DE1062768B

DE1062768B - Optionally for mains or battery chopper operation switchable voltage converter

Info

Publication number: DE1062768B
Application number: DEM29446A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ludloff
Original assignee: FLORA MANNESMANN GEB NESTLER
Current assignee: FLORA MANNESMANN GEB NESTLER
Priority date: 1956-02-25
Filing date: 1956-02-25
Publication date: 1959-08-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen wahlweise für Netz- oder Zerhackerbetrieb umschaltbaren Spannungswandler zur Lieferung einer Gleichspannung an einen Kondensator, insbesondere zum Aufladen des Speicherkondensators bei Elektronenblitzgeräten,The invention relates to a voltage converter that can be switched for either mains or chopper operation for supplying a DC voltage to a capacitor, in particular for charging the Storage capacitor in electronic flash units,

Bei tragbaren Elektronenblitzgeräten ist als Stromquelle bekanntlich meistens eine Gleichstromquelle von relativ geringer Spannung vorgesehen. Der Gleichstrom wird von einem Zerhacker periodisch umgepolt und über einen Transformator auf die zum Betrieb des Gerätes erforderliche hohe Spannung gebracht. Die an der Sekundärwicklung des Transformators abgenommene hohe Wechselspannung lädt über einen Gleichrichter einen Speicherkondensator auf, der sich beim Auslösen des Blitzes über die Blitzröhre entlädt.In portable electronic flash units, it is generally known that the power source is usually a direct current source of relatively low voltage provided. The polarity of the direct current is periodically reversed by a chopper and brought to the high voltage required to operate the device via a transformer. The high AC voltage taken from the secondary winding of the transformer charges through one Rectifier has a storage capacitor that discharges when the flash is triggered via the flash tube.

Für Blitzaufnahmen im Zimmer oder irgendwie in der Nähe einer Netzsteckdose ist es jedoch häufig erwünscht, vor allem zur Schonung der Gleichspannungsquelle die Netzspannung zum Betrieb des Gerätes auszunutzen. Infolgedessen sind viele moderne Blitzgeräte für wahlweisen Netz- und Zerhackerbetrieb eingerichtet. Nun ist die Zerhackerfrequenz im allgemeinen ein Mehrfaches der Netzfrequenz. Bei bekannten Elektronenblitzgeräten arbeitet der Zerhacker mit einer Frequenz von etwa 200 Hz, während die Netzfrequenz 50 Hz beträgt. DieBelastbarkeit des Transformators wächst bekanntlich bei gleichem Eisenquerschnitt mit der Frequenz, so: daß man für höhere Zerhackerfrequenz günstigere Abmessungen des Transformators erhält.However, for flash photography indoors or somewhere near an AC outlet, it is often desirable to Mainly to protect the DC voltage source, the mains voltage for operating the device to take advantage of. As a result, many modern flash units are for optional mains and chopper operation set up. Now the chopper frequency is generally a multiple of the network frequency. at known electronic flash units, the chopper operates at a frequency of around 200 Hz, while the mains frequency is 50 Hz. As is well known, the load capacity of the transformer increases with the same Iron cross-section with the frequency, so that you get more favorable dimensions for a higher chopper frequency of the transformer.

Bei Geräten, die in dieser Weise mit unterschiedlichen Frequenzen teils in Netz-, teils in Zerhackerbetrieb arbeiten, tritt die Schwierigkeit auf, daß man den Transformator nicht für beide Frequenzen optimal dimensionieren kann. Das zur Erzielung optimaler Verhältnisse einzuhaltende Verhältnis der Windungszahl einer Wicklung des Transformators zu der daran anliegenden oder davon abzunehmenden Spannung sinkt bei vorgegebenem Eisenquerschnitt mit steigender Frequenz.With devices that operate in this way with different frequencies, partly in mains operation, partly in chopper operation work, the difficulty arises that the transformer is not optimal for both frequencies can dimension. The ratio of the number of turns to be observed to achieve optimal conditions one winding of the transformer decreases to the voltage applied to it or to be removed therefrom with a given iron cross-section with increasing frequency.

