DE2829922C2 - Signal flashing light - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Signal-Blitzleuchte mit einer Gleichstromquelle, mit einem Sperrwandler, mit einem Blitzkondensator, mit einer Blitzröhre und mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Takte für eine fortlaufende Blitzfolge.The invention relates to a signal flash light with a direct current source, with a flyback converter, with a flash capacitor, with a flash tube and with a clock generator for generating the clocks for a continuous flash sequence.

Derartige Leuchten können z. B. zur Baustellensicherung eingesetzt werden. Eine Gleichstromquelle, z. B. eine Trockenbatterie oder ein Akkumulator, dient als Energiequelle. Über einen Sperrwandler wird die notwendige Hochspannung für die Blitzröhre erzeugt, z. B. Spannungen von mehr als 300 V für Xenon-Blitzröhren. Der Blitzkondensator dient zur Sammlung der Ladung. Der Taktgeber, der z. B. aus einem astabilen Multivibrator bestehen kann, dient zur Erzeugung einer Impulsfolge, welche die fortlaufende Blitzfolge auslöst.Such lights can be used, for example, to secure construction sites. A direct current source, e.g. a dry battery or an accumulator, serves as the energy source. The necessary high voltage for the flash tube is generated via a flyback converter, e.g. voltages of more than 300 V for xenon flash tubes. The flash capacitor is used to collect the charge. The clock generator, which can consist of an astable multivibrator, for example, is used to generate a pulse sequence that triggers the continuous flash sequence.

Bei derartigen Signal-Blitzleuchten ist eine sehr wichtige Forderung die Forderung danach, daß die Stromquelle nicht so frühzeitig erschöpft wird, daß das unbeaufsichtigte Arbeiten der Blitzleuchte vor einem gewünschten Zeitpunkt endet. So müssen z. B. derartige Signal-Blitzleuchten, die als Baustellenleuchten eingesetzt werden, mindestens eine ganze Nacht lang arbeiten, ohne daß die Batterie ausgewechselt zu werden braucht. Die Stromquelle wird nun nicht nur durch die Blitzleistung beansprucht, sondern auch in großem Maße durch die Verlustleistung des Geräts. Eine bekannte Lösung sieht einen Spannungsbegrenzer vor, der den Sperrwandler abschaltet, sobald eine gewünschte Ladespannung des Blitzkondensators erreicht ist. Obgleich hierdurch eine gewisse Begrenzung der Verlustleistung bewirkt wird, wird andererseits gerade durch die Belastung mit der Spannungsbegrenzerschaltung wiederum die Verlustleistung heraufgesetzt; insbesondere beim Betrieb von Blitzröhren mit verhältnismäßig geringer Leistung (z. B. 0,1 Ws; 1 Hz) sind Spannungswandler nur mit sehr schlechtem Wirkungsgrad realisierbar. Die Eigenverlustleistung der Bauelemente liegt bereits in der gleichen Größenordnung wie die Nutzleistug. Ein weiterer erschwerender Umstand ist die Tatsache, daß der Wirkungsgrad der Schaltung durch den Spannungsbegrenzer verschlechtert wird, wenn insbesondere auch bei Unterspannungsbetrieb die volle Blitzenergie zur Verfügung gestellt werden soll.A very important requirement for such signal flashing lights is that the power source is not exhausted so early that the unattended operation of the flashing light ends before a desired time. For example, such signal flashing lights that are used as construction site lights must operate for at least one whole night without the battery having to be replaced. The power source is not only stressed by the flash output, but also to a large extent by the power loss of the device. A known solution provides a voltage limiter that switches off the flyback converter as soon as a desired charging voltage of the flash capacitor is reached. Although this does limit the power loss to a certain extent, on the other hand, the load from the voltage limiter circuit increases the power loss; particularly when operating flash tubes with relatively low power (e.g. 0.1 Ws; 1 Hz), voltage converters can only be implemented with very poor efficiency. The inherent power loss of the components is already in the same order of magnitude as the useful power. A further complicating factor is the fact that the efficiency of the circuit is reduced by the voltage limiter, especially if the full flash energy is to be made available even during low-voltage operation.

