DE69111826T2

DE69111826T2 - Gleichstromwandler mit übertragerstromerfassung und vorgegebener einschaltdauer.

Info

Publication number: DE69111826T2
Application number: DE69111826T
Authority: DE
Inventors: Clay Dunsmore; Christopher Ludden
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: EP0564574B1; BR9107282A; WO1992012568A1; US5101335A; JPH06504182A; CA2097421C; CA2097421A1; DE69111826D1; MX9102785A; KR100225710B1; EP0564574A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungswandler zur Ladung eines Speicherkondensators. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Gleichspannungswandler, der mit Hilfe einer gekoppelten Induktionsspule zur Stromerfassung und einer vorgegebenen Einschaltzeit betrieben wird, so daß die optimale Leistung einer Niederspannungsguelle und des Wandlers in einer Anwendung, wie das Laden eines elektronischen Blitzgerätekondensators, erzielt wird.
Ein grundlegender Gleichspannungswandler, wie etwa eine Gleichspannungssperrwandler-Blitzladeschaltung, nutzt eine Niederspannungsquelle, beispielsweise eine Eatterie. In einem derartigen Wandler wird die "Last" konstant gehalten; die interne Impedanz der Batterie ändert sich dagegen im Laufe der Patterielebensdauer. Diese konstante "Last" bewirkt eine schlechte Ladungsleistung und eine verringerte Batterielebensdauer. Die Stromschwellenwerte in der Primär- und Sekundärschaltung des Wandlers bleiben während der Batterielebensdauer fest. Demzufolge tritt während der Batterielebensdauer ein Mißverhältnis zwischen der Wandlerlast und der internen Impedanz der Batterie auf.
Eine zur Maximierung der Batterielebensdauer und der Wandlerleistung dienende Lösung wird in dem der Eastman Kodak Company erteilten Patent US-A-4,272,806 beschrieben, das durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Das Patent US-A-4,272,806 beschreibt eine Gleichspannungswandlerschaltung, die die "Last", mit der der Wandler die Batterie beaufschlägt, variiert, um die Batterielebensdauer zu maximieren. Dies erfolgt durch dynamische Anpassung der Wandlerlast an die interne Impedanz der Batterie während der Batterielebensdauer. Mit anderen Worten werden die Mindest- und Höchststromschwellenwerte im Umsetzer oder in den gekoppelten Induktionsspulen über die Batterielebensdauer variiert. Ein Nachteil der Vorrichtung nach US-A-4,272,806 besteht darin, daß auf der Primärseite der Wandlerschaltung Spannungserfassung und auf der Sekundärseite Stromerfassung eingesetzt wird. Diese Vorrichtung nutzt eine komplexe Steuerschaltung, die gegenüber Rauschen anfällig und daher weniger zuverlässig ist. Zudem ist die Vorrichtung kostenaufwendig.
US-A-3,541,420 beschreibt einen Gleichspannungswandler mit einer variablen Lastzyklustreiberschaltung. In diesem Patent ist eine Transistortreiberschaltung mit der Primärwicklung eines Transformators verbunden, dessen Sekundärwicklung mit einem zu ladenden Kondensator verbunden ist, wobei der Lastzyklus des Transistors durch einen mit der Sekundärwicklung des Transformators verbundenen Stromsensor verbunden ist. Insbesondere ist die Einschaltzeit der Treiberschaltung zur Lieferung einer vorgegebenen Energiemenge an das Magnetfeld des Transformators festgelegt. Wenn die Treiberschaltung abgeschaltet ist, bricht das Magnetfeld zusammen und induziert Stromfluß in der Sekundärwicklung des Transformators, die die Energieübertragung vom Feld zum Kondensator bewirkt. In der Sekundärwicklung fließt weiterhin Strom, bis das Magnetfeld auf Null zusammenbricht, d.h. bis der Stromfluß in der Sekundärwicklung abbricht. Die Treiberschaltung bleibt "AUS", solange der Stromsensor das Vorhandensein des Laststroms in der Sekundärwicklung erkennt. Sobald der Sekundärstrom abbricht, wird ein neuer Zyklus initiiert.
Ein Nachteil des Wandlers gemäß US-A-3,541,420 besteht darin, daß er nicht mit optimaler elektrischer Übertragungseffizienz arbeitet. Insbesondere ist rd bei dem Wandler gemäß US-A- 3,541,420 notwendig, daß der Sekundärstrom auf Null abfällt, bevor ein neuer Energieübertragungszyklus initiiert wird. Zudem sieht der Wandler gemäß US-A-3,541,420 keine Mittel zur Unterdrückung des in der Primärwicklungsschaltung und der Sekundärwicklungsschaltung induzierten Rauschens vor, das durch EIN- und AUSschalten des Treibertransistors entsteht.