Man hat bisher üblicherweise den Transformator so ausgelegt, daß man optimale Verhältnisse für irgendeine zwischen Netz- und Zerhackerfrequenz liegende mittlere Frequenz erhält. Das ist eine Notlösung, welche eine Uberdimensionierung des Transformators erforderlich macht, die gerade bei tragbaren Elektronenblitzgeräten, bei denen das Gewicht eine erhebliche Rolle spielt, sehr stört. Man hat schon eine Anordnung vorgeschlagen, bei welcher eine die Sekundärwicklung vergrößernde Hilfswicklung vorgesehen ist, die nur bei Netzbetrieb eingeschaltet wird. Diese durch die Hilfswicklung vergrößerte Sekundärwicklung kann dann so bemessen werden, daß man auch bei Netzbetrieb optimale VerhältnisseSo far, the transformer has usually been designed in such a way that optimal conditions for receives any intermediate frequency between the network and the chopper frequency. This is an emergency solution which makes overdimensioning of the transformer necessary, especially with portable Electronic flash units, in which weight plays a significant role, is very annoying. One already has an arrangement is proposed in which an auxiliary winding which enlarges the secondary winding is provided which is only switched on during mains operation. This enlarged by the auxiliary winding Secondary winding can then be dimensioned in such a way that optimum conditions can also be found in mains operation

Wahlweise für Netzoder Batterie-Zerhackerbetrieb
umschaltbarer SpannungswandlerOptionally for mains or battery chopper operation
switchable voltage converter

Anmelder:
Flora Mannesmann, geb. Nestler,Applicant:
Flora Mannesmann, née Nestler,

und Hedda Mannesmann,
Westhoven über Porz, Oberstr. 65and Hedda Mannesmann,
Westhoven via Porz, Oberstr. 65

Wolfgang Ludloff, Wahn-Heide,
ist als Erfinder genannt wordenWolfgang Ludloff, Wahn-Heide,
has been named as the inventor

erhält, während die Sekundärwicklung ohne Hilfswicklung auf optimale Verhältnisse bei Zerhackerbetrieb abgestimmt ist.receives, while the secondary winding without auxiliary winding on optimal conditions in chopper operation is matched.

Diese bekannte Anordnung hat zwar den Vorteil, daß man bei beiden Frequenzen mit optimaler Dimensionierung arbeiten kann und daher recht günstige Abmessungen des Transformators erhält. Da aber die zur Erzielung optimaler Verhältnisse erforderliche Windungszahl pro Volt mit sinkender Frequenz wächst, benötigt man für Netzfrequenz (50'Hz) eine große Windungszahl. Aus Raumgründen muß dann sehr dünner Draht verwendet werden, der einmal die Fertigung erschwert und außerdem einen hohen ohmschen Widerstand besitzt, wodurch wieder die Aufladezeitbei Netzbetrieb' erhöht wird.This known arrangement has the advantage that it is possible to use optimal dimensions for both frequencies can work and therefore get quite favorable dimensions of the transformer. But since the number of turns per volt required to achieve optimal conditions with decreasing frequency grows, a large number of turns is required for the network frequency (50 Hz). For reasons of space then must very thin wire can be used, which makes production difficult and also has a high ohmic Has resistance, which again increases the charging time during mains operation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese oben geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden.The invention is based on the object of avoiding these difficulties outlined above.

Erfindungsgemäß geschieht das dadurch, daß die Transformatorwicklungen bei Berücksichtigung des vorgegebenen Eisenquerschnittes und der erforderlichen Ladespannung für Zerhackerbetrieb optimal dimensioniert sind und daß Umschaltmittel vorgesehen sind, die gestatten, daß die Aufladung des Kondensators bei Zerhackerbetrieb über eine einfache Einweggleichrichtung, bei Netzbetrieb jedoch über eine Spannungsverdopplerschaltung erfolgt.According to the invention this is done in that the transformer windings taking into account the given iron cross-section and the required charging voltage for chopper operation are dimensioned and that switching means are provided which allow the charging of the capacitor with chopper operation via a simple one-way rectification, but with mains operation via a voltage doubler circuit takes place.

