Eingangsklemme B des Komparators 11 zugeführt. Die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen des Komparators 11 wird als Ladesteuersignal e der Ladeschaltung 2 über einen Umschalter 12 IQ which represents an embodiment of the capacitor charging device according to the present invention. In this embodiment, the setting part 4 according to FIG. 1 contains a digital switch 9 and is constructed so that the setting mark can be read directly by means of a two-digit or three-digit mechanical or electrical numerical display panel 9a which is attached thereto. The comparator circuit 7 according to FIG. 1 is composed of a D / A converter 10 and an analog comparator 11. The digital information, which is representative of the setting mark in the digital switch 9, is first converted into analog signals by the D / A converter 10 and then fed to an input terminal A of the comparator 11. Meanwhile, the detection part 5 consists of a voltage divider 15 composed of resistors R 1 , R 2 J as shown in FIG. The voltage signal at its output is fed to a further input terminal B of the comparator 11. The voltage difference between the two inputs of the comparator 11 is transmitted as the charging control signal e to the charging circuit 2 via a changeover switch 12
zugeführt. ;";fed. ; ";
Der Umschalter 12 wird zum Umschalten zwischen den Betriebsweisen "MANUELL" und "AUTOMATISCH" benutzt. Im Falle der Betriebsweise "MANUELL" wird die Ausgangsspannung einer "Manuell"-Signalquelle 13 der Ladeschaltung 2 durch eine manuelle Betätigung eines Drucktastenschalters 14 zugeführt.The changeover switch 12 is used to switch between the modes of operation "MANUAL" and "AUTOMATIC" used. In the case of the "MANUAL" operating mode, the output voltage becomes a "Manual" signal source 13 of the charging circuit 2 by a manual actuation of a push button switch 14 supplied.
Die Ladeschaltung 2 enthält einen Pulsbreitenmodulator 16,The charging circuit 2 contains a pulse width modulator 16,
einen Impulsverstärker 18, einen Impulstransformator 19 und einen Hochspannungs-Multi piikationsgleichrichter 20.a pulse amplifier 18, a pulse transformer 19 and a high-voltage multiplying rectifier 20.
Die Fehlerspannung an dem Ausgang des Komparators 11 wird einer Eingangsklemme des Pulsbreitenmodulators PWM 16 zugeführt. Der Pulsbreitenmodulator 16 erzeugt ein Impulssignal, dessen Impulsbreite sich mit dem Spannungssignal aus dem Komparator 11 ändert. Der Pulsbreitenmodulator 16 ist so ausgelegt, daß die Impulssignalbrei te zu einem Maximum wird, wenn keine Spannung von dem Spannungsteiler 15 an den Komparator 11 geliefert wird, und graduell in dem Maße verringert wird, wie die Spannung des Spannungsteilers 15 ansteigt und den voreingestellten Spannungswert erreicht, welcher von dem D/A-Wandler 10 zugeführt wird.The error voltage at the output of the comparator 11 becomes an input terminal of the pulse width modulator PWM 16 is supplied. The pulse width modulator 16 generates a pulse signal, the pulse width of which changes with the voltage signal from the comparator 11. The pulse width modulator 16 is designed so that the pulse signal width te to a maximum is when there is no voltage from the voltage divider 15 to the Comparator 11 is supplied and is gradually decreased as the voltage of the voltage divider 15 increases and reaches the preset voltage value, which is supplied from the D / A converter 10.
Als ein typisches Beispiel für den Pulsbreitenmodulator 16 wird beispielsweise das Modell SG-3524 - lieferbar von Texas Instrument Co. Ltd - verwendet. Das Signal aus dem Pulsbreitenmodulator 16 wird durch den Impulsverstärker 18 verstärkt, um eine große Impulsenergie zu gewinnen, und wird dann durch den Impulstransformator 19 hochtransformiert. Die Ausgangsspannung des Impulstransformators 19 wird ferner durch den Hochspannungs-Multi piikationsgl eichrichter 20 weiter erhöht, gleichgerichtet und dann zur Ladung des Hauptkondensators oder Hochspannungskondensators 1 verwendet.As a typical example of the pulse width modulator 16 for example the model SG-3524 - available from Texas Instrument Co. Ltd - used. The signal from the pulse width modulator 16 is passed through the pulse amplifier 18 amplified to gain a large impulse energy, and is then stepped up by the pulse transformer 19. The output voltage of the pulse transformer 19 is also rectified by the high-voltage multipliers 20 further increased, rectified and then used to charge the main capacitor or high-voltage capacitor 1 used.
Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung als ein Beispiel für den Impulsverstärker 18 und den Impulstransformator 19, der mit dem Pulsbreitenmodulator 16 verbunden ist. Die Impulssi· gnale, d. h. zwei Serien von Impulsen mit einander entgegen· gesetzten Phasen aus dem Pulsbreitenmodulator 16 werden abwechselnd über dessen Ausgangsklemmen 21a, 21b abgegeben. Die Ausgangsklemmen 21a, 21b sind mit den Basisanschlüssen von Transistoren 22 bzw, 23 verbunden, und zwar in den ersten Stufen der Verstärkungsschaltkreise, die beispielsweise als Darlington-Schaltkreise ausgeführt. Dementsprechend werden die Impulssignale aus dem Pulsbreitenmodulator 16Fig. 3 shows the circuit arrangement as an example of the pulse amplifier 18 and the pulse transformer 19, the is connected to the pulse width modulator 16. The Impulssi gnale, d. H. two series of impulses opposing each other set phases from the pulse width modulator 16 alternately output via its output terminals 21a, 21b. The output terminals 21a, 21b are connected to the base connections of transistors 22 and 23, respectively, in the first stages of the amplification circuits, for example designed as Darlington circuits. Accordingly the pulse signals from the pulse width modulator 16
über die Transistoren 22, 22' und 23, 23' verstärkt und fließen in eine Primärwicklung 24 des Impulstransformators 19 als Wechselstromimpulse. Das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Stromquellenanschluß, dem ein großer Strombetrag aus einer Batterie 26 zufließt. Die Stromquelle besteht Üblicherweise aus 8 Speicherbatteriezellen zu je 1.2 V, um eine minimale Betriebsspannung von a 5 V zu erzielen. Diese Spannung wird n_-mal durch den Impulstransformator 19 verstärkt, um eine Hochspannung von angenähert 1360 V zu erzielen. Die IQ verstärkte Spannung wird durch den die Spannung multiplizierenden Hochspannungs-Multipiikationsgleichrichter 20 auf das Vierfache angehoben, um eine Spannung von 5440 V zu erhalten. Diese Spannung wird dann an den Kondensator gelegt, um diesen zu laden.Amplified via the transistors 22, 22 'and 23, 23' and flow into a primary winding 24 of the pulse transformer 19 as alternating current pulses. Reference numeral 25 denotes a power source terminal to which a large amount of current flows from a battery 26. The power source usually consists of 8 storage battery cells of 1.2 V each in order to achieve a minimum operating voltage of 5 V. This voltage is amplified n_ times by the pulse transformer 19 to achieve a high voltage of approximately 1360V. The IQ boosted voltage is increased four times by the voltage multiplying high voltage rectifier 20 to obtain a voltage of 5440V. This voltage is then applied to the capacitor in order to charge it.
Beim Ladebetrieb, der auf der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung beruht, wird die Energiemenge, die verlangt wird, zunächst durch den digitalen Schalter 9 in digitaler Form eingestellt. Der voreingestellte digitale Wert wird durch den D/A-Wandler in ein analoges Signal umgesetzt und dann der Eingangsklemme A des Komparators 11 zugeführt. In dieser Phase ist der Umschalter 12 auf die Seite "AUTOMATISCH" gelegt. Da die Spannung des Hochspannungskondensators 1 im Anfangszustand nahezu Null ist und dementsprechend die Spannung, die dem Komparator 11 aus dem Spannungsteiler 15 zugeführt wird, ebenfalls nahezu Null ist, kann die vorbestimmte Höhe der Spannung des Ausgangssignals aus dem Komparator Π gewonnen werden. Die Ladeschaltung 2 wird dadurch betätigt, und es wird der Hochspannungskondensator 1 geladen. Wenn die Energie, die. in dem Hochspannungskondensator 1 angesammelt ist, den gewünschten Wert erreicht, werden die Eingangssignale an den Eingangsklemmen A und B des Komparators Π angenähert gleich. Auf diese Weise wird der Hochspannungskondensator 1 in seiner Lade- und Entladeenergie ausbalanciert, und die Ausgangsspannung desselben wird auf dem vorbestimmten Pegel gehalten. Wie aus dem zuvor Ausgeführten klar ersichtlich ist, besteht, da der Hochspannungskondensator 1 automatisch und genau auf den voreinge- During the charging operation on the circuit arrangement shown in FIG is based, the amount of energy that is required is initially through the digital switch 9 in digital Shape set. The preset digital value becomes converted into an analog signal by the D / A converter and then fed to the input terminal A of the comparator 11. In During this phase, the switch 12 is placed on the "AUTOMATIC" side. Because the voltage of the high voltage capacitor 1 is almost zero in the initial state and accordingly the voltage which is fed to the comparator 11 from the voltage divider 15 is also almost zero the predetermined level of the voltage of the output signal can be obtained from the comparator Π. The charging circuit 2 is thereby actuated, and it becomes the high voltage capacitor 1 loaded. When the energy that. is accumulated in the high voltage capacitor 1, the desired value can be achieved the input signals at input terminals A and B of the Comparator Π approximately the same. In this way, the high voltage capacitor 1 becomes in its charge and discharge energy is balanced, and the output voltage thereof is kept at the predetermined level. Like the one before Executed is clearly evident, there is, since the high-voltage capacitor 1 automatically and precisely on the preset
stellten Wert geladen werden kann, die Arbeit für den behandelden Arzt vor Aufnahme seiner eigentlichen ärztlichen Tätigkeit lediglich darin, den gewünschten Wert einzustellen. Das Überwachen des Meßinstruments während des Ladevorgangs wird dadurch überflüssig. Auf diese Weise hat der Arzt etwas freie Zeit und kann sich von seiner anstrengenden Arbeit erholen bzw. wird vor der Möglichkeit einer Fehlbedienung aufgrund von Übermüdung geschützt, auf welche Weise die bestmögliche Behandlung des Patienten sichergestellt ist. Zusätzlich wird die voreingestellte Energiemenge direkt in digitaler Form angezeigt, so daß sie leicht abzulesen und eine fehlerhafte Einstellung vermeidbar ist.The presented value can be loaded, the work for the attending physician before taking up his actual medical The only activity is to set the desired value. Monitoring the measuring instrument while it is charging becomes superfluous. This way, the doctor has some free time and can get away from his strenuous work Recovering from work or being protected from the possibility of incorrect operation due to fatigue, whichever Way, the best possible treatment of the patient is ensured. In addition, the preset amount of energy displayed directly in digital form so that it is easy to read and incorrect setting can be avoided.