In US-A-4,336,583 wird ein Gleichspannungswandler beschrieben. Der Gleichspannungswandler nach US-A-4,336,583 umfaßt einen mit der Sekundärwicklung eines Transformators verbundenen Kondensator, dessen Primärwicklung über eine Eingangssteuerschaltung mit einer Batterie verbunden ist. Bei ihrer Auslösung verbindet die Eingangssteuerschaltung die Batterie für ein vorgegebenes Zeitintervall mit der Primärwicklung, wobei der Stromfluß in der Primärwicklung ein Magnetfeld aufbaut, das aus der Batterie entnommene Energie speichert. Wenn der Strom in der Primärwicklung unterbrochen wird, bricht das Feld zusammen und induziert in der Sekundärwicklung Stromfluß, wodurch Energie aus dem Feld zum Kondensator übertragen wird. Die Steuerschaltung wird durch einen zur Überwachung des Magnetfeldes des Transformators in der Primärschaltung angeordneten Spannungssensor ausgelöst, der den Zusammenbruch des Magnetfeldes auf Null erkennt. Die Steuerschaltung kann auch durch einen in der Sekundärschaltung angeordneten Stromsensor ausgelöst werden, der den Abbruch des Sekundärstroms erkennt.
Wie der Wandler gemäß US-A-3,541,420 leidet auch der Wandler nach US-A-4,336,583 unter dem Nachteil einer nicht optimalen elektrischen Übertragungseffizienz. Der Wandler nach US-A- 4,336,583 erfordert insbesondere, daß das Transformatormagnetfeld, oder der Sekundärstrom, auf Null abfällt, bevor ein neuer Energieübertragungszyklus initiiert wird. Zudem sieht der Wandler nach US-A-4, 336, 583 keine Mittel zur Unterdrückung des in der Primärwicklungsschaltung und der Sekundärwicklungsschaltung induzierten Rauschens vor, das durch EIN- und AUSschalten des Treibertransistors entsteht.
Ein Gleichspannungswandler wäre wünschenswert, der einfach und kostengünstig ist, und der ein hohes Maß an Energieübertragungseffizienz aufweist. Weiterhin wäre ein Gleichspannungswandler wünschenswert, der eine verbesserte Batterielebensdauer und Ladeleistung und zudem eine höhere Rauschbeständigkeit aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine wesentlich einfachere und kostengünstigere Gleichspannungswandlerschaltung, die eine höhere Zuverlässigkeit und eine geringere Rauschempfindlichkeit aufweist. Die vorliegende Erfindung verbessert zudem die Batterielebensdauer und Ladeleistung. Weiterhin erzielt die Wandlerschaltung nach der vorliegenden Erfindung ein hohes Maß an Energieübertragungseffizienz.
Ein erfindungsgemäßer Gleichspannungswandler umfaßt ein gekoppeltes Induktionsmittel mit einer Primär- und Sekundärschaltung und ist zur Einspeisung durch eine Batterie ausgelegt. Die Energie wird in der Primärschaltung gespeichert, wenn ein Steuerungsmittel ein Schaltmittel zur Bereitstellung von Energie im primären Schaltmittel für eine vorgegebene Zeit tON aktiviert. Bei Ablauf von Zeit ton deaktiviert das Steuerungsmittel das Schaltmittel, wobei die gespeicherte Energie zur Sekundärschaltung übertragen wird, um somit einen Speicherkondensator zu laden. Ein Stromerfassungsmittel erkennt Strom in der Sekundärschaltung und stellt ein Ausgabesignal mit einem ersten Zustand bereit, wenn der Strom in der Sekundärschaltung unter einen vorgegebenen Pegel, IMIN, abfällt, und mit einem zweiten Zustand, bei dem der Strom in der Sekundärschaltung über dem vorgegebenen Pegel liegt. Der Energiespeicherzyklus wiederholt sich, wenn der in der Sekundärschaltung erfaßte Strom unter IMIN abfällt. Weiterhin umfaßt das Steuerungsmittel ein Verhinderungsmittel, um eine vorzeitige Aktivierung des Schaltmittels nach Ablauf der vorgegebenen Zeit ton zu verhindern. Die vorliegende Erfindung sieht somit eine vereinfachte Steuerungsschaltung mit verbesserter Zuverlässigkeit und höherer Rauschunempfindlichkeit als nach dem Stand der Technik vor.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schaltplan eines Gleichspannungswandlers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 Signalwellenformen, die an verschiedenen Punkten in dem Schaltplan von Fig. 1 vorliegen; und
Fig. 3 einen Schaltplan eines Gleichspannungswandlers gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Da batteriebetriebene Gleichspannungswandler des "Sperrtyps" nach dem Stand der Technik wohlbekannt sind, richtet sich die vorliegende Beschreibung insbesondere auf Elemente, die Teil der Erfindung sind oder direkt mit ihr zusammenarbeiten. Natürlich können andere, nicht ausdrücklich gezeigte oder beschriebene Elemente den Fachleuten aus dem Bereich der Gleichspannungswandler bekannte verschiedene Formen annehmen, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Gleichspannungswandler 10 der nach dem Stand der Technik als Sperrwandler bekannten Art gezeigt. Der Gleichspannungswandler umfaßt eine gekoppelte Induktionsspule 12 mit gegenläufig gewickelten Primär- und Sekundärwicklungen 14 bzw. 16. Ein Schaltmittel 1- ist in Reihe mit der Primärwicklung 14 und einer Niederspannungsbatterie 20 geschaltet. Schaltmittel 18 kann beispielsweise einen MOSFET-Leistungsschalttransistor oder ein gleichartiges Bauteil umfassen. Batterie 20 wird mit einer Ruhespannung 22 und einer effektiven internen Impedanz gezeigt, die mit Ziffer 24 bezeichnet ist, wobei die effektive interne Impedanz 24 während der Batterielebensdauer schwanken kann. Eine Diode 26 ist in Reihe mit der Sekundärwicklung 16 und mit Speicherkondensator 28 zur Gleichrichtung des Ladestroms zur Ladung von Kondensator 28 geschaltet. Speicherkondensator 28 stellt eine kapazitive Last hoher Spannung dar.
