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Volltransistorisierter Spannungsregler für mit stark wechselnden
Drehzahlen antreibbare im Nebenschluss erregte Generatoren niederiger Spannung
Die Erfindung bezieht sich auf einen volltransistorisierten Spannungsregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare, im Nebenschluss erregte Generatoren niedriger Spannung, insbesondere für Fahrzeuglichtmaschinen, der ausser einem über der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators liegenden Spannungsteiler und einem an den Spannungsteiler angeschlossenen Steuertransistor noch einen zweiten Transistor enthält, dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des Steuertransistors und ausserdem mit einem Widerstand stromleitend verbunden ist, der von der Kollektorelektrode des Steuertransistors zu einer der beiden Ausgangsleitungen des Generators führt.
Bei bekannten Reglern dieser Art ist der Leistungstransistor so mit dem Steuertransistor verbunden, dass er beim Anlauf des Generators aus dem Stillstand heraus zunächst voll stromleitend ist und dadurch die Selbsterregung des Generators gewährleistet, jedoch beim Erreichen des Sollwertes der Ausgangsspannung sprunghaft in seinen Sperrzustand übergeführt wird. Es ist jedoch schwierig, bei hohen Umgebungstemperaturen des Reglers den Leistungstransistor vollständig zu sperren, weil dieser bei hohen Betriebstemperaturen, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen auftreten, eine starke Eigenleitung hat, die auch bei kurzgeschlossener Emitter-Basis-Strecke ein über die Feldwicklung des Generators gehenden Kollektorstrom zur Folge hat.
Es ist deshalb bei bekannten Reglern dieser Art erforderlich, in die an eine der beiden Ausgangsleitungen des Generators angeschlossene Emitterzuleitung des Leistungstransistors eine Diode einzubauen, damit der Transistor eine kleine Emittervorspannung zur vollständigen Sperrung erhält. In manchen Fällen muss diese Wirkung sogar durch einen Querstrom verstärkt werden, den man dadurch erhält, dass man die Emitter-Elektrode des Leistungstransistors mit der andern Ausgangsleitung des Generators über einen verhältnismässig niederohmigen Widerstand verbindet.
Diese Massnahmen ergeben zwar die gewünschte vollständige Sperrung des Leistungstransistors, wenn der Steuertransistor beim Überschreiten des Sollwertes der Generatorspannung stromleitend wird, haben jedoch den Nachteil, dass sie innerhalb des den Regler umgebenden, möglichst klein zu haltenden Gehäuses eine erhebliche Wärmeentwicklung mit sich bringen und dass ausserdem die für die volle Erregung der Feldwicklung des Generators zur Verfügung stehende Spannung um den Spannungsabfall in der Emitter-Zuleitung des Leistungstransistors vermindert wird. Dieser Nachteil fällt besonders dann ins Gewicht, wenn der Generator auf Fahrzeugen betrieben wird, bei denen bereits bei niedrigen Antriebsdrehzahlen der Sollwert der Generatorausgangsspannung erreicht werden soll.
Diese Nachteile sind bei einem Regler der eingangs beschriebenen Art vermieden, bei dem gemäss der Erfindung zwischen der Basis des zweiten, vom Steuertransistor im entgegengesetzten Betriebszustand zu haltenden Transistors und dem Kollektor des Steuertransistors ein weiterer Widerstand sowie ein zu diesem parallelgeschalteter Kondensator vorgesehen ist.
Dieser Kondensator wird, so lange der zweite Transistor stromleitend ist, auf eine Spannung aufgeladen, die dem vom Basisstrom des zweiten Transistors an diesem weiteren Widerstand erzeugten Spannungsabfall entspricht, und verschiebt das Basispotential des zweiten Transistors weit in dessen Sperrgebiet hinein, wenn der Steuertransistor beim Überschreiten des Sollwertes stromleitend wird. Dadurch erreicht man auch bei hohen Umgebungstemperaturen eine vollständige Sperrung des Leistungstransistors,
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ohne dass die für die Feldwicklung zur Verfügung stehende Spannung verringert wird.
Zweckmässigerweise wird zu dem durch den Kondensator überbrückten Widerstand ein Gleichrichter in Reihe geschaltet, der in der Flussrichtung des Basisstromes des zweiten Transistors durchlässig ist. Der Kondensator soll dann zu dieser aus Widerstand und Gleichrichter bestehenden Reihenschaltung parallel liegen. Diese Massnahme empfiehlt sich nicht nur dann, wenn der zweite Transistor als Leistungstransistor in den Stromkreis der Feldwicklung des Generators eingeschaltet ist, sondern auch dann, wenn der zweite Transistor gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung zur Verringerung der im Regler entste- henden Verlustwärme mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zur Basis-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors parallelgeschaltet ist, der den Erregerstrom der Feldwicklung des Generators führt.