Der Ladevorgang für den Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnden erklärt. Der Impulsstrom, der durch den Pulsbreitenmodulator PWM 16 erzeugt wird, d. h. die Impulsbreite jedes der Impulse in einer Zweierserie, beträgt 50% der Impulsperiode zur Zeit der Ingangsetzung der Kondensatorladung, wenn die Spannung an dem Spannungsteiler 15 Null ist. Diese Impulsbreite wird verringert, wenn die Ladung des Kondensators fortschreitet. Die Spannung an dem Spannungsteiler 15 steigt an, die Differenz in bezug auf die Einstellmarke, die in dem Komparator 11 bestimmt werden soll, verringert sich und das Ausgangssignal des Komparators fällt in seiner Spannung ab. Die Energie, die in dem Kondensator gespeichert ist, verringert sich graduell aufgrund der dielektrischen Absorption, eines Entladungsverlustes, eines Wärmeverlustes und durch andere Umstände, wie dies zuvor festgestellt wurde. Wenn indessen die Energiemenge, die von der Ladeschaltung zugeführt wird, geringer als die Energiemenge wird, die in dem Kondensator verloren geht, wenn die Ladegeschwindigkeit für den Kondensator abnimmt, beginnt die Spannung an dem Spannungsteiler 15 zu fallen, und die Ausgangsspannung des Komparators steigt entsprechend dem Anstieg der Impulsbreite an dem Ausgang des Pulsbreitenmodulators PWM 16 an. Als Ergebnis übersteigt die Spannung an dem Spannungsteiler unmittelbar die Einstellmarke aufgrund eines geringfügigen Spannungsan-The charging operation for the capacitor according to the present invention will now be explained in detail. The momentum current, generated by the pulse width modulator PWM 16, d. H. the pulse width of each of the pulses in a series of two is 50% of the pulse period at the time of initiation the capacitor charge when the voltage on the voltage divider 15 is zero. This pulse width is reduced, as the charging of the capacitor progresses. The voltage at the voltage divider 15 increases, the difference in with respect to the setting mark which is determined in the comparator 11 is to be reduced and the output signal of the comparator drops in its voltage. The energy, stored in the capacitor gradually decreases due to dielectric absorption, discharge loss, heat loss and other circumstances as previously determined. If, however the amount of energy supplied by the charging circuit becomes less than the amount of energy used in the capacitor is lost when the charging speed for the capacitor decreases, the voltage begins on the voltage divider 15 to fall, and the output voltage of the comparator increases in accordance with the increase in the pulse width at the Output of the pulse width modulator PWM 16. As a result exceeds the voltage on the voltage divider immediately the setting mark due to a slight voltage
stiegs, und zwar mit einer gewissen Verzögerung der Schaltung, Der Betrieb des Pulsbreitenmodulators PWM 16 stoppt, so daß die Spannung an dem Kondensator in einem bestimmten Bereich stabilisiert wird.increased, with a certain delay in the circuit, the operation of the pulse width modulator PWM 16 stops, so that the voltage across the capacitor is stabilized in a certain range.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Lade-/Entlade-Vorgang für den Kondensator automatisch eingestellt, so daß der maximale Strom aus der Batterie in den Kondensator zum Zeitpunkt der Ingangsetzung des Vorgangs fließt. In der letzten Phase nimmt der Strom stark ab, und das Laden wird, nachdem er seinen konstanten Wert erreicht hat, auf den Wert beschränkt, der die Energie, welche entladen wird, ersetzt. Dadurch ist die Möglichkeit eines Überladens vermieden. According to the present invention, the charge / discharge operation for the capacitor automatically set so that the maximum current from the battery into the capacitor to the Time of initiation of the process flows. In the last phase the current decreases sharply and the charging becomes, after it has reached its constant value, it is limited to the value that corresponds to the energy that is discharged, replaced. This avoids the possibility of overcharging.
Fig. 4 stellt ein Diagramm dar, das die Beziehung zwischen der Ladezeit und der Spannung des Kondensators für den Fall anzeigt, in dem eine automatische Überladungs-Entladungsschaltung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 zugefügt ist. In dem Diagramm korrespondiert eine Kurve "a" mit dem Fall, in dem die Impulsbreite konstant ist, und eine Kurve "b" korrespondiert mit dem Fall, in dem die Impulsbreite durch den Pulsbreitenmodulator PWM 16 moduliert wird. Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Kurven in Fig. 4.Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the charging time and the voltage of the capacitor in the event that an automatic overcharge-discharge circuit the circuit arrangement according to FIG. 1 is added. In the diagram, a curve "a" corresponds to Case where the pulse width is constant, and a curve "b" corresponds to the case where the pulse width is modulated by the pulse width modulator PWM 16. Fig. 5 shows an enlarged partial view of the curves in FIG. 4.
in dem Fall, in dem die Impulsbreite konstant ist, wird die Ladeschaltung dann blockiert, wenn die Kondensatorspannung die Einstellmarke VQ korrespondierend mit der Beendigung des Ladevorgangs erreicht. Der Kondensator wird jedoch bis zu dem Wert V, aufgrund des voreilendes Stroms überladen.in the case where the pulse width is constant, the charging circuit is blocked when the capacitor voltage reaches the set mark V Q corresponding to the completion of the charging process. However, the capacitor is overcharged up to the value V, due to the leading current.