Der Gleichspannungssperrwandler 10 ist so konstruiert und angeordnet, daß er den Kondensator 28 auf eine maximale Spannung von ca. 330 Volt aus der Niederspannungsbatterie 20 auflädt, die eine maximale Ruhespannung 22 von ca. 6 Volt aufweist.
Ein Stromerfassungsmittel 30 ist mit der Sekundärwicklung 16 zur Überwachung des Sekundärwicklungsstroms IS in Reihe geschaltet. Stromerfassungsmittel 30 gibt ein logisches Signal "0" (LO) oder "1" (HI) aus, das anzeigt, ob der Sekundärwicklungsstrom IS über bzw. unter einem vorgegebenen Mindestschwellenstrom, IMIN, liegt. Der Wert von IMIN ist so gewählt, daß die optimale Leistung des Gleichspannungswandlers für eine bestimmte Anwendung (z.B. freischwingender Sperrwandler zur Verwendung als Blitzlader) erzielt wird. Insbesondere wird der Strompegel IMIN so gewählt, daß er von einem Null-Ladungspegel verschieden ist. Ein Wert von IMIN ungleich Null führt zu verbesserten Ladungstransferraten sowie zur verbesserten Energieübertragungseffizienz. Eine Besprechung der Wirkungen von IMIN ungleich Null in bezug auf Ladungstransferraten und Energieübertragungseffizienz findet sich in dem gemeinsam erteilen US-A-4,272,806.
Stromerfassungsmittel 30 umfaßt einen in Reihe mit Sekundärwicklung 16 an Knoten 34 geschalteten Widerstand 32. Stromerfassungsmittel 30 umfaßt weiterhin einen nicht invertierenden Eingang 38 des Komparators 36, der mit Knoten 34 verbunden ist. Ein invertierender Eingang 40 von Komparator 36 ist mit einer Referenzspannung VREF1 verbunden. Die Ausgabe von Komparator 36 ist die Ausgabe des Stromerfassungsmittels 30.
Ein Steuerungsmittel 42 umfaßt einen Ausgang 44 und zwei Eingänge 46 und 48. Ausgang 44 ist mit Schaltmittel 18 verbunden, um Schaltmittel 18 ein- oder auszuschalten. Ein EIN/AUS-Signal VSW an Ausgang 44 bewirkt, daß Schaltmittel 18 den Fluß von Strom IP in Primärwicklung 14 entsprechend aktiviert oder deaktiviert. Eingang 46 ist mit Stromerfassungsmittel 30 verbunden, um das Ausgangssignal von Stromerfassungsmittel 30 zu erhalten, das den Sekundärstrompegel anzeigt. Zuletzt erhält Eingang 48 ein Aktivierungs- oder Deaktivierungssignal für die Wandlerladung.
Steuerungsmittel 42 umfaßt zudem zwei logische NAND-Gatter 50 und 52, zwei monostabile Multivibratoren 54 und 56 und einen Umkehrpuffer 58. NAND-Gatter 50 umfaßt ein NAND-Gatter mit drei Eingängen. Ein erster Eingang von NAND-Gatter 50 ist an den Aktivierungs-/Deaktivierungseingang 48 für die Wandlerladung angeschlossen. Der Ausgang von NAND-Gatter 50 ist an einen Trigger-Eingang des monostabilen Multivibrators 54 angeschlossen. Der monostabile Multivibrator 54 ist ein mit negativer Flanke gesteuerter Baustein, wobei ein negativer Signalübergang (d.h. logisch "1" nach logisch "0") von Gatter 50 bewirkt, daß sich das Ausgangssignal VOS1 des monostabilen Multivibrators 54 von logisch "0" nach logisch "1" ändert. Das Ausgangssignal VOS1 bleibt für die Dauer tOS1 logisch "1". Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 54 wird an einen ersten Eingang von NAND-Gatter 52 angelegt. NAND-Gatter 52 umfaßt ein NAND-Gatter mit zwei Eingängen. Ein zweiter Eingang von NAND-Gatter 52 ist mit Eingang 48 zur Aktivierung/Deaktivierung der Wandlerladung verbunden. Der Ausgang von NAND-Gatter 52 ist mit einem Triggereingang des monostabilen Multivibrators 56 verbunden sowie mit einem Eingang eines Umkehrpuffers 58. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 56 ist mit einem ersten Eingang von NAND-Gatter 50 verbunden. Der Ausgang VSW von Umkehrpuffer 58 ist mit Schaltmittel 18 über Ausgang 44 verbunden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 kann der Betrieb von Gleichspannungssperrwandler 10 folgendermaßen kurz beschrieben werden. Es wird vorausgesetzt, daß durch Steuermittel 42 ein Ladungsaktivierungssignal an Eingang 48 empfangen wird.
Bei Empfang des Aktivierungssignals schaltet Steuermittel 42 Schaltmittel 18 für eine vorgegebene Zeit tON EIN (VSW ist HI) (Fig. 2c) . Im Zustand EIN von Schaltmittel 18 fließt Strom IP von der Batterie 20 durch die Primärwicklung 14 der gekoppelten Induktionsspule 12 (Fig. 2a), und Energie wird in der Induktionsspulen-Primärwicklung 14 gespeichert. Strom IP erhöht sich (Fig. 2a) in der Induktionsspulen-Primärwicklung 14 etwa nach folgender Gleichung:
IP = (VOC/Rtot) (1-e-t/τ) +nIsMINe-t/τ
wobei: IP der Primärstrom ist;
VOC die Ruhespannung ist;
Rtot der gesamte Reihenwiderstand der Primärschaltung einschließlich des internen Widerstands, des Schalttransistor-Widerstands im Zustand ON, des Verdrahtungswiderstands und des Spulenwiderstands ist;
t die vom Einschalten des Transistors gemessene Zeit ist;
τ die effektive R-L-Zeitkonstante, LP/Rtot ist, wobei LP der Wert der primären Induktivität ist;