Die Erfindung benutzt die Tatsache, daß sich bei vorgegebenem Eisenquerschnitt die für optimale Verhältnisse erforderlichen Windungszahlen pro Volt etwa umgekehrt verhalten wie die Wurzeln der Frequenzen. Wenn daher die Zerhackerfrequenz etwa ein Vierfaches der Netzfrequenz beträgt und die Trans-The invention makes use of the fact that , for a given iron cross-section, the number of turns per volt required for optimal conditions behave approximately inversely to the roots of the frequencies. Therefore, if the chopper frequency is about four times the mains frequency and the transmission

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'ormatorwicklungen bei Berücksichtigung des vorgegebenen Eisenquerschnittes und der erforderlichen Ladespannung für Zerhackerbetrieb optimal dimensioniert sind, dann erhält man mit der gleichen Sekundärwicklung auch bei Netzbetrieb optimale Verlältnisse, wenn man bei Netzbetrieb von dieser Sekundärwicklung nur die halbe Kondensatorladespannung abnimmt und den Kondensator dafür über iine Spannungsverdopplerschalrung auflädt.Ormator windings taking into account the given iron cross-section and the required Charging voltage for chopper operation are optimally dimensioned, then one gets with the same Secondary winding optimal conditions even with mains operation, if one of this during mains operation Secondary winding only takes half the capacitor charge voltage and the capacitor for it over i charges a voltage doubler circuit.

Zweckmäßigerweise wird die Spannungsverdopplerschaltung als Resonanzschaltung ausgebildet. Man kann dann den Speicherkondensator bei Zerhackerbetrieb über zwei hintereinandergeschaltete Gleichrichter aufladen und bei Umschaltung auf Netzbetrieb den Ladestromkreis vor den Gleichrichtern auftrennen und dann dafür den einen Pol der Transformator wicklung über einen Verdopplerkondensator zwischen den beiden Gleichrichtern anlegen, während gleichzeitig eine Verbindung von dem anderen Pol der Transformatorwicklung zum Pluspol des ersten Gleichrichters hergestellt wird.The voltage doubler circuit is expediently designed as a resonance circuit. Man can then use the storage capacitor in chopper operation via two rectifiers connected in series and when switching to mains operation, disconnect the charging circuit in front of the rectifiers and then one pole of the transformer winding via a doubler capacitor between apply to the two rectifiers while simultaneously connecting from the other pole of the Transformer winding is made to the positive pole of the first rectifier.

Die Umstellung des Gerätes von Zerhackerbetrieb auf Netzbetrieb erfolgt üblicherweise durch einen Schalter. Diese Anordnung hat jedoch folgenden Nachteil:The device is usually converted from chopper operation to mains operation by a Counter. However, this arrangement has the following disadvantage:

Beim Umschalten wird häufig zunächst der Netzstecker in die Steckdose gesteckt, während das Gerät noch auf »Zerhackerbetrieb« geschaltet ist und der Zerhacker noch schwingt. Wird jetzt der Schalter auf »Netzbetrieb« gestellt, so liegt die Netzspannung natürlich sofort am Transformator an. Der Zerhacker schwingt jedoch durch seine mechanische Trägheit auch nach dem Umschalten noch einige Male nach. Dabei entstehen Kurzschlüsse, die schon häufig zu einem Verbrennen der Zerhackerkontakte geführt haben.When switching, the power plug is often plugged into the socket first while the device is running is still switched to "chopper operation" and the chopper is still vibrating. Now the switch is on "Mains operation" is set, the mains voltage is of course immediately applied to the transformer. The chopper however, due to its mechanical inertia, it still oscillates a few times after switching. This creates short circuits, which often lead to the chopper contacts being burned to have.