Selbst in der letzten Phase übersteigt die Überladung des öfteren die Einstellmarke Vm,v zur Ingangsetzung einer.auto-Even in the last phase, the overload often exceeds the setting mark V m , v to start an.
ΠΙ αΧΠΙ αΧ
matischen Entladung aufgrund seiner hohen Ladegeschwindigkeit, so daß die Spannung bis auf einen Wert V„ durch das automatische Entladen herabgesetzt wird und dann graduell durch die elektrische Absorption, Kriechstrom usw. des· Kondensators abfällt. Wenn die Spannung die untere Grenze V .matic discharge due to its high charging speed, so that the voltage up to a value V "by the automatic discharge is lowered and then gradually by the electrical absorption, leakage current, etc. of the capacitor falls off. If the voltage is the lower limit V.
für die automatische Ladung erreicht, beginnt die Ladeeinrichtung zu arbeiten, und es wird der Überladungs-Ladungs-for automatic charging is reached, the charging device starts to work and the overcharge charge
-Μ Ι Vorgang, wie oben erläutert, wiederholt. -Μ Ι Repeat the process as explained above.
In dem Fall, in dem die Impulsbreite durch den Pulsbreitenmodulator PWM 16 herabgesetzt wird, wird der Ladestrom ebenfalls herabgesetzt, und die Ladegeschwindigkeit in der letzten Stufe wird auf einen geringeren Wert als dem der Kurve "a" herabgesetzt, wie dies durch die Kurve "b" gezeigt ist. Die Spannung in der Nachbarschaft von VQ schwankt jedoch um V0 herum auf und ab, auf welche Weise eine Vermeidung einerIn the case where the pulse width is decreased by the pulse width modulator PWM 16, the charging current is also decreased, and the charging speed in the final stage is decreased to a value lower than that of the curve "a" as indicated by the curve "b "is shown. However, the voltage in the vicinity of V Q fluctuates up and down around V 0 , in which way avoidance of one
Überladung sichergestellt ist. Im Falle der Kurve "a" enthält der Ladestrom eine große Wechselstrom-Komponente, die sich aus der Wiederholung von Lade- und Entlade-Vorgängen und aus dem Auftreten von Energieverlust innerhalb des Kondensators ergibt. Der Wechselstromverlust in dem Fall der Kurve "b" ist dagegen wegen der kleinen Wechselstrom-Komponente sehr niedrig.Overcharging is ensured. In the case of curve "a" contains the charging current is a large alternating current component that result from the repetition of charging and discharging processes and from the occurrence of energy loss within the capacitor results. The AC power loss in the case of the On the other hand, curve "b" is because of the small AC component very low.
In der oben gegebenen Beschreibung ist angenommen worden, daß die Impulsbreite automatisch zu einer Zeit eingestellt wird, wenn die Spannung, welche mit der Energie-Einstellmarke für den Kondensator korrespondiert, nahezu gleich der Energie an dem Spannungsteiler wird, so daß sich Ladung und Entladung im Gleichgewicht halten. Es ist jedoch die Möglichkeit gegeben, die Schaltungsanordnung in einer Weise auszulegen, daß das Gleichgewicht zwischen dem Laden und dem Entladen des Kondensators bei einer Spannungshöhe festgehalten wird, die geringfügig niedriger oder höher als die Einstellmarke liegt.In the description given above, it has been assumed that the pulse width is automatically adjusted at a time will when the voltage, which with the energy setting mark for the capacitor corresponds, almost equal to the energy at the voltage divider, so that charge and Keep the discharge in balance. However, it is the possibility given to design the circuitry in such a way that the balance between loading and the discharging of the capacitor is held at a voltage level slightly lower or higher than that Setting mark lies.
Die Ladeschaltung zum Laden des Kondensators, welche den Pulsbreitenmodulator PWM gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt, ist insbesondere als eine Ladeschaltung für einen Kondensator verwendbar, in dem ein Film mit einer großen dielektrischen Absorption, beispielsweise ein Polyfluorvinyliden-FiIm als Dielektrikum benutzt wird. Der Energieverlust zur Zeit des Ladens, wenn die Spannung bei der Sättigungszeit über 1 kV liegt, ist genau wie derjenige zur Zeit des Entladens vergleichsweise groß.The charging circuit for charging the capacitor, which the Pulse width modulator PWM according to the present invention is particularly used as a charging circuit for a Capacitor usable in which a film with a large dielectric absorption, for example a polyfluorovinylidene film is used as a dielectric. The energy loss at the time of charging when the voltage is at the saturation time above 1 kV is comparatively large just like that at the time of discharge.