n das Wicklungsverhältnis der gekoppelten Induktionsspule ist;
IS der Sekundärstrom ist; und
ISMIN der kleinste Sekundärstrom-Schwellenwert ist.
Nach Ablauf von Zeit tON schaltet Steuermittel 42 das Schaltmittel 18 über Ausgang 44 AUS (VSW ist L0), wobei Strom IP in der Primärwicklung 14 unterbrochen wird (Fig. 2a). Die in der Induktionsspulen-Primärwicklung 14 gespeicherte Energie wird dann an die Sekundärwicklung 16 übertragen, und Strom IS (Fig. 2b) beginnt zu fließen. Strom IS fließt durch Sekundärwicklung 16, Diode 26 und Speicherkondensator 28 und lädt somit Speicherkondensator 28. Wenn der von der Stromabtastvorrichtung 30 abgetastete Strom IS in der Sekundärwicklung 16 unter den vorgegebenen kleinsten Schwellenstromwert IMIN abfällt, wechselt der Ausgang von Stromabtastvorrichtung 30 von logisch "0" nach logisch "1". Dieses Ausgangssignal wird von Eingang 46 des Steuermittels 42 empfangen. Steuermittel 42 schaltet dann Schaltmittel 18 wieder für die Zeit tON ein, und der Ladezyklus wiederholt sich.
Mit Bezug auf Fig. 2a ist IPmax der während eines einzelnen Ladezyklus erzielte Primärwicklungs-Spitzenstrom. Während des Betriebs des Wandlers 10 fällt der Primärwicklungs-Spitzenstrom IPmax in bezug zu der oben genannten Gleichung für IP entsprechend ab, wenn die interne Impedanz 24 von Batterie 20 ansteigt. Durch Erhaltung einer festen vorgegebenen EINschaltzeit tON und bei einem ungleich Null betragenden sekundären Stromschwellenwert IMIN, haben wir im Vergleich mit dem Stand der Technik eine einfachere Schaltung zur Anpassung der "Wandlerladung" an die interne Impedanz der Stromquelle über die Lebensdauer der Stromquelle erzielt. Eine Erörterung der Energieübertragungseffizienz und der Batterielebensleistung findet sich in US-A-4,272,806.
Nach Beendigung von Strom IP in Induktionsspulen-Primärwicklung 14 beginnt Strom IS in die Induktionsspulen-Sekundärwicklung 16 zu fließen. Wie in Fig. 2b gezeigt, unterliegt Strom IS aufgrund von reaktiven unerwünschten Schaltelementen einem mit Ziffer 60 bezeichneten Rauschen, beispielsweise einer unerwünschten (nicht gezeigten) Verlustinduktivität der gekoppelten Induktionsspule 12. Rauschen 60 kann dazu führen, daß Steuermittel 42 Schaltmittel 18 über Signal VSW vorzeitig aktiviert, wie durch Ziffer 62 in Fig. 2c bezeichnet. Die vorzeitige Aktivierung würde bewirken, daß Stromabtastvorrichtung 30 feststellt, daß Strom IS unter den Pegel ISMIN zu einer Zeit t&sub1; (Fig. 2b) abfällt. Die vorzeitige Aktivierung von Schaltmittel 18 würde eine unerwünschte, verschlechterte Leistung von Wandler 10 bewirken. Steuermittel 42 umfaßt daher ein Mittel zur Vermeidung einer derartigen vorzeitigen Aktivierung von Schaltmittel 18, wobei das Verhinderungsmittel einen mit NAND-Gatter 50 verbundenen monostabilen Multivibrator 56 umfaßt.
Steuermittel 42 arbeitet wie folgt. NAND-Gatter 50 empfängt drei Eingangssignale, ein erstes Eingangssignal kommt von Stromabtastvorrichtung 30. Unter der momentanen Annahme, daß die zweiten und dritten Eingangssignale von NAND-Gatter 50 logisch "1" (HI) sind, hängt das Ausgangssignal von Gatter 50 von dem Ausgangssignal der Stromabtastvorrichtung 30 ab. Wenn das Ausgangssignal der Stromabtastvorrichtung 30 logisch "0" (LO) ist, dann ist das Ausgangssignal von NAND-Gatter 50 logisch "1" (HI). Das Ausgangssignal der Stromabtastvorrichtung 30 ist LO, wenn der Sekundärstrom IS über IMIN liegt. Wenn der Sekundärstrom IS unter IMIN abfällt, ändert sich das Ausgangssignal von Stromabtastvorrichtung 30 von logisch "0" (LO) nach logisch "1" (HI), und das Ausgangssignal von NAND-Gatter 50 ändert sich entsprechend von logisch "1" (HI) nach logisch "0" (LO).
Der monostabile Multivibrator 54 empfängt als Eingangssignal das Ausgangssignal von NAND-Gatter 50. Wie zuvor erwähnt, ist der monostabile Multivibrator 54 ein mit negativer Flanke gesteuerter Baustein, wobei ein negativer Signalübergang (d.h. logisch "1" nach logisch "0") von Gatter 50 bewirkt, daß sich das Ausgangssignal VOS1 des monostabilen Multivibrators 54 von logisch "0" nach logisch "1" für die Dauer tOS1 ändert. Das Ausgangssignal VOS1 wird als ein erstes Eingangssignal von NAND-Gatter 52 empfangen. NAND-Gatter 52 empfängt ein zweites Eingangssignal von Wandler-Aktivierungs-/Deaktivierungseingang 48, für das momentan angenommen werden soll, daß es sich im Zustand logisch "1" befindet. Wenn sich VOS1 im Zustand logisch "l" befindet, und Eingang 48 ebenfalls im Zustand logisch "1" ist, dann ist der Ausgang von NAND-Gatter 52 in einem Zustand logisch "0" oder LO. Ein Zustand LO des Ausgangs von Gatter 52 wird am Ausgang von Umkehrpuffer 58 in einen HI-Zustand umgekehrt. Der Ausgang von Umkehrpuffer 58 ist der Ausgang 44 des Steuermittels 42. Wie bereits zuvor erwähnt, wird von Ausgang 44 das Signal VSW an Schaltmittel 18 angelegt. Signal VSW bleibt für die Dauer tON im Zustand HI. Wäh rend der Dauer tON fließt Strom IP in Induktionsspulen-Primärwicklung 14, und in Induktionsspulen-Sekundärwicklung 16 fließt kein Strom. Die Zeitdauer togi des Impulses logisch "1" von Ausgangssignal VOS1 sowie weitere, durch NAND-Gatter 52 und Umkehrpuffer 58 eingeführte Zeitverzögerungen machen die Zeitdauer tON von Signal VSW aus.
