Blitz

[JCF]

Hallo,
es würde mich mal interessieren wer Karsten's Blitz nachgebaut hat und wie die Erfahrungen damit sind. Zur Zeit bin ich dabei mich etwas mit Blitzelektronik zu beschäftigen und wäre an Austausch interessiert.
JCF

[Waldschrat]

Hallo JCF,
der Blitz von Karsten erreicht bei meinem Aufbau nur mit 4 Trafos die Endspannung von 385V. Da wird das Gehäuse schon etwas größer, wenn Akku, Elko und Trafos reinpassen sollen. Ansonsten tut er's. Ich versehe den Reflektor gerade noch mit einem Einstell-Licht. Wenn alles fertig ist, poste ich hier ein Foto.

[JCF]

Hallo Waldschrat,

ich habe eine Spannungswandlerschaltung entwickelt, die mit einem Trafo 220/2x3V, 5VA Spannungen bis 550V bringt. Die Spannung ist einstellbar, die Schaltung aber etwas komplexer als die von Karsten (nur Standardbauteile).
Wenn jemand interessiert ist gebe ich die Schaltung weiter.

JCF

[Lutz]

Hätte Interesse an der Schaltung,

man lernt ja nie aus!

Glückauf!

Lutz

[Waldschrat]

Ja, das sehe ich auch so.

[JCF]

Hallo Lutz und Waldschrat,

die Schaltung mit einigen Notizen und Messungen findet ihr hier:
http://staff.ltam.lu/feljc/Documents/Bl ... tzteil.pdf

(Leider noch nicht sauber gezeichnet)

Für Verbesserungsvorschläge und neue Ideen habe ich natürlich ein offenes Ohr.

Glückauf!

Jean-Claude

[Michael Kitzig (†)]

da hätt ich ein paar vorschläge:
1) wenn schon der trafo zwei primär (d.h. ehem. sek.) wicklungen hat, warum nicht gleich im gegentakt betreiben, das bringt wirkungsgrad...
2) ohne schutzschaltung hat es mir schon mehrere leistungs mosFets zerissen.
3) bei nur 6 V betriebsspannung waren zumindest bei meinem damaligen experimentierstand (bauteile aktuell etwa 00) germaniumtransistoren wirkungsgradmässig überlegen.

zudem ist zu bemerken, dass ein netztrafo mit eisenkern bei höheren frequenzen ab 1kHz starke verluste aufweist.
da hilft entweder selber wickeln oder bie leistungen bis ca. 100 Wsec einfach ein altes blitzgerät ausschlachten.
habe auch schon mal einen ausgedienten Defi zweckentfremdet - der hatte sogar ne gegentaktstufe...
ga
michael

[JCF]

Hallo Michael,

Klar ist der Trafo nicht das Günstigste. Auf die Idee bin ich eigentlich durch Karsten gekommen, und sein Argument war die problemlose Beschaffung. Natürlich ist ein Feritkern und Betrieb mit 10...20kHz besser, dann wird das Ding auch kleiner.

Zum Schutz des MOSFETs: ja, da sind wir hart an der Grenze. Nachdem ich nachgemessen hab war ich eigentlich fast verwundert dass er's ausgehalten hat. Scheint aber zu klappen.

Ob Ge-Transistoren besser sind? Müsste man nachmessen. Der MOSFET hat ja einen sehr kleinen Durchlasswiderstand, ich glaube also eher dass er günstiger ist.

Ja, warum kein Gegentaktwandler? Der Hauptvorteil des Sperrwandlers ist dass die Spannung nicht über das Übersetzungsverhältnis festgelegt ist, sondern im Prinzip (wenn's lange genug dauert) immer weiter ansteigt.
Also sind z.B. 500V kein Problem.

Bin gespannt auf weitere Ideen.

Glückauf,

JC

P.S: Natürlich ist es, allein wenn man die Arbeit rechnet, günstiger einen Blitz gebraucht zu kaufen. Aber macht das soviel Spass ?