In dem Prinzipschaltbild gemäß Fig. 3 ist der Impulsverstärker so dargestellt, daß er Transistoren 22, 22' und 23, 23' hat. In Wirklichkeit sind die Transistoren selbst dann, wenn die Kondensatorladeeinrichtung in einem kommerziell verfügbaren tragbaren Elektroschockgerät, die keinen Pulsbreiten-Modulationsmechanismus in sich hat, jedoch einen Impulsverstärker für Impulse aus einem Impulsgenerator aufweist als Verstärkungselemente notwendig. In einer derartigen Schaltungsanordnung ist indessen wenn die Impulse, die durch einen Impulsgenerator erzeugt, durch eine Verstärkungsschaltung verstärkt und dann durch Verwendung eines Transformators hinauftransformiert werden, dann der Nachteil gegeben, daß die Wärmeerzeugung extrem hoch ist.In the basic circuit diagram according to FIG. 3, the pulse amplifier is shown as having transistors 22, 22 'and 23, 23'. In reality the transistors are even if the capacitor charger in a commercial available portable electroshock device that does not have a pulse width modulation mechanism has in itself, but has a pulse amplifier for pulses from a pulse generator necessary as reinforcement elements. In such a circuit arrangement, however, if the pulses that generated by a pulse generator, by an amplification circuit amplified and then stepped up using a transformer then the disadvantage given that the heat generation is extremely high.
in der Ladeschaltung gemäß der vor!iegenden Erfindung ist die Wärmeerzeugung in der Verstärkerschaltung und dem hochtransformierenden Transformator drastisch durch Anwendung von MOSFET's, vorzugsweise V-MOSFET's, als Verstärkungselemente in der Impulsverstärkungsschaltung reduziert. Obwohl ein Impuls P-, aus einem Oszillator, nämlich dem Pulsbreitenmodulator PWM u. dergl. grundsätzlich hochfrequente Komponenten enthält, wie dies in Fig. 6A gezeigt ist, nimmt eine Ausgangssignalwellenform Pp, die über die Transistoren läuft, eine Wellen- oder Impulsform an, wie sie in Fig. 6B gezeigt ist, und zwar aufgrund der Kennlinien des Transistors derart, daß die vordere Flanke überschwingt, wie bei S,, und die Rückflanke einen rechten Winkel aufweist, wie bei Sp· Zwei Serien von Impulsen, die eine derartige Wellen- oder Impulsform haben, wie sie oben erläutert ist, fließen abwechselnd innerhalb der Primärwicklung 24 des Impulstransformators 19 in zueinander entgegengesetzten Richtungen, um wechselnde Impulsströme zu bilden. Der Sekundärstrom, der in die Sekundärwicklung induziert wird, nimmt eine Wellenform an, wie sie in Fig. 6C gezeigt ist, wobei ° dessen beide Ecken abgerundet sind. Die Energie, die mit den verrundeten Abschnitten S, u. S„ korrespondiert, verbleibt in dem primären Stromkreis und wird in der Hauptsache als Wärme in dem Transistor und dem Transformator ver-In the charging circuit according to the present invention, the heat generation in the amplifier circuit and the step-up transformer is drastically reduced by using MOSFETs, preferably V-MOSFETs, as amplification elements in the pulse amplification circuit. Although a pulse P- from an oscillator such as the pulse width modulator PWM and the like basically contains high frequency components as shown in Fig. 6A, an output signal waveform Pp passing through the transistors takes a waveform or pulse shape, as shown in Fig. 6B, due to the characteristics of the transistor such that the leading edge overshoots, as in S ,, and the trailing edge is at right angles, as in Sp · Two series of pulses producing such a wave - Or have a pulse shape, as explained above, flow alternately within the primary winding 24 of the pulse transformer 19 in mutually opposite directions in order to form alternating pulse currents. The secondary current which is induced in the secondary winding, takes a waveform, as shown in Fig. 6C, wherein ° whose two corners are rounded. The energy that corresponds to the rounded sections S and S "remains in the primary circuit and is mainly used as heat in the transistor and the transformer.
braucht. Die Erzeugung von Wärme ergibt sich nicht nur aus dem Verlust einer großen Energiemenge, sondern auch aus der Notwendigkeit einer Zusatzeinrichtung, beispielsweise einer Kühlrippe für die Kühlung der Schaltung, was auf diese Weise das Gewicht der Einrichtung entsprechend erhöht. Da der Überschwingungsabschnitt des Impulses zahlriche Harmonische enthält und vornehmlich in einer Hochfrequenzbetriebsweise schwingen kann, kann er oft von hochfrequenten Störgeräuschen begleitet werden, die den Betrieb der elektrischen Einrichtungen, die in der Nachbarschaft des Elektroschockgerätes angeordnet sind, und sich außerdem mit dem elektrischen Schaltkreis in dem Elektroschockgerät selbst stören. Daher ist ebenfalls eine geeignete Geräuschunterdrückungseinrichtung erforderlich.needs. The generation of heat results not only from the loss of a large amount of energy, but also from the Need for an additional device, for example one Cooling rib for cooling the circuit, which in this way increases the weight of the device accordingly. Since the The overshoot portion of the pulse contains numerous harmonics and primarily in a high frequency mode of operation can oscillate, it can often be accompanied by high-frequency noise that interferes with the operation of the electrical Facilities in the vicinity of the stun gun and also interfere with the electrical circuit in the stun gun itself. Therefore, a suitable noise suppressor is also required.