Bei Ablauf der Zeit tOS1 wechselt Ausgang VOSI des monostabilen Multivibrators 54 von Zustand HI nach LO und bewirkt, daß der Ausgang von NAND-Gatter 52 des Umkehrpuffers 58 (d.h. VSW) von HI nach LO wechselt. Schaltmittel 18 wird deaktiviert (d.h. AUSgeschaltet). Der monostabile Multivibrator 56 ist ein mit positiver Flanke gesteuerter Baustein, dessen Eingang mit dem Ausgang von NAND-Gatter 52 verbunden ist. Bei dem positiven Signalübergang von LO nach HI des Ausgangs von Gatter 52 wechselt der Zustand des Ausgangs VOS2 des monostabilen Multivibrators 56 von HI nach LO und bleibt für die Zeitdauer tOS2 LO. VOS2 ist der dritte Eingang zu NAND-Gatter 50. Der Zustand LO des Signals VOS2 bewirkt, daß der Ausgang von NAND- Gatter 50 aus einem Zustand LO in einen Zustand HI wechselt und für die Zeitdauer tOS2 HI bleibt. Damit wird verhindert, daß NAND-Gatter 50 seinen Ausgangzustand während der Zeit tOS2 ändert, d.h. ein Übergang von HI nach LO wird verhindert. Daraus ergibt sich, daß Rauschen 60 in Strom IS den monostabilen Multivibrator 54, und damit auch das Schaltmittel 18, nicht vorzeitig triggern kann. Ein derartiges vorzeitiges Triggersignal wird in Fig. 2c durch Ziffer 62 an dem mit t&sub1; bezeichneten Zeitpunkt gezeigt. Aufgrund des LO-Zustands von Signal VOS2 am dritten Eingang von NAND-Gatter 50 hat der Ausgang von Stromerfassungsvorrichtung 30 keine Wirkung auf den Ausgang von Gatter 50.
Die Zeitdauer tOS2 wird so gewählt, daß sie länger als die Zeitdauer des Rauschens 60 ist. Beispielsweise wird festgestellt, daß Rauschen 60 ca. 200x10&supmin;&sup9; Sekunden lang ist. Zeit tOS2 wird dann so gewählt, daß sie länger ist als die Zeitdauer von Rauschen 60, beispielsweise 450x10&supmin;&sup9; Sekunden.
Der zweite Eingang von NAND-Gatter 50 ist mit Steuermitteleingang 48 verbunden. Eingang 48 stellt eine Leitung für das Wandler-Aktivierungs-/Deaktivierungssignal dar. Wenn ein Signal logisch "1" (HI) an Eingang 48 anliegt, wird Steuermittel 42 aktiviert, NAND-Gatter 50 erhält an seinem zweiten Eingang ein Signal logisch "1", und der Wandler arbeitet wie zuvor besprochen. Wenn an Eingang 48 ein Signal logisch "0" (LO) anliegt, wird Steuermittel 42 deaktiviert, NAND-Gatter 50 erhält an seinem zweiten Eingang ein Signal logisch "0", und der Wandler wird deaktiviert. Ein Signal logisch "0" am zweiten Eingang von Gatter 50 hindert Gatter 50 daran, seinen Ausgang zu ändern, und zwar unabhängig von dem Zustand HI oder LO des ersten und dritten Eingangs. Als Ergebnis wird Wandler 10 wirksam deaktiviert. Die Aktivierung oder Deaktivierung von Wandler 10 ist wünschenswert, um die Menge der in Speicherkondensator 28 gespeicherten Spannung zu steuern. Eine (nicht gezeigte) Spannungserfassungsvorrichtung an Kondensator 28 könnte ein HI- oder LO-Signal bereitstellen, das sich danach richtet, ob die Spannung in Kondensator 28 unter oder über einem vorgegebenen Wert liegt.
In einer in Fig. 3 gezeigten alternativen Ausführungsform ist Gleichspannungswandler 10 ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten, allerdings mit folgenden Unterschieden. Steuerungsmittel 42 umfaßt monostabilen Multivibrator 64, digitalen Multiplexer (MUX) 66 und den zusätzlichen tON Wähleingang 68. Der Ausgang von NAND-Gatter 50 ist an die Trigger-Eingänge des monostabilen Multivibrator 54 und 64 angeschlossen. Der monostabile Multivibrator 64 ist ein mit negativer Flanke gesteuerter Baustein, wobei ein negativer Signalübergang (d.h. logisch "1" nach logisch "0") von Gatter 50 bewirkt, daß sich das Ausgangssignal VOS3 des monostabilen Multivibrators 64 von logisch "0" nach logisch "1" ändert. Das Ausgangssignal VOS3 bleibt für die Dauer tOS3 logisch "1". Zeitdauer tOS3 entspricht der Einschaltzeit tON2 des Ausgangssignals VSW des Steuerungsmittels 42. Ebenso entspricht tOS1 der EINschaltzeit tON1. Zeitdauer tOS3 (tON2) ist la nger als Zeitdauer tOS1 (tON1), wie noch nachfolgend besprochen wird. Der Ausgang des monostabilen Multivibrators 54 ist mit einem ersten Eingang 70 des digitalen Multiplexers 66 verbunden. Der Ausgang des digitalen Multiplexers 66 ist mit dem ersten Eingang von NAND- Gatter 52 verbunden. Eingang 68 (tON select) liegt an Wähleingang des digitalen Multiplexers 66 an; ein logisches Signal "0" (LO) am Eingang 68 bewirkt, daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators 54 beim ersten Eingang 70 am Ausgang von MUX 66 anliegt. Ebenso bewirkt ein logisches Signal "1" (HI) an Eingang 68, daß der Ausgang des monostabilen Multivibrators 64 beim zweiten Eingang 72 am Ausgang von MUX 66 anliegt. Obwohl nur zwei tON Wählmöglichkeiten gezeigt wurden, kann natürlich eine Vielzahl von tON Wählmöglichkeiten auf ähnliche Weise implementiert werden.