Es ist Aufgabe der Erfindung, durch eine andere Lösung derartige Schwierigkeiten zu umgehen und insbesondere dafür zu sorgen, daß der Energieinhalt der Gleichstromquelle möglichst optimal ausgenutzt wird, daß also einerseits die Verlustleistung der Signal-Blitzleuchte möglichst gering gehalten wird und daß andererseits dafür gesorgt wird, daß auch bei sehr starkem Absinken der Spannung der Gleichstromquelle noch ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Geräts gesichert ist. Zu diesem Zweck ist eine Signal-Blitzleuchte der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Sperrwandlers an den Ausgang einer bistabilen Schaltung angeschlossen ist, deren einer Eingang an den Taktgeber angeschlossen ist und deren anderer Eingang an eine Triggerschaltung angeschlossen ist, die bei Erreichen einer vorbestimmten Spannung an dem Blitzkondensator die Blitzröhre zündet. Man erreicht hierdurch einen gepulsten Betrieb des Sperrwandlers, weshalb dieser für eine vielfach höhere Abgabeleistung dimensioniert werden kann, wodurch er mit besserem Wirkungsgrad realisiert werden kann.The object of the invention is to avoid such difficulties by means of a different solution and in particular to ensure that the energy content of the direct current source is used as optimally as possible, so that on the one hand the power loss of the signal flashing light is kept as low as possible and on the other hand it is ensured that the device still functions properly even if the voltage of the direct current source drops very sharply. For this purpose, a signal flashing light of the type specified at the beginning is characterized according to the invention in that the input of the flyback converter is connected to the output of a bistable circuit, one input of which is connected to the clock generator and the other input of which is connected to a trigger circuit which ignites the flash tube when a predetermined voltage is reached on the flash capacitor. This achieves pulsed operation of the flyback converter, which is why it can be dimensioned for a much higher output power, which means that it can be implemented with better efficiency.

Anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem weitere Einzelheiten hervorgehen, soll die Erfindung im nachfolgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben werden. Die Zeichnung zeigt eine Gleichspannungsquelle mit der Spannung U, an welche die anderen Teile der Schaltung angeschlosse sind. Eine bistabile Schaltung S, nachfolgend Speicher genannt, hat zwei Eingänge E 1 und E 2 und einen Ausgang A. Ferner hat er zwei Anschlüsse, die an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Der Sperrwandler besteht aus dem Transformator Tr 1, der eine Primärwicklung, eine Sekundärwicklung und eine Rückkopplungswicklung besitzt, sowie einen Transistor T 1, in dessen Kollektorstromkreis die Primärwicklung liegt, während die Rückkopplungswicklung an seiner Basis angeschlossen ist und diese ansteuert. Die Sekundärwicklung ist über eine Diode D 1 mit dem Blitzkondensator C 1 verbunden. Die Basis des Transistors T 1 liegt einerseits über einen Widerstand R 1 an dem Ausgang A des Speichers S und andererseits über einen Widerstand R 2 an der Rückkopplungswicklung.The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, using an exemplary embodiment from which further details can be seen. The drawing shows a direct voltage source with the voltage U , to which the other parts of the circuit are connected. A bistable circuit S , hereinafter referred to as the memory, has two inputs E 1 and E 2 and an output A. It also has two connections which are connected to the direct voltage source. The flyback converter consists of the transformer Tr 1 , which has a primary winding, a secondary winding and a feedback winding, and a transistor T 1 , in whose collector circuit the primary winding is located, while the feedback winding is connected to its base and controls it. The secondary winding is connected to the flash capacitor C 1 via a diode D 1. The base of the transistor T 1 is connected on the one hand via a resistor R 1 to the output A of the memory S and on the other hand via a resistor R 2 to the feedback winding.