Der MOSFET hat von sich aus eine Breitbandcharakteristik, da er ein Majoritätsladungsträgerelement ist, und sein Drain-Strom I0 ist vergleichsweise über einen weiten Bereich der Drain-Source-Spannung konstant. Dementsprechend entsteht selbst dann, wenn der Impuls, der wie der Impuls P, in Fig. 6A angelegt wird, kein Überschwingen aufgrund der Harmonischen, und es kann der Impuls, wie der Impuls Po, der im ansteigenden und fallenden Abschnitt abgerundet ist, gewonnen werden. Dieser Impuls hat keine Bereiche, die mit S, u. S„ in der Impulsform P„ behaftet sind, so daß der Verlust aufgrund der Erzeugung von Wärme in dem primären Stromkreis selbst dann geringer ist, wenn der Wechselstrom, der in diesen Impulsen enthalten ist, durch Verwendung des Transformators hochtransformiert wird. Zusätzlich ist der Temperaturkoeffizient des Widerstandes im leitenden Zustand zwischen der Drain und der Source in dem MOSFET positiv, und der Strom sinkt in dem Maße ab, wie sich die Temperatur erhöht. Dementsprechend können zahlreiche Vorteile geltend gemacht werden, nämlich dahingehend, daß keine Gefahr einer thermischen Zerstörung besteht, daß Hochfrequenzschwingungen im wesentlichen vermieden werden und daß die Kühlrippe, eine Rundfunkwellenstör-Verhinderungseinrichtuhg usw. fortgelassen oder zumindet vereinfacht werden können.The MOSFET inherently has broadband characteristics since it is a majority carrier element and its drain current I 0 is comparatively constant over a wide range of drain-source voltage. Accordingly, even if the pulse such as the pulse P in Fig. 6A is applied, there is no overshoot due to the harmonics, and the pulse such as the pulse Po rounded in the rising and falling portion can be obtained . This pulse has no areas affixed with S, and S "in the pulse shape P", so that the loss due to the generation of heat in the primary circuit is smaller even when the alternating current contained in these pulses is stepped up using the transformer. In addition, the temperature coefficient of the conductive resistance between the drain and the source in the MOSFET is positive, and the current decreases as the temperature increases. Accordingly, numerous advantages can be exerted in that there is no danger of thermal damage, that high frequency vibrations are substantially avoided, and that the cooling fin, a radio wave interference prevention device, etc. can be omitted or at least simplified.
-2 ΟΙ Wenn der MOSFET benutzt wird, kann dadurch eine Darlington-Schaltung gemäß Fig. 3 ersetzt werden, jedoch kann ein V-MOSFET, der einen hohen Verstärkungsgrad aufgrund der zweistufigen Verstärkung wie die Darlington-Schaltung hat, nicht erzielt werden, so daß üblicherweise einer oder mehrere Verstärker in der dem MOSFET vorangehenden Stufe angeordnet sind. Als Vorverstärker kann beispielsweise üblicherweise ein Operationsverstärker benutzt werden, es ist jedoch vorzuziehen5 einen Verstärker zu wählen, der ein Ausgangssignal zur Verfügungs stellen kann, das kein Überschwingen für ein Impulseingangssignal hervorruft. Ein kleiner Überschwingbetrag, der in der Ausgangssignal-Wellenform in dem Vorverstärker enthalten ist, wird durch den MOSFET verändert. Obgleich die Energie des veränderten Überschwing-Abschnitts in der Schaltung zwischen dem Vorverstärker und dem MOSFET verbraucht wird, ist der Stromverbrauch in diesem Fall extrem klein, da die Energie des Impulsstroms in dem vorhergehenden Stromkreis des MOSFET sehr klein ist. Dementsprechend ist die Auswahl des Verstärkers-2 ΟΙ If the MOSFET is used, it can replace a Darlington circuit as shown in FIG. 3, but a V-MOSFET which has a high gain due to the two-stage gain such as the Darlington circuit cannot be obtained, so that usually one or more amplifiers are arranged in the stage preceding the MOSFET. As a preamplifier, an operational amplifier can be used, for example, usually, it is, however, preferable 5 to choose an amplifier that can provide an output signal to dispose of property that evokes no overshoot for a pulse input signal. A small amount of overshoot contained in the output waveform in the preamplifier is changed by the MOSFET. In this case, although the power of the changed overshoot section is consumed in the circuit between the preamplifier and the MOSFET, the power consumption is extremely small because the power of the pulse current in the foregoing circuit of the MOSFET is very small. The amplifier is selected accordingly
20'vor dem MOSFET nicht von besonderer Wichtigkeit.20 'in front of the MOSFET is not of particular importance.