Das Stromerfassungsmittel 30 des Gleichspannungswandlers 10, wie in der alternativen Ausführungsform von Fig. 3 gezeigt, umfaßt weiterhin einen analogen Multiplexer 74 mit ersten und zweiten Eingängen 76 bzw. 78. Erste und zweite Eingänge 76 und 78 sind mit den Referenzspannungen VREF1 bzw. VREF2 verbunden. Referenzspannung VREF1 entspricht einem IMIN Strompegel von IMIN1. Ebenso entspricht Referenzspannung VREF2 einem IMIN Strompegel von IMIN2. Referenzspannung VREF2 ist größer als VREF1, wodurch IMIN2 größer als IMIN1 ist, wie nachfolgend besprochen wird. Stromerfassungsmittel 30 umfaßt weiterhin einen IMIN Wähleingang 80. Eingang 80 liegt an einem Wähleingang des analogen Multiplexers 74 an; ein logisches Signal "0" (LO) am Eingang 80 bewirkt, daß VREF1 am Ausgang von MUX 74 anliegt. Ebenso bewirkt ein logisches Signal "1" (HI) am Eingang 80, daß VREF2 am Ausgang des analogen Multiplexers 74 anliegt. Der Ausgang von MUX 74 ist mit dem Umkehreingang 0 des Komparators 36 verbunden. Obwohl nur zwei IMIN Auswahlmöglichkeiten gezeigt wurden, kann natürlich eine Vielzahl von IMIN Auswahlmöglichkeiten auf ähnliche Weise implementiert werden.
Die alternative Ausführungsform nach Fig. 3 arbeitet ähnlich wie die bevorzugte Ausführungsform nach Fig. 1, allerdings mit folgenden Unterschieden. Eingang 68 des Steuerungsmittels 42 wird zur Auswahl einer vorgegebenen EINschaltzeit, tON1 oder tON2, benutzt. Eine logische "0" (LO) am Eingang 68 wählt tON2, wogegen eine logische "1" (HI) am Eingang 68 tON2 wählt. Die vorgegebenen Einschaltzeiten, tON1 und tON2, können der Art der benutzten Batterien entsprechen (z.B. tON1 für 3 Volt (AA oder AAA) Alkaline-Batterien, tON2 für eine 6 Volt Lithiumbatterie, usw.). Auf diese Weise lassen sich Steuerungsmittel 42 und Gleichspannungswandler 10 einfach an den Einsatz verschiedener Batterienarten anpassen.
Auf ähnliche Weise, wie zuvor genannt, kann Eingang 68 des Steuerungsmittels 42 benutzt werden, um eine von mehreren vorgegebenen Einschaltzeiten zu wählen, wobei die EINschaltzeiten in ihrer Dauer voneinander abweichen (d.h. tON1 ist kleiner als tON2 usw.) Auf diese Weise kann die Einschaltzeit des Ladezyklus innerhalb der Lebensdauer einer bestimmten Batterie (oder eines Batteriensatzes) variiert werden, um die Ladeleistung bei vorangeschrittener Batterielebensdauer zu verbessern. Hierdurch kann eine optimale Leistung von Gleichspannungswandler 10 während der gesamten Batterielebensdauer erzielt werden.
Bei der alternativen Ausführungsform von Fig. 3 wird Eingang 80 des Stromerfassungsmittels 30 benutzt, um einen vorgegebenen, kleinsten Sekundärstrompegel IMIN1 oder IMIN2 zu wählen. Eine logische "0" (LO) am Eingang 80 wählt imin1; eine logische "1" (HI) am Eingang 68 wählt IMIN2. Die vorgegebenen IMIN Pegel, IMIN1 und IMIN2, können der Art der benutzten Batterien entsprechen (z.B. IMIN1 für 3 Volt (AA oder AAA) Alkaline-Batterien, IMIN2 für eine 6 Volt Lithiumbatterie, usw.). Auf diese Weise läßt sich Gleichspannungswandler 10 einfach an den Einsatz verschiedener Batterienarten anpassen.
Auf ähnliche Weise, wie zuvor beschrieben, kann Eingang 80 des Stromerfassungsmittels 30 benutzt werden, um verschiedene vorgegebene IMIN Pegel zu wählen, wobei die IMIN Pegel verschiedenen Schwellenwerten entsprechen (z.B. ist IMIN1 größer als IMIN2 usw.) . Auf diese Weise kann der IMIN Pegel des Ladezyklus innerhalb der Lebensdauer einer bestimmten Batterie (oder eines Batteriensatzes) variiert werden, um die Ladeleistung bei vorangeschrittener Batterielebensdauer zu verbessern. Hierdurch kann eine optimale Leistung von Gleichspannungswandler 10 während der gesamten Batterielebensdauer erzielt werden.
Somit wird ein Gleichspannungswandler bereitgestellt, der wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist, und zwar ein einfacher, kostengünstiger Gleichspannungswandler mit hoher Energieübertragungseffizienz. Weiterhin wird ein Gleichspannungswandler mit verbesserter Batterielebensdauerleistung, verbesserter Ladeleistung und großer Rauschunempfindlichkeit bereitgestellt. Die hohe Rauschunempfindlichkeit trägt zudem zur höheren Zuverlässigkeit des Wandlers bei.
Obwohl die Erfindung in bezug auf bestimmte, bevorzugte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, werden Fachleute natürlich erkennen, daß die vorausgehenden sowie weitere Änderungen in Form oder Detail möglich sind, ohne vom Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Zeichnungsbeschriftung

