-
Technisches Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spannungsregler von einem Stromgenerator eines Kraftfahrzeugs, sowie den Bürstenhalterregler und den Stromgenerator, der diesen Bürstenhalterregler umfasst.
-
Technologischer Hintergrund der Erfindung
-
Im Bereich der Kraftfahrzeuge ist es wohl bekannt, die von dem Stromgenerator des Fahrzeugs an das elektrische Bordnetz gelieferte Spannung auf einem vorbestimmten Sollwert zu halten, unabhängig von der Umdrehungsdrehzahl der Maschine oder dem elektrischen Verbrauch der Geräte, mittels einer regelnden Vorrichtung, „Regler” genannt.
-
Heutzutage haben die Hersteller von Kraftfahrzeugteilen sehr leistungsstarke Stromgeneratoren durch den Einsatz leistungselektronischer Systeme entwickelt, die von Schaltkreisen gesteuert werden, welche digitale Techniken verwenden, die insbesondere auf der Verwendung von Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern basieren.
-
Im Gegensatz zu früheren Bimetall-Reglern, die unabhängig von dem Betriebsmodus des Fahrzeugs um eine feste Regelungsspannung herum funktionierten, profitieren moderne elektronische Regelungsvorrichtungen von den Verarbeitungskapazitäten der Elektroniken, um variable Sollwerte zu erhalten, die von einer Motorsteuereinheit zum Zwecke der Optimierung der Drehmomententnahme entsprechend der benötigten elektrischen Energieerzeugung übertragen wird.
-
Die Motoransteuereinheit kann mit dem Regler des Stromgenerators in Dialog treten und einen besonderen Funktionsmodus desselben ansteuern.
-
Die Information, die zu der Motorsteuereinheit zurück übertragen wird, ist häufig eine Information, die den Erregerstrom des Stromgenerators betrifft.
-
Bei den modernsten Reglern, wie sie von der Gesellschaft VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR entwickelt wurden, beschrieben in der Patentanmeldung
FR2938135 , ist der Regelungsschaltkreis in Gestalt eines ASIC (in englischer Terminologie Akronym für „Application Specific Integrated Circuit”, d. h. „Anwendungsspezifische integrierte Schaltung”), der durch externe Zwischenverbindungen (genannt „Bonding” im Englischen) mit einem Leiterbahnenschaltkreis eines Bürstenhalters verbunden ist, so dass eine einteilige Anordnung gebildet wird, die sich „Bürstenhalterregler” nennt, der bei einem hinteren Lager des Stromgenerators integriert sein kann.
-
Dieser Regler ist programmierbar und kann somit an eine Vielzahl von Anwendungen angepasst werden und kann ohne besondere Modifikationen den Anforderungen der verschiedenen Kraftfahrzeughersteller genügen.
-
Seine Einzelchip-Architektur schützt ihn jedoch nicht gegen einen Ausfall und die Regelungsfunktion wird in diesem Fall nicht mehr sichergestellt, wodurch von dem Stromgenerator in dem Bordnetz des Fahrzeugs eine Überspannung erzeugt wird.
-
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
-
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es folglich, diesen Nachteil zu beheben.
-
Sie hat konkret einen Spannungsregler von einem Stromgenerator eines Kraftfahrzeugs des Typs zum Gegenstand, umfassend ein Regelungsmodul, das fähig ist, einen Erregerstrom in einer Erregerwicklung des besagten Stromgenerators in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer Sollspannung und einer Regelungsspannung eines Bordnetzes des besagten Fahrzeugs zu regeln, die von einer Batterie geliefert wird, mit welcher der besagte Stromgenerator kabelverbunden ist.
-
Ein solches Regelungsmodul weist auf:
- – einen ersten Masseanschluss, der dazu bestimmt ist, mit einer Masse des besagten Bordnetzes verbunden zu sein;
- – einen ersten Versorgungsanschluss, der dafür vorgesehen ist, mit einer positiven Leitung des besagten Bordnetzes verbunden zu sein;
- – einen ersten Erregungsanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der besagten Erregerwicklung verbunden zu sein;
- – einen Messanschluss, der dazu bestimmt ist, die besagte Regelungsspannung zu messen;
und er umfasst: - – eine Spannungsteilerbrücke, die einerseits mit dem besagten Messanschluss und andererseits mit dem besagten ersten Masseanschluss verbunden ist;
- – ein Subtrahierer, der am Eingang mit der besagten Sollspannung und einem Mittelpunkt der besagten Spannungsteilerbrücke verbunden ist;
- – eine Regelungsschleife, die am Eingang mit dem besagten Subtrahierer verbunden ist und am Ausgang einen ersten Halbleiterschalter ansteuert, der zwischen den besagten ersten Versorgungsanschluss und den besagten ersten Erregungsanschluss geschaltet ist;
- – eine erste Freilaufdiode, die zwischen den besagten ersten Erregungsanschluss und den besagten ersten Masseanschuss geschaltet ist.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Regler ferner ein eine Überwachungsfunktion der besagten Regelungsspannung ausführendes Sicherheitsmodul, das von dem besagten Regelungsmodul verschieden ist.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Messanschluss mit dem ersten Versorgungsanschluss kombiniert, und das Sicherheitsmodul weist auf:
- – einen zweiten Versorgungsanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der positiven Leitung des Bordnetzes verbunden zu sein;
- – einen zweiten Masseanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der Masse verbunden zu sein;
- – einen zweiten Erregungsanschluss, der mit dem ersten Erregungsanschluss verschaltet ist;
- – einen dritten Erregungsanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der Erregerwicklung verschaltet zu sein;
und es umfasst: - – einen zweiten Halbleiterschalter, der mit dieser Erregerwicklung zwischen dem zweiten und dritten Erregungsanschluss in Reihe geschaltet ist;
- – eine zweite Freilaufdiode, die zwischen dem dritten Erregungsanschluss und dem zweiten Masseanschluss geschaltet ist;
- – einen Steuerschaltkreis, der einen Sperrzustand des zweiten Halbleiterschalters in dem Fall ansteuert, dass eine Überspannung an dem zweiten Versorgungsanschluss bezogen auf den besagten zweiten Masseanschluss detektiert wird, und der die Wiederherstellung eines Durchleitungszustands bei Abwesenheit der Überspannung gemäß einer vorbestimmten Vorgehensweise ansteuert.