Die Schaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist und in welcher der Impulstransformator 19 verwendet wird, der den Stromquellenanschluß 25 in der Mitte seiner Primärwicklung hat, kann so geändert werden, daß er an den MOSFET angepaßt ist. Fig. 7 zeigt zusätzlich eine besonders typische MOSFET-Schaltung. In Fig. 7 ist mit 28 ein Verstärker bezeichnet, 29 u. 29' bezeichnen Vorspannschaltungen, mit 30 wird ein P-Kanal-V-MOSFET und mit 31 ein N-Kanal-V-MOSFET bezeichnet. Zwei Serien von Impulsen aus dem Pulsbreitenmodulator PWM 16 werden durch den Verstärker 28 verstärkt. Davon wird eine Serie von Impulsen in positive Impulse durch die Vorspannschaltung 29 und die andere Serie von Impulsen in negative Impulse durch die Vorspannschaltung 29' umgesetzt. Die positiven Impulse und die negativen Impulse werden durch den P-Kanal-V-MOSFET bzw. den N-Kanal-V-MOSFET 31 verstärkt und fließen in den Primärstromkreis des Impulstransformators 19 als wechselnde Impulsströme. Die Impulsströme werden da-The circuit shown in Fig. 3 in which the pulse transformer 19 is used which is the power source terminal 25 in the middle of its primary winding can be modified to match the MOSFET. Fig. 7 also shows a particularly typical MOSFET circuit. In Fig. 7, numeral 28 denotes an amplifier, 29 and 29 'denote bias circuits, and 30 denotes a P-channel V-MOSFET and at 31 denotes an N-channel V-MOSFET. Two series of pulses from the PWM 16 pulse width modulator are amplified by the amplifier 28. This turns a series of pulses into positive pulses by the bias circuit 29 and the other series of pulses converted into negative pulses by the bias circuit 29 '. The positive ones Pulses and the negative pulses are amplified by the P-channel V-MOSFET and the N-channel V-MOSFET 31, respectively flow into the primary circuit of the pulse transformer 19 as alternating impulse currents. The impulse currents are
-ΕΤΙ nach auf ähnliche Weise wie in dem Fall gemäß Fig. 3 verstärkt und in den Hauptkondensator geladen.-ΕΤΙ reinforced in a manner similar to the case of FIG and charged into the main capacitor.
Bei der oben gegebenen Beschreibung werden die Impulse aus dem Pulsbreitenmodulator als aus zwei Serien bestehend angenommen. Es ist jedoch möglich, eine einzige Serie von Impulsen aus dem Pulsbreitenmodulator in positiv verlaufende und negativ verlaufende Impulse durch die Vorspannschaltungen umzusetzen.In the description given above, the pulses from the pulse width modulator are assumed to consist of two series. However, it is possible to convert a single series of pulses from the pulse width modulator into positive going and implement negative going impulses through the biasing circuits.
Die Kondensatorladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere als eine Kondensatorladeschaltung verwendbar, die in einem kleinen elektrischen Gerät, wie beispielsweise einem tragbaren Elektroschockgerät, eingebaut sein kann, da sie so ausgelegt ist, daß der Energieverlust zur Zeit der Ladung, die Erzeugung von Wärme, die damit einhergeht, und die Rundfunkstörsignale minimiert sind.The capacitor charger according to the present invention is in particular as a capacitor charging circuit which are incorporated in a small electrical device such as a portable electric shock device may be because it is designed so that the loss of energy at the time of charge, the generation of heat that is associated with it and the radio noise is minimized.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Elektroschockgerätes, das eine Kondensatorladeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Erfassungsteil 5 gemäß Fig. 1 so aufgebaut, daß der eine digitale Erfassungsinformation erzeugt. Zu diesem Zweck ist der Erfassungsteil 5 mit einem Analog/Digital-Wand!er 33 zum Umsetzen des Ausgangssignals des Widerstands-Spannungsteilers in digitale Werte versehen. Das Ausgangssignal des Analalog/Digita!-Wandlers 33 wird der Anzeigeeinheit 6 zugeführt, und der Wert der Engergie, die in dem Hochspannungskondensator geladen ist, wird in digitaler Form angezeigt. Die Anzeigeeinheit 6 besteht aus einem Decoder, einer numerischen Anzeigeeinrichtung und einem Treiber.8 shows a block diagram for a further exemplary embodiment of the electroshock device, which has a capacitor charger used in accordance with the present invention. In this embodiment, the detection part is 5 according to FIG. 1 so constructed that the one digital detection information generated. For this purpose, the detection part 5 is provided with an analog / digital wall 33 for conversion of the output signal of the resistor-voltage divider in provided digital values. The output signal of the analog / digital converter 33 is fed to the display unit 6, and the value of the energy that is in the high voltage capacitor is loaded is displayed in digital form. The display unit 6 consists of a decoder, a numerical display device and a driver.
Das Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers 33 wird ebenfalls einem digitalen Komparator 34 zugeführt und mit der Einstellmarke in digitaler Form am Ausgang des digitalen Schalters 9 verglichen. Der Komparator 34 erzeugt das digitale Steuersignal korrespondierend mit der Differenz zwi-The output signal of the analog / digital converter 33 is also fed to a digital comparator 34 and with the setting mark in digital form at the output of the digital Switch 9 compared. The comparator 34 generates the digital control signal corresponding to the difference between
sehen den Signalen an den Eingangsklemmen A u. B. Diese Steuersignal wird der Ladeschaltung 2 über einen weiteren D/A-Wandler 35 und den Umschalter 12 zugeführt, um den Ladevorgang zu steuern.see the signals at the input terminals A and B. These The control signal is fed to the charging circuit 2 via a further D / A converter 35 and the changeover switch 12 to initiate the charging process to control.