[Michael Kitzig (†)]

Ja, warum kein Gegentaktwandler? Der Hauptvorteil des Sperrwandlers ist dass die Spannung nicht über das Übersetzungsverhältnis festgelegt ist, sondern im Prinzip (wenn's lange genug dauert) immer weiter ansteigt.
Also sind z.B. 500V kein Problem.

da kann ich dir im prinzip NICHT zustimmen.
ausserdem ist der blitzelko ja keine konstante last und zudem mit einer erheblichen blindkomponente behaftet.
ABER: die SPANNUNG ist nicht unbedingt das problem; es geht auch mit sekundärseitiger verdopplung/vervielfachung, und zwar um so einfacher, je höher die frequenz ist.

Übrigens ist trafowickeln gar nicht so furchterregend...

P.S: Natürlich ist es, allein wenn man die Arbeit rechnet, günstiger einen Blitz gebraucht zu kaufen. Aber macht das soviel Spass ?

na ja, bis etwa 100 Wsec kann man sich auch die elektronik eines handelsüblichen (gebrauchten?) blitzgerätes in ein neues wasserdichetes gehäuse stecken.
Selbstbau wird eigentlich erst interessant, wenn es um weit höhere als die handelsüblichen leistungen geht - das ergebniss im foto macht dann umso mehr spass!

[Karsten_Malcher]

Hallo JCF,
der Blitz von Karsten erreicht bei meinem Aufbau nur mit 4 Trafos die Endspannung von 385V. Da wird das Gehäuse schon etwas größer, wenn Akku, Elko und Trafos reinpassen sollen. Ansonsten tut er's. Ich versehe den Reflektor gerade noch mit einem Einstell-Licht. Wenn alles fertig ist, poste ich hier ein Foto.

Die Elko's müssen eine Weile unter Spannung stehen, dann baut sich die isolierende Oxidation wieder auf und der Innenwiderstand wird wieder grösser.
Am Anfang halten die Kondensatoren nur schwer die Spannung, das Verhalten wird aber mit der Zeit viel besser.
Nach einiger Zeit halten die Kondensatoren auch über eine lange Zeit eine Mindestspannung von ca. 100V - also Vorsicht bei offenen Schaltungen.


An sonsten freut es mich das die Entwicklung weiter geht ...
Den Ansatz mit einem optimnierten Sperrwandler für einen normalen Trafo sollten wir unbedingt weiter verfolgen.
Ich habe in die Entwicklung meiner Blitzschaltung nicht so viel Zeit investieren können da die Platine für den Servoauslöser in Fertigung gehen sollte. Ich wollte aber unbedingt einen optionalen Blitz dazubauen können um einen kompletten Servo zu haben.
Die bestehende Schaltung funktioniert gut, der Hauptnachteil besteht aber in dem grossen Gewicht der 3-4 Printtransformatoren.
Der Ansatz vom Jean-Claude ist da vielversprechend, da er mit nur einem Trafo auskommt und trotzdem bei höherer Endspannung geringere Ladezeiten realisieren kann. Ausserdem ist der Blitz ebenfalls mit einfach zu beschaffenden preiswerten Standardbauteilen realisierbar.

[Lutz]

Grundsätzlich sind mehrere Aspekte bei der Wahl des Blitzwandlertyps (Summier- oder Gegentaktwandler) von Interesse:

1. Schaltungsgröße: die Platine sollte mit allen Bauteilen möglichst klein sein. Eine Maximalgöße von 10 x 10 cm ist wünschenswert, damit das ganze noch in ein tragbares wasserdichtes Gehäuse passt.

2. Wirkungsgrad: der ist beim Gegentaktwandler natürlich wesentlich höher. Dies macht sich im Akkuverbrauch enorm bemerkbar.

3. Betriebsspannung: bei kleinen Blitzleistungen bis 150 Ws würde ich 6 oder 7,2 Volt bevorzugen. Größere Blitzleistungen arbeiten besser und schneller im Aufladezyklus mit 12 Volt. Dann kommt man aber um einen externen Akku nicht herum. Das ganze wird eher unhandlich.

4. Der Gegentaktwandler folgt nahezu einem linearen Aufladevorgang. 8 Joule je Sekunde sollten aufladbar sein.

5. Die Abschaltung muß sicher auf den Punkt erfolgen. Werden Elkos auch nur wenige Volt über der angegebenen Betriebsspannung aufgeladen, besteht die Gefahr des Zerstörens. Dies kann bei den teilweise hohen Energien lebensgefährlich sein. Ist dies in diesem Fall auch exakt gegeben? Selbst ein leises Weiterschwingen des Wandlers bringt noch geringe Zusatzladung. Was passiert eigentlich? Können Elkos explodieren? Ich denke ja.