In weiterer Ausbildung der Erfindung wird daher die Umstellung des Gerätes von Zerhacker- auf Netzbetrieb in der Weise bewirkt, daß der Zerhacker aus seinem Sockel herausgezogen und daß dafür ein vielpoliger Stecker eingesteckt wird, welcher zwei zusätzliche, die Netzspannung führende Steckerbuchsen besitzt, in die beim Aufstecken des Netzsteckers auf den Zerhackersockel zwei mit einer Transformatornetzwicklung verbundene Stecker eintauchen, wobei im Inneren des vielpoligen Steckers und des Zerhackers geeignete Verbindungen hergestellt sind, daß beim Ersatz des Zerhackers durch den vielpoligen Stecker die Umschaltung von Einweggleichrichtung auf Spannungsverdopplerschaltung erfolgt. Zweckmäßigerweise wird der Spannungsverdopplerkondensator im Inneren des Netzsteckers angeordnet. Dann kann nämlich beispielsweise das Gerät zunächst nur für Zerhackerbetrieb geliefert werden und kann später bei Bedarf durch Hinzukaufen einer Spezialnetzschnur mit einem eingebauten Verdopplerkondensator für Netzbetrieb geeignet gemacht werden. Außerdem ist das Gerät bei Zerhackerbetrieb im Freien, wo es vor allem auf Raum- und Gewichtsersparnis ankommt, von dem Spannungsverdopplerkondensator entlastet.In a further embodiment of the invention, therefore, the conversion of the device from chopper to network operation in such a way that the chopper is pulled out of its socket and that for it a multi-pole Plug is inserted, which has two additional sockets carrying the mains voltage, into the two with a transformer mains winding when the mains plug is plugged into the chopper base immerse connected plugs, being inside the multi-pole plug and the chopper Appropriate connections are made that when replacing the chopper with the multi-pin connector the switchover from half-wave rectification to voltage doubler circuit takes place. Appropriately the voltage doubler capacitor is placed inside the power plug. Then for example the device can initially only be supplied for chopper operation and can be used later if required by purchasing a special mains cord with a built-in doubler capacitor for mains operation be made suitable. In addition, when the chopper is in operation, it is outdoors, where it is mostly on Space and weight savings matter, relieved of the voltage doubler capacitor.

Die Erfindung ist hier an Hand von Elektronenblitzgeräten und den dabei auftretenden Problemen erläutert. Sie kann jedoch auch in anderem Zusammenhang, z. B. bei der Zündung von Sprengstoffen od. ä., von Bedeutung sein. ^ö5 The invention is explained here on the basis of electronic flash units and the problems that arise in the process. However, it can also be used in other contexts, e.g. B. od in the ignition of explosives. Ä. Be important. ^ö 5

Im folgenden ist die Erfindung an einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert:The invention is described in greater detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings explained:

Fig. 1 zeigt die Schaltung eines Spannungswandlers nach der Erfindung; Fig. 1 shows the circuit of a voltage converter according to the invention;

Fig. 2 a zeigt schematisch eine Netzanschlußleitung mit einem vielpoligen Stecker zum Umschalten von Zerhacker- auf Netzbetrieb;Fig. 2a shows schematically a power cord with a multi-pole plug for switching over Chopper on network operation;

Fig. 2 b zeigt schematisch einen Teil des Gerätes mit dem Zerhaclier;Fig. 2b shows schematically part of the device with the chopper;

Fig. 3,3 a und 4 zeigen die Art der Umschaltung von Zerhacker- auf Netzbetrieb, und zwar zeigt Fig. 3 die Schaltelemente und -verbindungen, die im Gerät selbst angeordnet sind, Fig. 3 a die Schaltung des Zerhacken und Fig. 4 die Schaltung des Netzkabelsteckers und der entsprechenden Anschlußbuchsen des Gerätes.3, 3 a and 4 show the type of switchover from chopper to network operation, as shown in FIG the switching elements and connections, which are arranged in the device itself, Fig. 3a shows the circuit of the chopping and Fig. 4 shows the circuit of the power cord plug and the corresponding connection sockets of the Device.