Die Blitzröhre Rö 1 ist an den Blitzkondensator C 1 und an einen Zündimpulsgenerator angeschlossen, der aus verschiedenen Schaltgliedern besteht. Ein Zündtransformator Tr 2 ist einerseits an die Blitzröhre Rö 1 angeschlossen und andererseits an den einen Pol des Blitzkondensators C 1 sowie mit der anderen Wicklung über einen Kondensator C 3 an eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 4 und einem Thyristor Th 1, die ebenfalls zwischen den beiden Polen des Blitzkondensators C 1 angeschlossen ist. Eine weitere Reihenschaltung aus einer Zener- Diode D 2, einem Widerstand R 3 und einem Kondensator C 2 liegt ebenfalls parallel zu dem Blitzkondensator C 1. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 3 und dem Kondensator C 2 ist mit der Zündelektrode des Thyristors Th 1 über eine Trigger-Diode D 3 verbunden. Er ist gleichzeitig mit dem Eingang E 2 des Speichers S verbunden.The flash tube Rö 1 is connected to the flash capacitor C 1 and to an ignition pulse generator which consists of various switching elements. An ignition transformer Tr 2 is connected on the one hand to the flash tube Rö 1 and on the other hand to one pole of the flash capacitor C 1 and with the other winding via a capacitor C 3 to a series circuit comprising a resistor R 4 and a thyristor Th 1 , which is also connected between the two poles of the flash capacitor C 1. Another series circuit comprising a Zener diode D 2 , a resistor R 3 and a capacitor C 2 is also connected in parallel to the flash capacitor C 1 . The connection point between the resistor R 3 and the capacitor C 2 is connected to the ignition electrode of the thyristor Th 1 via a trigger diode D 3. It is also connected to the input E 2 of the memory S.

Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt: Erhält der elektronische Speicher S durch den an seinen Eingang E 1 angeschlossenen Taktgeber einen Blitzbefehl, d. h. einen negativen Impuls, so wird der Speicher gesetzt, d. h., am Ausgang A erscheint ein positives Signal. Dadurch wird der Sperrwandler auf Betrieb geschaltet, und der Blitzkondensator C 1 lädt sich auf.The circuit described works as follows: Receives If the electronic memory S receives a flash command, ie a negative pulse, from the clock generator connected to its input E 1 , the memory is set, ie a positive signal appears at the output A. This switches the flyback converter into operation and the flash capacitor C 1 is charged.

Die Arbeitsweise des Sperrwandlers ist in bekannter Weise so, daß die Primärwicklung des Transformators Tr 1 mit Hilfe des Schalttransistors T 1 periodisch an die Gleichstromquelle gelegt wird und wieder von dieser getrennt wird. Während der Stromflußphase des Transistors T 1 baut der in der Primärwicklung des Transformators Tr 1 fließende Strom ein Magnetfeld auf, das beim Sperren des Transistors T 1 zusammenbricht. Die in allen Wicklungen induzierten Spannungen dienen verschiedenen Zwecken. Während die an der Sekundärwicklung liegende Hochspannung von z. B. 300 V über die Diode D 1 gleichgerichtet und dem Blitzkondensator C 1 zugeführt wird, wirkt die Rückkopplungswicklung auf den Schalttransistor T 1 zurück.The operation of the flyback converter is known in such a way that the primary winding of the transformer Tr 1 is periodically connected to the direct current source with the help of the switching transistor T 1 and then disconnected from it again. During the current flow phase of the transistor T 1 , the current flowing in the primary winding of the transformer Tr 1 builds up a magnetic field which collapses when the transistor T 1 is blocked. The voltages induced in all windings serve different purposes. While the high voltage of e.g. 300 V on the secondary winding is rectified via the diode D 1 and fed to the flash capacitor C 1 , the feedback winding acts back on the switching transistor T 1 .