6. Die Zündschaltung der Blitzröhre muß dem Bltzröhrentyp angepasst werden. Der Zündtrafo ist so zu wählen, daß die minimal angegebene Zündenergie (so zwischen 4 - 10 mWs) und Zündspannung (meist zwischen 150 V und 250 V) berücksichtigt wird. Was die Röhre selbst betrifft, ist jede für unterschiedliche Anodenspannungen ausgelegt. Elkos sollten mindestens 360 Volt haben. Wie ist es bei dieser Schaltung? Wie lang ist die Brenndauer der Blitzröhre im Hinblick auf zu wählende Verschlusszeiten?

Glückauf!

Lutz

[JCF]

Hallo Lutz,

Mich würde es interessieren ob du (oder der Michael) einen fundierten Beweis hast, dass Gegentaktwandler günstiger sind. Dies scheint mir bei ohmscher Last richtig zu sein, aber beim Blitzelko ist das ja ganz anders. Ich habe irgendwo gelesen, und das klang überzeugend, dass hier Sperrwandler besser sind. Mir fehlern noch ein Paar Stücke im Puzzle um es selbst klar sagen zu können. Also her mit den Infos
Was den Wirkungsgrad angeht müsste man sowieso auf Ferrit umsteigen.

Die Verluste scheinen mir hauptsächlich vom Trafo verursacht zu sein. Kleine (Netz-)Trafos haben zu hohen Kupferwiderstand und damit schlechten Wirkungsgrad.

Was die Platinengrösse angeht, das grösste Teil ist sowieso der Trafo, und der Elko. Der Rest ist klein.

Bei meinen Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Ladezeit ganz stark davon abhängt, wieviel Strom von der Batterie geliefert werden kann. Sie sollte also einen kleinen Innenwiderstand haben. Ein Test mit strombegrenztem Netzgerät ergibt keine realistischen Werte.

Bin gespannt auf weitere Überlegungen!

Jean-Claude

[Karsten_Malcher]

5. Die Abschaltung muß sicher auf den Punkt erfolgen. Werden Elkos auch nur wenige Volt über der angegebenen Betriebsspannung aufgeladen, besteht die Gefahr des Zerstörens. Dies kann bei den teilweise hohen Energien lebensgefährlich sein. Ist dies in diesem Fall auch exakt gegeben? Selbst ein leises Weiterschwingen des Wandlers bringt noch geringe Zusatzladung. Was passiert eigentlich? Können Elkos explodieren? Ich denke ja.

Ich halte dies für unproblematisch.
Wenn auf einem Elko z.B. 400V draufsteht muss er dies auch aushalten.
Das heisst es ist auf jeden Fall eine Sicherheitsreserve von bestimmt 10% in der Spannungsfestigkeit drin.
Sollte man es jedoch mit der Spannung erheblich übertreiben ist es durchaus möglich das der Kondensator hochgeht. Zumindest aber wird es einen Durchschlag und somit einen Kurzschluss im Kondensator geben. Wenn dabei zuviel Elektrolyt verdampft dann rummst es.
Da die Kondensatoren bei Endspannung alle reichlich Verluste haben ist ein "versehentliches" überladen eigentlich ziemlich unwahrscheinlich.

6. Die Zündschaltung der Blitzröhre muß dem Bltzröhrentyp angepasst werden. Der Zündtrafo ist so zu wählen, daß die minimal angegebene Zündenergie (so zwischen 4 - 10 mWs) und Zündspannung (meist zwischen 150 V und 250 V) berücksichtigt wird. Was die Röhre selbst betrifft, ist jede für unterschiedliche Anodenspannungen ausgelegt. Elkos sollten mindestens 360 Volt haben. Wie ist es bei dieser Schaltung? Wie lang ist die Brenndauer der Blitzröhre im Hinblick auf zu wählende Verschlusszeiten?

Ich glaube auch hier ist der Zündtrafo relativ unkritisch.
Hauptsache er erzeugt zumindest die notwendige Zündspannung.