In einer Schaltung gemäß Fig. 1 liegt eine Niedervolt-Gleichspannungsquelle 1 über einen Zerhacker 2 an der Primärwicklung 3' eines Transformators 3 an. Der Zerhacker wird von einer Antriebsspule 4 mit einer Frequenz von etwa 200 Hz betrieben. An den Abgriffen 5, 5' der Sekundärwicklung 6 wird dann eine Ladespannung U₀ von beispielsweise 200 Volt abgenommen. Bei Zerhackerbetrieb des Gerätes ist die strichpunktiert dargestellte Verbindung hergestellt, während die gestrichelt gezeichneten Verbindungen aufgetrennt sind. Bei dieser Schaltung wird ein Speicherkondensator 7 über zwei hintereinandergeschaltete GleichrichterS_j 9 aufgeladen. Bei Netzbetrieb werden die strichpunktierten Verbindungen geöffnet und statt dessen die gestrichelt gezeichneten Verbindungen hergestellt. An die Abgriffe 5" und 5 wird die Netzspannung gelegt. Jetzt liegt der Punkt 5' der Transformatorwicklung 6 über einen VerdopplerkondensatoT 10 zwischen den Gleichrichtern 8 und 9, der andere Punkt 5 der Transformatorwicklung ist mit dem Pluspol des ersten Gleichrichters 8 verbunden. Man erhält auf diese Weise eine Spannungsverdopplerschaltung, und zwar eine Resonanzschaltung, über welche der Speicherkondensator aufgeladen wird.In a circuit according to FIG. 1, a low-voltage direct voltage source 1 is applied to the primary winding 3 ′ of a transformer 3 via a chopper 2 . The chopper is operated by a drive coil 4 at a frequency of approximately 200 Hz. A charging voltage U ₀ of, for example, 200 volts is then taken from the taps 5, 5 'of the secondary winding 6. When the device is chopping, the connection shown in dash-dotted lines is established, while the connections shown in dashed lines are disconnected. In this circuit, a storage capacitor 7 is charged via two rectifiers _{S j} 9 connected in series. During network operation, the dash-dotted connections are opened and instead the connections shown in dashed lines are established. The mains voltage is applied to the taps 5 ″ and 5. The point 5 'of the transformer winding 6 is now connected via a doubler capacitor 10 between the rectifiers 8 and 9, and the other point 5 of the transformer winding is connected to the positive pole of the first rectifier 8 in this way a voltage doubler circuit, namely a resonance circuit, via which the storage capacitor is charged.

Die Dimensionierung des Transformators 3 ist so gewählt, daß die Wicklung zwischen den Abgriffen 5, 5' für die Zerhackerfrequenz bei der abgenommenen Spannung U optimale Verhältnisse ergibt. Die Windungszahlen der als Autotransformator ausgebildeten Wicklungen zwischen den Abgriffen 5, 5' und 5, 5" sind so gewählt, daß bei Netzbetrieb zwischen den Abgriffen 5 und 5' eine Spannung ~ entsteht. Da sich die für optimale Bedingungen vorzusehenden Windungszahl-Volt-Verhältnisse umgekehrt wie die Wurzeln der Frequenzen verhalten, erhält man bei einer Netzfrequenz von 50 Hz = J Zerhacker-The dimensioning of the transformer 3 is chosen so that the winding between the taps 5, 5 ' for the chopper frequency with the voltage U taken off results in optimal conditions. The number of turns of the autotransformer windings between the taps 5, 5 ' and 5, 5 " are selected so that a voltage ~ is generated between the taps 5 and 5' during mains operation inversely how the roots of the frequencies behave, one obtains at a mains frequency of 50 Hz = J chopper-

frequenz für eine abgegriffene Spannung von-— geradefrequency for a tapped voltage of - - just

wieder optimale Verhältnisse. Durch die Spannungsverdopplerschaltung wird der Speicherkondensator 7 auch hier auf die Spannung U₀ aufgeladen.optimal conditions again. The storage capacitor 7 is _{also charged to the voltage U 0} here by the voltage doubler circuit.

In Fig. 2 a und 2 b ist die Umschaltanordnung schematisch in Seitenansicht, in Fig. 3 und 4 schaltungsmäßig dargestellt.In Fig. 2a and 2b, the switching arrangement is schematically in side view, in Fig. 3 and 4 in terms of circuitry shown.

Mit 11 in Fig. 2 a ist der Netzstecker bezeichnet, der über ein Netzkabel 12 mit einem Stecker 13 verbunden ist, welcher sieben Steckerstifte 14 bis 20 und zwei Steckerbuchsen 21, 22 besitzt. Die Steckerbuchsen 21, 22 führen die Netzspannung. 11 in FIG. 2a denotes the power plug which is connected via a power cable 12 to a plug 13 which has seven plug pins 14 to 20 and two sockets 21, 22 . The plug sockets 21, 22 carry the mains voltage.