Fig. 1:

48 Freigabe

Fig. 3:

48 Freigabe
76 Multiplexer

Claims

1. Gleichspannungswandler (10), der durch eine niedervoltige Gleichspannungsquelle (20) betrieben wird, wobei der Wandler eine gekoppelte Induktionsspule (12) aufweist mit einer Primärwicklung (14) und einer Sekundärwicklung (16), ein Schaltmittel (18), das mit der Primärwicklung und der Gleichspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, zur Unterbrechung des Stroms von der Spannungsquelle zur Primärwicklung und Induzierung eines Stroms in der Sekundärwicklung, und Stromerfassungsmittel (30), die mit der Sekundärwicklung verbunden sind, um einen Stromfluß in der Sekundärwicklung zu erfassen, wobei sich die Stromerfassungsmittel (a) in einem ersten Zustand befinden, wenn der Strom in der Sekundärwicklung unter einem vorgegebenen Pegel liegt und (b) in einem zweiten Zustand, wenn der Strom in der Sekundärwicklung den vorgegebenen Pegel übersteigt, gekennzeichnet durch Steuerungsmittel (42) zum Steuern des Schaltmittels, deren Eingang mit den Stromerfassungsmitteln und deren Ausgang mit dem Schaltmittel verbunden ist, und die sich (a) nach einem Übergang der Stromerfassungsmittel von ihrem zweiten in ihren ersten Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem ersten Zustand, und (b) in einem zweiten Zustand befinden, wenn sich die Stromerfassungsmittel in ihrem zweiten Zustand befinden, wobei der Ausgang der Steuerungsmittel mit dem Schaltmittel verbunden ist, so daß Strom von der Spannungsquelle zur Primärwicklung fließt, wenn sich die Steuerungsmittel in ihrem ersten Zustand befinden, und der Stromfluß zur Primärwicklung unterbrochen wird, wenn sich die Steuerungsmittel in ihrem zweiten Zustand befinden.

2. Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel (42) Mittel (56) aufweisen, die nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer ein zu frühes Auftreten des ersten Zustands verhindern.