Das Hauptproblem besteht in der Praxis darin, überhaupt schon mal passendes Material zu bekommen. Bei der geringen Auswahl lösen sich die meisten Dimensionierungsprobleme ganz von selbst

Zum Thema selbstgewickelte Übertrager.
Hier wäre ein Bauvorschlag mit konkreten Materialangaben sehr schön.
Aber auch hier gibt es schon Beschaffungsprobleme. Nur wenige Händler haben Ferrit-Kerne im Programm. Und wenn man z.B. einen Satz Schalenkerne mit Spulenkörper und Klammer bestellt ist man schnell 15,- Euro und mehr los. Vom Wickeldraht mal ganz abgesehen.
Bei meinem Schaltungsentwurf kommt man insgesamt mit 25,- Euro aus.
Dafür gibt es die erwähnten Nachteile...
Dennoch wäre ein optimierter Schaltungsentwurf mit Ferritübertrager wünschenswert, vor allem für eine noch höhere Leistungsklasse.
Das Material sollte dafür aber noch zu kaufen sein, also am besten mit Angabe von Bestellnr. und Lieferant.

[Lutz]

Hier ist eine mögliche Lösung zum Selbstbau zu finden mit elektronischem Hintergrund.

Hab lange danach gesucht und den Link wiedergefunden:

http://www.serious-technology.de/kleiner-wandler.htm

Glückauf!

Lutz

[Michael Kitzig (†)]

"Mich würde es interessieren ob du (oder der Michael) einen fundierten Beweis hast, dass Gegentaktwandler günstiger sind. Dies scheint mir bei ohmscher Last richtig zu sein, aber beim Blitzelko ist das ja ganz anders. Ich habe irgendwo gelesen, und das klang überzeugend, dass hier Sperrwandler besser sind ..."

gegentaktwandler haben einen deutlich besseren wirkungsgrad aus verschiedenen gründen:
- die innenwiderstände, incl. kupferverluste, sind nur halb so groß.
dazu kommt noch, daß sich deshalb der ferritkern weniger erwärmt und somit in seinem AL wert konstant bleiben kann.
- die vollweggleichrichtung ist deutlich effektiver
- das anschwingverhalten deutlich besser
- das gilt AUCH für den anschluß einer komplexen last wie der eines elkos.

mit dem strom vom labornetzteil stimme ich dir zu.
das ladeverhalten und die ladezeit muß mit akkus ermittelt werden (wenn man kein eigenes kraftwerk besitzt..)

zum ELKO:
für blitzschaltungen sollte man spezifizierte BLITZELKOS verwenden.
diese unterscheiden sich von "normalen" elkos dadurch, daß sie "schaltfest" sind, d.h. die hohen entladeströme ohne schden zu nehmen aushalten sollen.
ausserdem sind sie anders formiert:
bei normalen elkos liegt die betriebsspannung gut 20% unter der formierungsspannung, bei blitzelkos lieg sie ganz nahe daran.
daraus folgt:
blitzelkos sollten NIE mit überspannung betrieben werden (kein einziges V, das ist es nicht wert)
und
die nennspannung ist nicht als DAUERND (24h) angelegte spannung zulässig, ein fall, der im blitzbetrieb wohl nicht auftritt, aber schon manchen in netzteilen zweckentfremdeten blitzelko getötet hat!

nun noch meine kleine wandlerschaltung (sorry handzeichnung):


kern ist ein schalenferritkern, 2,8 cm durchmesser, AL 1000.
erhältlich bei: (schwierig, suchen)
ist aber nicht besonders kritisch; man kann auch alte PC Netzteile schlachten; die kerne lassen sich meist in kochendem wasser auseinander nehmen!
ach ja, die schaltung:
bewusst simpel, abschaltung mit einem archaischen gekapselten kammrelais.
das bring nämlich weitere vorteile:
über weitere kontakte kann man nämlich die hochspannung für den zündkondensator nur zuschalten, wenn die ladesollspannung erreicht ist.
es gibt ja im blitzbau weitaus mehr zu beachten als nur wandler und zündung:
1) blitz sollte sich nicht VOR der volladung zünden lassen
2) blitz sollte nicht von grubenlampe gezündet werden können aber der servo trotzdem sehr empfindlich sein
3) IST er letzteres, lässt er sich gern vom abschaltimpuls, wandlerstreufeld oder ähnlichem zünden.
meine rezente zündschaltung z.B. triggert bei ABSOLUTER DUNKELHEIT (im labor natürlich NIE aufgefallen) manchmal von selbst

ga
michael

[Lutz]

Na, wenn der Michael schon so freizügig seine Traumschaltung veröffentlicht nachfolgend die Platine, wie das ganze aussehen kann.