In diesem Fall empfiehlt es sich weiterhin,. zwischen dem Emitter und der Basis des zweiten Transistors einen zweiten Gleichrichter vorzusehen, dessen Durchlassrichtung entgegengesetzt zur Durchlassrichtung der parallelgeschalteten Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors ist.
Weitere Einzelheiten und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung sind nachstehend an zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen : Fig. l eine elektrische Kraftfahrzeuglichtanlage mit einer Lichtmaschine, einem Regler und einer Pufferbatterie in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild der Lichtmaschine und des Reglers, während in Fig. 3 das elektrische Schaltbild eines verbesserten, für höhere Lichtmaschinenleistungen geeigneten Reglers dargestellt ist.
In der Anordnung nach Fig. l ist eine Drehstromlichtmaschine 10 verwendet, die in ihrem. Gehäuse drei feststehende Wechselstromwicklungen 11,12 und 13 und eine umlaufende Erregerwicklung 15 enthält, die auf dem nicht näher dargestellten Anker der Lichtmaschine sitzt und über eine auf der Ankerwelle 16 verkeilte Riemenscheibe 17 vom Motor eines ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ge-
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Gleichrichtern 20 in Verbindung und vermag der bei 21 angedeuteten Pufferbatterie und den nicht dargestellten, an diese anschliessbaren Stromverbrauchern des Kraftfahrzeuges Strom über je einen von drei weiteren Gleichrichtern 22 zuzuführen, wenn die Lichtmaschine mit genügend hohen Drehzahlen angetrieben wird.
Damit sich die Batterie 21 nicht über den auf dem Lichtmaschinengehäuse 10 sitzenden Regler 25 bei stillstehender Lichtmaschine entladen kann, ist zwischen der an die Gleichrichter 22 angeschlossenen, zum Regler 25 führenden Plusleitung 26 und der Pulsklemme 23 der Batterie ein als Rückstromschalter wirkender Gleichrichter 24 vorgesehen, der ausserdem sicherstellt, dass der im folgenden näher beschriebene Regler nur in Abhängigkeit von der zwischen den Leitungen 19 und 26 wirksamen Ausgangsspannung der Lichtmaschine, dagegen nicht in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe der Spannung der Batterie 21 arbeitet.
In dem bei 25 angedeuteten Reglergehäuse sind zwei aus Germanium hergestellte p-n-p-Transistoren 30 und31 sowie ein über der zu regelnden Spannung zwischen der Minusleitung 19 und der Plusleitung 26 liegendes Potentiometer 32 und ferner eine als Sollwertgeber dienende Zenerdiode 33 untergebracht. Von diesen beiden Transistoren dient der mit 30 bezeichnete, mit seiner Basis über die Zenerdiode 33 an den Abgriff 34 des Potentiometers 32 angeschlossene Transistor als Steuertransistor für den Leistungstransistor 31, der mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke zurFeldwicklung 15 des Generators in Reihe geschaltet ist und dieser den bei Je angedeuteten Erregerstrom zuführt, so lange die Ausgangsspannung des Generators unter dem vorgeschriebenen Sollwert liegt. Dieser beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel 14 V.
Zur Einsparung von Schaltelementen ist die Basis des Leistungstransistors 31 galvanisch mit dem Kollektor des Transistors 30 verbunden.
Der Kollektor des Steuertransistors 30 ist durch einen Arbeitswiderstand 35 von etwa 20 Ohm an die Minusleitung 19 angeschlossen. So lange die Ausgangsspannung des Generators ihren Sollwert noch nicht streicht hat und die zwischen dem Abgriff 34 des Potentiometers 32 und der Plusleitung 26 herrschende Spannung den Durchbruchswert von 8V der Zenerdiode 33 nicht überschreitet, bleibt die Zenerdiode und die mit ihr in Reihe liegendeEmitter-Basis-Strecke desSteuertransistors stromlos. DerSteuertransistor 30 Ist dann gesperrt, während der Leistungstransistor 31 mit seiner Basis über den Widerstand 35 Strom führen kann und daher den Erregerstrom Je für die Feldwicklung des Generators liefert.
Beim Überschreiten der genannten Spannungswerte wird die in ihrer Sperrichtung beanspruchte Zener- diode 33 stark stromleitend und bewirkt, dass der Steuertransistor mit seinem jetzt einsetzenden. über den Widerstand 35 gehenden Kollektorstrom ik den Leistungstransistor 31 in sein Sperrgebiet bringt. Damit iieser Sperrzustand auch bei hohen Umgebungstemperaturen und daher auch bei hohen Betriebstempera- uren des Leistungstransistors 31 sicher erreicht wird, ist erfindungsgemäss zwischen der Basis des Lei-
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voller Stromleirung und gänzlicher Sperrung der beiden Transistoren 30 und 31 und demzufolge eine wesentlich geringere Welligkeit der Ausgangsspannung des Generators.