3. Gleichspannungswandler (10), der durch eine niedervoltige Gleichspannungsguelle (20) betrieben wird, wobei der Wandler eine gekoppelte Induktionsspule (12) aufweist mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis, um in Abhängigkeit eines Stromflusses im Primärkreis einen Strom im Sekundärkreis zu induzieren, ein Schaltmittel (18), das mit dem Primärkreis verbunden ist, um bei Ansteuerung einen Strompfad im Primärkreis durchzuschalten, und mit dem Sekundärkreis verbundene Stromerfassungsmittel (30) zum Erfassen eines Stromflusses in der Sekundärwicklung, wobei die Stromerfassungsmittel ein Ausgangssignal erzeugen, das sich in einem ersten Zustand befindet, wenn der Strom im Sekundärkreis unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, und in einem zweiten Zustand, wenn der Strom im Sekundärkreis den vorbestimmten Pegel überschreitet, gekennzeichnet durch Steuerungsmittel (42) zum Steuern des Schaltmittels (18), deren Eingang mit den Stromerfassungsmitteln und deren Ausgang mit dem Schaltmittel verbunden ist, wobei die Steuerungsmittel für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem das Ausgangssignal der Stromerfassungsmittel von seinem zweiten Zustand in den ersten Zustand übergewechselt ist, das Schaltmittel aktivieren und es deaktivieren, wenn die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist.

4. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsmittel Mittel (80) zum Auswählen des vorbestimmten Pegels aus einer Vielzahl von vorbestimmten Pegeln aufweisen.

5. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (68) zum Auswählen der vorbestimmten Zeitdauer aus einer Vielzahl von vorbestimmten Zeiten aufweisen.

6. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einen Freigabeeingang (48) aufweisen, wobei die Steuerungsmittel aktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein erster Signalzustand herrscht, und sie deaktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein zweiter Signalzustand herrscht.

7. Gleichspannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (56) aufweisen, die eine zu frühe Aktivierung des Schaltmittels nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer verhindern.

8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsmittel Mittel (80) aufweisen zum Auswählen des vorbestimmten Pegels aus einer Vielzahl von vorbestimmten Pegeln.

9. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (68) aufweisen zum Auswählen der vorbestimmten Zeitdauer aus einer Vielzahl von vorbestimmten Zeiten.

10. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einen Freigabeeingang (48) aufweisen, wobei die Steuerungsmittel aktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein erster Signalzustand herrscht, und sie deaktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein zweiter Signalzustand herrscht.

11. Freischwingender Sperrwandler (10) zur Verwendung im Generatorteil einer elektronischen Blitzlichteinrichtung, die durch eine niedervoltige Gleichspannungsquelle (20) betrieben wird, mit folgenden Komponenten:

- einem Kondensator (28) zum Speichern einer Ausgangs- spannung;

- einer gekoppelten Induktionsspule (12) mit einer Primärwicklung (14) und einer Sekundärwicklung (16) zum Induzieren einer Spannung in der Sekundärwicklung in Abhängigkeit eines Stromflusses in der Primärwicklung, wobei der erste Anschluß der Primärwicklung mit der niedervoltigen Gleichspannungsguelle verbunden ist;

- zwischen die Sekundärwicklung und dem Kondensator geschaltete Gleichrichtungsmitel (26) zum Gleichrichten der in der Sekundärwicklung induzierten Spannung, um das Aufladen des Kondensators zu ermöglichen;

- ein mit dem zweiten Anschluß der Primärwicklung verbundenes Schaltmittel (18), das bei Aktivierung einen Strompfad in der Primärwicklung durchschaltet;

- mit der Sekundärwicklung verbundene Stromerfassungsmittel (30) zur Erfassung von Strom in der Sekundärwicklung, wobei die Stromerfassungsmittel ein Ausgangssignal erzeugen, das einen ersten Zustand aufweist, wenn der Strom in der Sekundärwicklung unter einen vorgegebenen Pegel absinkt, und einen zweiten Zustand, wenn der Strom in der Sekundärwicklung über dem vorgegebenen Pegel liegt;

gekennzeichnet durch

- Steuerungsmittel (42) zum Steuern des Schaltmittels, deren Eingang mit den Stromerfassungsmitteln (30) und deren Ausgang mit dem schaltmittel (18) verbunden ist, wobei die Steuerungsmittel für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem das Ausgangssignal der Stromerfassungsmittel von seinem zweiten Zustand in den ersten Zustand übergewechselt ist, das Schaltmittel aktivieren und es deaktivieren, wenn die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist.

12. Sperrwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsmittel Mittel (80) aufweisen zum Auswählen des vorbestimmten Pegels aus einer Vielzahl von vorbestimmten Pegeln.

13. Sperrwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (68) aufweisen zum Auswählen der vorbestimmten Zeitdauer aus einer Vielzahl von vorbestimmten Zeiten.

14. Sperrwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einen Freigabeeingang (48) aufweisen, wobei die Steuerungsmittel aktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein erster Signalzustand herrscht, und sie deaktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein zweiter signalzustand herrscht.

15. Sperrwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (56) aufweisen, die eine zu frühe Aktivierung des Schaltmittels nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer verhindern.

16. Sperrwandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsmittel Mittel (80) aufweisen zum Auswählen des vorbestimmten Pegels aus einer Vielzahl von vorbestimmten Pegeln.

17. Sperrwandler nach Anspruch 15, dadurch gakennzeichnet, daß die Steuerungsmittel Mittel (68) aufweisen zum Auswählen der vorbestiinmten Zeitdauer aus einer Vielzahl von vorbestimmten Zeiten.

18. Sperrwandler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsmittel einen Freigabeeingang (48) aufweisen, wobei die Steuerungsmittel aktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein erster Signalzustand herrscht, und sie deaktiviert werden, wenn am Freigabeeingang ein zweiter Signalzustand herrscht.