Dimensioniert für 10.000 µF, 360 V (640 Ws), Ladestrom 3,4 A, Ladespannung 12 V, Aufladezeit 80 Sekunden.

Glückauf!

Lutz

PS.: Mich würde mal die früher im Forum angekündigte Blitzentwicklung 750 Ws interessieren. Wie sieht der Wandler aus, etc?

[Michael Kitzig (†)]

das IST die wandlerschaltung, die ich derzeit mit 750 Wsec betreibe.
läuft mit 6 babyzellen (nom. 7.2 V) und lädt die elkos in ca. 45 sec. auf.
mit weniger primärwindungen geht das natürlich noch schneller, aber dann wird den zellen mehr als 8 A strom abverlangt, was ich wegen der kontaktverluste (einzelzellen, kein akkublock) nicht wollte.

ja, ich wollte das ganze projekt ins netz stellen.
gib mir nur die zeit dazu...
der von unserer ach so fürsorglichen regierung derzeit ausgehende exzessive bürokratieschub verhindert so manches...

[Lutz]

Micha 2 schrieb am 17.10.04:


Ein Blitzgerät mit 750 Ws befindet sich derzeit in der Testphase und wird ab Anfang 2005 in Serie gehen. Der Preis wird wohl so zwischen 800,- bis 1000,- € liegen.

Vorläufige Daten:
250/500/750 Ws, umschaltbar,
Ladezeit bei 750 Ws: 6,5s/15s umschaltbar,
Blitze bei 750 Ws: ca 120 bis 200 pro Akkuladung
Wirkungsgrad ca. 70-80%

Genaueres folgt in Kürze.

Wenn schon alle Technik austauschen, wie sieht es denn mit diesem Projekt aus? Wie funktioniert dieser Wandler, gibt es mal ein Bild eines Prototypen?

Glückauf!

Lutz

[micha2]

naja, die Elektronik ist serienreif und hat schon etliche tausend Blitze im Laborversuch hinter sich.

Und wenn in Deutschland mal jemand Geld verdienen wollte, dann hätte ich auch schon mal ein Angebot für die Gehäuseteile bekommen... Es kann ja wohl nicht so schwer sein mir ein paar Alu-Drehteile zu fertigen und zu eloxieren...

Aus verständlichen Gründen will ich hier öffentlich nicht allzu viele Details preisgeben, nur soviel:
Der Wandler ist ein "Cascaded Power Converter", also ein getakteter Abwärtswandler mit nachfolgendem Gegentaktwandler ohne Zwischenkreiskondensator. Der gemessene Gesamtwirkungsgrad des Wandlers beträgt (bei 12V/5A) über 86%.

GA

[Lutz]

Na, das sieht doch optisch sehr gut aus. Nur noch eine bescheidene Frage:

Wieviel µF sind verbaut bei welcher Spannung? 360V oder höher?

Glückauf!

Lutz

[micha2]

habe bisher 3 Versionen getestet: 9900µF/400V, 9900µF/360V und 13200 µF/400V.
Dem Wandler ists egal, die Ausgangsspannung ist einstellbar und geht bis 420V.
Werde wohl aus praktischen Gründen (Gewicht/Volumen) erstmal einen 640 Ws-Blitz anbieten. Da krieg ich alles incl. Akkus in ein Alu-Gehäuse mit 120mm Durchmesser und 270mm Länge.

Glück auf

[Lutz]

Na, dann reichen ja 9.900 µF für 360 V gerade so aus (also 3 x 3.300 µF).

[micha2]

ja, eben deswegen. Die Kombination (3*3300µF/360V) war in der Energie/Volumenrelation bisher die günstigste.