Der Ladebetrieb des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 8 gezeigt ist, ist ähnlich dem des in Fig. 2 gezeigten. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt darin begründet, daß die Schaltung vereinfacht und sowohl die Stabilität als auch die Anti -Gera'uschei genschaften durch Verwendung der digitalen Schaltung verbessert werden können. In Fig. 8 wird der D/A-Wandler 10 an der Ausgangsseite der Vergleicherschaltung 7, wie in Fig. 2 gezeigt, fortgelassen» da der Analog/Digital-Wandler 33 bei dem Erfassungsteil 5 gemeinsam auch für die digitale Anzeige in der Anzeigeeinheit 6 benutzt werden kann.The charging operation of the embodiment shown in FIG is similar to that shown in FIG. The advantage of this embodiment is based on that the circuit is simplified and both the stability and the anti -Gera'uschei properties by using the digital circuit can be improved. In Fig. 8, the D / A converter 10 is placed on the output side of the comparator circuit 7, as shown in FIG. 2, is omitted because the analog / digital converter 33 is common to the detection part 5 also for the digital display in the display unit 6 can be used.
Während bevorzugte Ausführungsbeispiele für die vorliegende Erfindung beschrieben worden sind, sind offensichtlich weitere Modifikationen und Variationen im Hinblick auf die technische Lehre möglich. Es daher ersichtlich, daß die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche auf andere Weise als die speziell beschriebene realisiert werden kann .While preferred embodiments for the present Invention described are obviously others Modifications and variations with regard to the technical teaching are possible. It can therefore be seen that the Invention within the scope of the claims other ways than that specifically described can be implemented.
Patentanwalt 30Patent attorney 30
-2S--2S-
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Claims (15)
dadurch gekennzei chnet , daß die Vergleicherschaltung (7) einen Digital/Analog (A/D) - Wandler (10) zum Umsetzen des Ausgangssignals des digitalen Schalters in ein analoges Signal und einen Komparator (11) zum Vergleichen
der umgesetzten analogen Einstellmarke mit dem analogen
Erfassungswert des einen Spannungsteiler (15) enthaltenden Erfassungsteils enthält.9. capacitor charging device according to claims 6 and 8,
characterized in that the comparator circuit (7) has a digital / analog (A / D) converter (10) for converting the output signal of the digital switch into an analog signal and a comparator (11) for comparison
the converted analog setting mark with the analog
Contains detection value of the detection part including a voltage divider (15).
Information in ein digitales Signal und zum Erzeugen eines digitalen Erfassungswertes enthält.characterized in that the detection part (5) has an analog / digital converter (33) for converting the detected
Contains information in a digital signal and for generating a digital detection value.
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit (6) einen Decoder zum Umsetzen des digitalen Erfassungswertes am Ausgang des Erfassungsteils (5) in Anzeigesignale und eine numerische Anzeigeeinrichtung, die durch das Ausgangssignal des Decoders getrieben wird, enthält.11. capacitor charging device according to claims 5 and
10, characterized in that the display unit (6) contains a decoder for converting the digital detection value at the output of the detection part (5) into display signals and a numerical display device which is driven by the output signal of the decoder.
10, dadurch gekennzei chnet , daß die Vergleicherschaltung (7) durch einen digitalen Komparator (34) zum Vergleichen der digitalen Einstellmarke des digitalen~Schal■ ters (9) zum Einstellen der Ladungsenergiemenge mit dem
digitalen Erfassungswert des Erfassungsteils (5) für den
Wert der Ladungsspannung zum Erzeugen einer Fehlerinformati■ on gebildet ist.12. capacitor charging device according to claims 8 and
10, characterized in that the comparator circuit (7) by a digital comparator (34) for comparing the digital setting mark of the digital switch (9) for setting the amount of charge energy with the
digital detection value of the detection part (5) for the
The value of the charge voltage for generating an error information is formed.
gekennzeichnet, daß als Verstärkungselemente in dem Impulsverstärker (18) MOSFET's verwendet sind.13. capacitor charging device according to claim 1, characterized
characterized in that MOSFETs are used as amplifying elements in the pulse amplifier (18).
gekennzeichnet, daß eine "Manuell "-Signalquel· Ie (13) zum Einstellen einer manuell gesteuerten Ladung und14. capacitor charging device according to claim 1, characterized
characterized in that a "manual" signal source · Ie (13) for setting a manually controlled charge and
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14181381U JPS5846344U (en) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | day fibrillator |
| JP14769181U JPS5851739U (en) | 1981-10-03 | 1981-10-03 | Difference regulator |
| JP56205939A JPS58107026A (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Circuit for charging condenser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3235502A1 true DE3235502A1 (en) | 1983-04-14 |
| DE3235502C2 DE3235502C2 (en) | 1984-03-29 |
Family
ID=27318329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
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| FR (1) | FR2513455B1 (en) |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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| US20040064157A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-01 | Norton John D. | Method and apparatus for maintaining energy storage in an electrical storage device |
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Family Cites Families (2)
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- 1982-09-21 GB GB08226954A patent/GB2108733A/en not_active Withdrawn
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- 1982-09-24 FR FR8216163A patent/FR2513455B1/en not_active Expired
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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| DE3235502C2 (en) | 1984-03-29 |
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| GB2108733A (en) | 1983-05-18 |
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