Der in Fig. 3 als zweites Ausführungsbeispiel dargestellte Regler weist gegenüber dem Regler nach Fig. 2 einige Verbesserungen auf. Soweit er gleiche oder gleich wirkende Schaltelemente wie der Regler nach Fig. 2 enthält, sind diese mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Gegensatz zu jenem Ausfüh- rungsbeispiel ist beim Regler nach Fig. 3 der mit seiner Basis an den Steuertransistor 30 angeschlossene zweite Transistor 31 nicht als Leistungsschalter für den Erregerstrom der Lichtmaschine benützt. Er dient vielmehr als Stromverstärker für einen besonderen, in der Zeichnung bei 45 angedeuteten Leistungstransistor, der mit seiner Emitterelektrode unmittelbar an die Plusleitung und mit seiner Kollektorelektrode an die Feldwicklung der zu regelnden Lichtmaschine angeschlossen ist.
Zur Einsparung eines besonderen, von der Basis des Leistungstransistors 45 zur'Minusleitung 19 vorzusehenden Widerstandes, der eine erhebliche Wärmeentwicklung hervorrufen würde, ist der zweite Transistor 31 mit seiner Emitter-KollektorStrecke zur Basis-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 45 parallelgeschaltet.
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elektrode an die Basis des Transistors 31 und mit seiner Ableitungselektrode an die mit dem Emitter des Transistors 31 verbundene Basis des Leistungstransistors 45 angeschlossen.
Dadurch wird erreicht, dass die Basis des Leistungstransistors über den in dieser Richtung stromleitenden Gleichrichter 46 am gleichen Potential gehalten wird, wie die Basis des zweiten Transistors 31, deren Potential für die Dauer der Sperrung dieser beiden Transistoren durch die Ladung des Kondensators 38 bestimmt wird.
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eines Kurzschlusses in einem angeschlossenen Verbraucher der Laststrom der Lichtmaschine einen vor- geschriebenen Höchstwert zu überschreiten droht. Hiezu ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in der Verbindungsleitung von der Wechselstromwicklung 12 zu den. Gleichrichtern 20 und 22 die Primärwick- lung 50 eines Stromwandlers eingeschaltet, der zwei miteinander verbundene, an die Plusleitung 26 an- geschlossene Sekundärwicklungen 51 und 52 hat.
Die Sekundärwicklungen sind hintereinandergeschaltet und durch-einen einstellbaren Widerstand 53 überbrückt. Die in den Wicklungen 51, 52 induzierten Spannungen sind dem über die Primärwicklung 50 fliessenden Teil des Laststromes proportional und werden durch zwei Gleichrichter 54 und 55 gleichgerichtet und dem Abgriff des Potentiometers 32 über eine Leitung 56 zugeführt. Sobald die zwischen der Plusleitung 26 und der Steuerleitung 56 wirksame Spannung den Wert derDurchbruch'ispannung der Zenerdiode 33 überschreitet, wird diese unabhängig von der Grösse der Ausgangsspannung des Generators stromleitend und bringt über den Steuertransistor 30 den Leistungstransistor 31 in seinen Sperrzustand.
Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Gleichrichter 54 und 55 über die Leitung 56 mit dem Abgriff 34 des Potentiometers 32 unmittelbar verbunden sind und die gleichgerichtete Spannung daher durch das Potentiometer 32 belastet wird, ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 zwischen der mit der Zenerdiode 33 verbundenen Leitung 56 und dem Abgriff 34 des Potentiometers eine für den Basisstrom des Transistors 30 durchlässige Germaniumdiode 58 vorgesehen. Durch diese Diode wird erreicht, dass die gleichgerichtete, dem Laststrom proportionale Spannung durch das Pótentiometer nicht belastet wird und daher eine mit einem scharfen Knick einsetzende Stromregelung ergibt, wenn der zulässige Höchstwert des Laststromes erreicht wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Volltransistorisierter Spannungsregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare, im Nebenschluss erregte Generatoren niedriger Spannung, insbesondere für Fahrzeuglichtmaschinen, der ausser einem über der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators liegenden Spannungsteiler und einem an den Spannungsteiler angeschlossenen Steuertransistor noch einen zweiten Transistor enthält, dessen Basiselektrode mit der Kollektorelektrode des Steuertransistors und ausserdem mit einem Widerstand stromleitend verbunden ist, der von der Kollektorelektrode des Steuertransistors zu einer der beiden Ausgangsleitungen des Generators führt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Basis des zweiten Transistors (31) und dem Kollektor des Steuertransistors (30) zwei zueinander parallele Stromkreise vorgesehen sind,
von denen der eine einen Widerstand (36), der andere einen Kondensator (38) enthält.