Von einer bestimmten Ladespannung des Blitzkondensators C 1 ab wird zunächst die Zenerdiode D 2 leitend, und auch der Kondensator C 2 lädt sich über den Widerstand R 3 auf. Die Schaltung ist so dimensioniert, daß die Triggerdiode D 3 leitend wird, wenn die gewünschte Blitzspannung am Blitzkondensator C 1 erreicht ist. In diesem Augenblick entlädt sich der Kondensator C 2 impulsartig über die Trigger-Diode D 3 auf die Zündelektrode des Thyristors Th 1. Damit wird die Zündung der Blitzröhre Rö 1 eingeleitet, und der Blitzkondensator C 1 entlädt sich über die Blitzröhre Rö 1.From a certain charging voltage of the flash capacitor C 1 , the Zener diode D 2 becomes conductive and the capacitor C 2 is also charged via the resistor R 3 . The circuit is dimensioned so that the trigger diode D 3 becomes conductive when the desired flash voltage is reached at the flash capacitor C 1 . At this moment, the capacitor C 2 discharges in pulses via the trigger diode D 3 onto the ignition electrode of the thyristor Th 1 . This initiates the ignition of the flash tube Rö 1 , and the flash capacitor C 1 discharges via the flash tube Rö 1 .

Der dabei an dem Kondensator C 2 entstehende negative Spannungsimpuls bewirkt über den Eingang E 2 des Speichers S eine Löschung des Speichers. Damit wird der Sperrwandler wieder außer Betrieb gesetzt, weil am Ausgang A des Speichers S ein Nullsignal vorliegt. Erst wenn ein neuer Blitzbefehl auf den Eingang E 1 des Speichers S von dem Taktgeber kommt, wird der Sperrwandler wieder in Betrieb gesetzt.The negative voltage pulse that is generated at the capacitor C 2 causes the memory to be erased via the input E 2 of the memory S. This puts the flyback converter out of operation again because there is a zero signal at the output A of the memory S. The flyback converter is only put back into operation when a new flash command is sent from the clock generator to the input E 1 of the memory S.

Es ist somit dafür gesorgt, daß bei einem Blitzbefehl der Sperrwandler jeweils in Betrieb gesetzt wird, und zwar nur für die Zeit in Betrieb gesetzt wird, die notwendig ist, um den Blitzkondensator C 1 ausreichend aufzuladen. Danach wird sofort der Blitz ausgelöst und der Sperrwandler abgeschaltet. Es treten also keine Verluste durch einen Betrieb des Sperrwandlers auf, der nur darauf beruht, daß der Sperrwandler eine Überladung oder eine Nachladung des Kondensators durchführt. Ferner ist gewährleistet, daß auch bei Unterspannung der Sperrwandler solange arbeitet, bis die volle benötigte Blitzenergie bereitgestellt ist. Es wird lediglich eine etwas längere Ladezeit benötigt. Die Ladezeit ändert sich umgekehrt proportional mit der Betriebsspannung.This ensures that the flyback converter is activated when a flash command is given, and only for the time required to sufficiently charge the flash capacitor C 1. The flash is then triggered immediately and the flyback converter is switched off. This means that there are no losses due to the flyback converter operating if the flyback converter is only overcharging or recharging the capacitor. It is also guaranteed that even if the voltage is too low, the flyback converter will continue to operate until the full required flash energy is available. It just takes a little longer to charge. The charging time changes inversely proportional to the operating voltage.