Fig. 2 b zeigt einen Teil des Gerätes mit einem Sockel 23 für den Zerhacker 24. Der Sockel 23 besitzt sieben Steckerbuchsen 14' bis 20', der Zerhacker 24 sieben entsprechende Steckersrifte 14" bis 20". Die Steckerstifte 14 bis 20 des Vielpolsteckers sind so- angeordnet, daß der Vielpolstecker 13 statt des Zerhacken 24 auf den Sockel 23 derart aufgesteckt wer-2b shows part of the device with a base 23 for the chopper 24. The base 23 has seven plug sockets 14 ' to 20', the chopper 24 has seven corresponding plug pins 14 " to 20". The connector pins 14 to 20 of the so-Vielpolsteckers arranged that the advertising Vielpolstecker 13 attached instead of the chopping 24 on the base 23 so

Claims

can that two connector pins 21 ', 22' penetrate into the power sockets 21, 22. The connector pins 14 and 14 "are inserted into the socket 14 ', the connector pins 15 and 15" into the socket 15', etc. In Fig. 3, the part of the switching elements and connections of FIG Device itself is arranged. The same parts are in some cases denoted by the same reference numerals. The tap labeled 5 "in Fig. 1 is replaced in Fig. 3 by three taps 25 ', 25", 25 "' for the various mains voltages and by a voltage selector switch 50. Fig. 3a shows the circuit of the chopper, Fig. 4 shows the circuit of the multi-pole plug and the chopper socket. Points a and b in FIG the sockets 15 'and 16' of the chopper base 23. The points e and / lie on the sockets 17 'and 14'. The points g and h between the tap 5 'and the rectifier 8 are connected to the sockets 18' and 19 'in Connection, and finally the point i is connected to the socket 20 'between the rectifiers 8 and 9. In the case of the chopper 24, the points k and / in FIG the connector pins 17 "and 14". Points 0 and p correspond to the connector pins 18 "and 1 9 "connected. The plug pin 20 ″ is dead. As can easily be seen, when the chopper is plugged in, the circuit according to FIG. 1 results with the connections shown in dash-dotted lines Plug pin 17 is connected to pin 19, plug pin 18 via a capacitor 10 to pin 20. The sockets 21 and 22 carry mains voltage This type of conversion of the device avoids the risk of a short circuit described above due to the chopper oscillating. In addition, there is a not inconsiderable saving of space, weight and costs.

1. Optionally for mains or battery chopper operation, switchable voltage converter for supply

fering a DC voltage to a capacitor, in particular for charging the storage capacitor in electronic flash units, in which the charging voltage is taken from a transformer winding is removed via a rectifier arrangement and in which the chopper frequency is a multiple of the mains frequency, characterized in that the transformer windings taking into account the specified iron cross-section and the required charging voltage are optimally dimensioned for chopper operation and that switching means are provided which allow the charging of the capacitor during chopper operation via a simple one-way rectification, in mains operation, however, takes place via a voltage doubler circuit.

2. Voltage converter according to claim 1, characterized in that the chopper frequency is approximately is four times the usual mains frequency.

3. Voltage converter according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage doubler circuit is designed as a resonance circuit.

4. Voltage converter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the The device is switched from chopper to mains operation in such a way that the chopper pulled out of its socket and that a multi-pole plug is plugged in, which has two additional sockets carrying the mains voltage, into which when plugging in of the mains plug on the chopper socketl two connected to a transformer mains winding Immerse the plug and make connections inside the chopper and the multi-pole plug are provided and placed such that when replacing the chopper against the multi-pole connector With a mains connection cable, you can switch from half-wave rectification to voltage doubler circuit he follows.

5. Voltage converter according to claim 4, characterized in that the voltage doubler capacitor is arranged inside the multi-pole plug.

Considered publications:
German Patent No. 876 038;
German utility model No. 1 677 872;
German interpretation B 25599 VIIIb / 21c (published October 13, 1955);

German patent application M 20763 IX a / 57 c (published May 12, 1955);

Bild und Ton, 1953, pp. 236 to 239.

1 sheet of drawings