[Lutz]

@ Micha2

Noch ein paar Fragen, die mir bei meiner Wandlerschaltung helfen können:

1. Wie hoch ist bei Deiner Schaltung der Ladestrom für 3.900 µF?

2. Wie warm werden die Wandlertransistoren und welchen Typ benutzt Du? Meine werden bei 640 Joule ziemlich warm, so daß ich kleine Kühlkörper benutze. Je wärmer die Transistoren werden, desto größer ist die Verlustleistung des Wandlers. Für den Tip der Typenbezeichnung wäre ich sehr dankbar, dann baue ich meine Schaltung nochmals um.

3. Welche Akkuversorgung hast Du vorgesehen. (Akkuspannung und Kapazität).

4. Wie berechnest Du grundsätzlich den Wirkungsgrad. Gibt es dafür eine einfache Formel?

Glückauf!

Lutz

[micha2]

zu 1. Der Ladestrom ist abhängig vom Ladezustand des Kondensators.
Ich arbeite mit einer konstanten (umschaltbaren) Eingangsleistung des Wandlers. Bei 60W-Wandlerleistung sind das also 5A konst. Eingangsstrom bei 12V. Getestet habe ich die Leistung schon bis über 300W.

zu 2. Bei 60W Dauerwandlerleistung habe ich eine max. Kühlkörpertemp. von 35 Grad, bei 150W von ca. 70 Grad.

zu 3. 12V 3300mAh NiMh-Hochstromakkus

zu 4. Pab = Ekond./Ladezeit Pzu = Umittel * Imittel Eta = Pab/Pzu

Zu den Transistoren: Das Thema ist nicht ganz einfach. Ich benutze Mosfets mit 50V Uds und einem Rds von 8mOhm.
Grundsätzlich gilt: Je niedriger der Rdson und je kürzer die Umschaltzeiten vom Ein- in den Auszustand, desto geringer die Verlustleistung über den Transistoren. Für die Gateansteuerung benötigt man aber schnelle und niederohmige Treiber!
Da ich eine Fremdsteuerung des Treibers verwende, habe ich natürlich die Taktfrequenz für die geringsten Trafoverluste angepasst.
Hier muss man einen optimalen Kompromiss finden:
Je höher die Taktfrequenz, desto niederohmiger (bei gleichem Volumen) kann man den Trafo aufbauen, aber die Umschaltverluste der Transistoren nehmen zu.

So, habe schon mehr geschreiben als ich eigentlich wollte.

GA

[kapl]

Ich sage nur:
Grubenelektronische Gesellschaft ...
GA
KaPL

PS Nur weiter so!

[Lutz]

@ Micha 2

Mach mal bitte ein Rechenbeispiel zum Wirkungsgrad. Ich habe beim Physik Leistungskurs (so vor 22 Jahren) wohl nur geschlafen!

Glückauf!

Lutz

[micha2]

nehmen wir die Daten deines Blitzes:

10000µF / 360V -> E = 1/2 U² * C -> E = 648 Ws
Die Ladezeit beträgt 80s -> Pab = E / tlade -> Pab = 648 Ws/ 80 s = 8,1 W

Pzu = 12 V * 3,4 A = 40,8 W

Eta = Pab / Pzu -> Eta = 8,1 W / 40,8 W = 0,1985 = 19,85%

Das ist der Gesamtwirkungsgrad der Schaltung.
Der Wirkungsgrad des Wandlers wird noch etwas besser sein, da die Kapazität ja auch noch einige Verluste aufweist.

GA

[Lutz]

@ micha 2

besten Dank.

Was aber noch zusätzlich einen kleinen Einfluß hat, ist die Tatsache, daß die im Elko zur verfügung stehende Gesamtenergie durch die Brennschlußspannung der Blitzröhre gemindert wird.

Meine hat beispielsweise 60 Volt Brennschlußspannung.

Die Energie beträgt also für mein Beispiel nur:

1/2 C * (U² - UBrennschluß²) = 630 Ws

Blitzröhren haben meist eine Brennschlußspannung von 50 - 75 Volt. Diese Energie verbleibt im Kondensator.

Bei 9.900 µF und 360 V ergeben sich ca. 625 Ws.


Glückauf!

Lutz

PS.: Mein Wirkungsgrad ist ja wirklich bescheiden. Macht aber nichts, da ich untertage immer genug Zeit habe, die Bilder hauen schließlich nicht ab.

[Ralph]

die platinen sehen spitze aus , fehlt nur noch
ne sub-d9*g*
GA
Ralph