Durch die beschriebenen Maßnahmen läßt sich erreichen, daß beispielsweise bei einer abgegebenen Blitzenergie von 0,1 Ws der Sperrwandler für eine Abgabeleistung von 1 W oder höher dimensioniert werden kann, wodurch der Aufbau eines Sperrwandlers mit gutem Wirkungsgrad erreicht werden kann, und daß dann entsprechend die Aufladezeit für den Blitzkondensator sehr kurz gewählt werden kann, z. B. zu ¹/₁₀ der Periodendauer. Wenn also die Signal-Blitzleuchte mit jeweils 1 Sekunde Abstand (1 Hz) je einen Blitz abgeben soll, so beträgt die Aufladungszeit 0,1 s und die Pausenzeit 0,9 s. Mit abfallender Batteriespannung verändert sich dieses Verhältnis ein wenig, wobei aber dennoch der gute Wirkungsgrad erhalten bleibt. Man kann also beispielsweise aus einer Gleichstromquelle mit 6 V Nennspannung die Signal-Blitzleuchte noch bis zu einer Unterspannung von 3 V betreiben, ohne daß etwa die Blitzenergie oder die Blitzfolge verändert wird. Die Erfindung kann deshalb insbesondere bei Signalleuchten zur Baustellenabsichtung, bei Warnblinkleuchten zur Sicherung bei Kfz-Pannen und für Zugschlußsignale in der Eisenbahntechnik besonders günstig eingesetzt werden.The measures described mean that, for example, with a flash energy of 0.1 Ws, the flyback converter can be designed for an output of 1 W or more, which makes it possible to build a flyback converter with good efficiency, and the charging time for the flash capacitor can then be chosen to _be very short, e.g. ^1/10 of the period. If the signal flashing light is to emit a flash every 1 second (1 Hz) then the charging time is 0.1 s and the pause time is 0.9 s. As the battery voltage drops, this ratio changes slightly, but the good efficiency is still maintained. For example, the signal flashing light can be operated from a direct current source with a nominal voltage of 6 V down to a voltage below 3 V without changing the flash energy or the flash sequence. The invention can therefore be used particularly favorably in signal lights for construction site inspection, in hazard warning lights for safety in the event of vehicle breakdowns and for train end signals in railway technology.

Claims (3)

1. Signal-Blitzleuchte mit einer Gleichstromquelle, mit einem Sperrwandler, mit einem Blitzkondensator, mit einer Blitzröhre und mit einem Taktgeber zur Erzeugung der Takte für eine fortlaufende Blitzfolge, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Sperrwandlers (T 1, Tr 1, D 1) an den Ausgang (A) einer bistabilen Schaltung (S) angeschlossen ist, deren einer Eingang (E 1) an den Taktgeber angeschlossen ist, und deren anderer Eingang (E 2) an eine Triggerschaltung angeschlossen ist, die bei Erreichen einer vorbestimmten Spannung an dem Blitzkondensator (C 1) die Blitzröhre (Rö 1) zündet. 1. Signal flash light with a direct current source, with a flyback converter, with a flash capacitor, with a flash tube and with a clock generator for generating the clocks for a continuous flash sequence, characterized in that the input of the flyback converter (T 1 , Tr 1 , D 1 ) is connected to the output (A) of a bistable circuit (S) , one input (E 1 ) of which is connected to the clock generator and the other input (E 2 ) of which is connected to a trigger circuit which ignites the flash tube (Rö 1 ) when a predetermined voltage is reached on the flash capacitor ( C 1 ). 2. Signal-Blitzleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Blitzkondensator (C 1) eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (D 2), einem Widerstand (R 3) und einer Kapazität (C 2) geschaltet ist, und daß an den Verbindungspunkt zwischen Widerstand (R 3) und Kapazität (C 2) über eine Trigger-Diode (D 3) die Zündelektrode des Zünd-Thyristors der Blitzröhre (Rö 1) und weiter der zweite Eingang (E 2) der bistabilen Schaltung (S) angeschlossen sind. 2. Signal flash light according to claim 1, characterized in that a series circuit comprising a Zener diode (D 2 ), a resistor (R 3 ) and a capacitor (C 2 ) is connected in parallel to the flash capacitor (C 1 ), and that the ignition electrode of the ignition thyristor of the flash tube (Rö 1 ) and further the second input (E 2 ) of the bistable circuit (S) are connected to the connection point between the resistor (R 3 ) and the capacitor (C 2 ) via a trigger diode (D 3 ). 3. Signal-Blitzleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente so ausgelegt sind, daß die Aufladezeit des Blitzkondensators (C 1) etwa eine Größenordnung kleiner als die Periodendauer der Blitzfolge ist. 3. Signal flash light according to claim 1, characterized in that the circuit elements are designed so that the charging time of the flash capacitor (C 1 ) is approximately one order of magnitude smaller than the period duration of the flash sequence.