-
In dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Sicherheitsmodul einen Schlafmodus und einen Aufwachmodus in Abhängigkeit einer Änderung einer Erregerspannung an dem zweiten Erregungsanschluss aufweist.
-
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist auch der Messanschluss mit dem ersten Versorgungsanschluss kombiniert, und das Sicherheitsmodul weist auf:
- – einen zweiten Versorgungsanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der positiven Leitung des Bordnetzes verbunden zu sein;
- – einen zweiten Masseanschluss, der mit dem ersten Versorgungsanschluss verschaltet ist;
- – einen dritten Masseanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der besagten Masse verbunden zu sein;
und es umfasst: - – einen zweiten Halbleiterschalter, der mit dem Regelungsmodul zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss und dem besagten zweiten Masseanschluss in Reihe geschaltet ist;
- – einen Steuerschaltkreis, der einen Sperrzustand des zweiten Halbleiterschalters in dem Fall ansteuert, dass eine Überspannung an dem zweiten Versorgungsanschluss bezogen auf den besagten dritten Masseanschluss detektiert wird und der die Wiederherstellung eines Durchleitungszustands bei Abwesenheit der Überspannung gemäß einer vorbestimmten Vorgehensweise ansteuert.
-
Gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsvariante ist der Messanschluss dazu bestimmt, mit der positiven Leitung des Bordnetzes verschaltet zu sein, und das Sicherheitsmodul weist auf:
- – einen zweiten Versorgungsanschluss der dazu bestimmt ist, mit der positiven Leitung des Bordnetzes verbunden zu sein;
- – einen zweiten Masseanschluss, der mit dem ersten Versorgungsanschluss verschaltet ist;
- – einen dritten Masseanschluss, der dazu bestimmt ist, mit der Masse verbunden zu sein;
und es umfasst: - – einen zweiten Halbleiterschalter, der mit dem Regelungsmodul zwischen dem zweiten Versorgungsanschluss und dem zweiten Masseanschluss in Reihe geschaltet ist;
- – einen Steuerschaltkreis, der einen Sperrzustand des zweiten Halbleiterschalters in dem Fall ansteuert, dass eine Überspannung an dem zweiten Versorgungsanschluss bezogen auf den dritten Masseanschluss detektiert wird und der eine Wiederherstellung eines Durchleitungszustands bei Abwesenheit der Überspannung gemäß einer vorbestimmten Vorgehensweise ansteuert.
-
In dieser Variante gemäß der Erfindung, umfasst das Regelungsmodul außerdem eine erste Überwachungsvorrichtung, die den ersten Halbleiterschalter in einen ersten geöffneten Zustand steuert, wenn eine erste Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Versorgungsanschluss und dem Messanschluss größer als ein erster vorbestimmter Grenzwert ist.
-
Erfindungsgemäß umfasst das Regelungsmodul außerdem eine zweite Überwachungsvorrichtung, die den ersten Halbleiterschalter in einen zweiten geöffneten Zustand steuert, wenn eine zweite Spannungsdifferenz zwischen dem Messanschluss und dem ersten Versorgungsanschluss größer als ein vorbestimmter zweiter Grenzwert ist.
-
Die erste und zweite Überwachungsvorrichtung dieser Variante senden entsprechend einen ersten oder einen zweiten Alarm auf eine Armaturentafel des Fahrzeugs im Falle einer entsprechenden Unterbrechung einer Verbindung zwischen dem Messanschluss und der positiven Leitung des Bordnetzes oder im Falle eines Ausfalls des zweiten Halbleiterschalters.
-
Die Erfindung zielt ebenfalls ab auf einen Bürstenhalterregler von einem Stromgenerator eines Kraftfahrzeugs umfassend einen Spannungsregler gemäß der vorgenannten Merkmale.
-
Erfindungsgemäß sind in diesem Bürstenhalterregler das Regelungsmodul und das besagte Sicherheitsmodul elektrisch miteinander über externe Zwischenverbindungen des Typs „Bonding” verbunden.
-
Das Regelungsmodul und das Sicherheitsmodul sind außerdem elektrisch durch weitere externe Zwischenverbindungen des Typs „Bonding” mit einem Leiterbahnenschaltkreis verbunden, der einerseits mit Bürsten verbunden ist, die fähig sind, eine elektrische Verbindung mit der besagten Erregerwicklung sicherzustellen, und andererseits mit einer ersten, einen positiven Anschluss des besagten Stromgenerators bildenden Schraube und einer zweiten, einen negativen Anschluss des besagten Stromgenerators bildenden Schraube verbunden ist.
-
Die Erfindung betriff auch einen Stromgenerator eines Kraftfahrzeugs umfassend einen solchen Bürstenhalterregler.
-
Bereits diese wenigen notwendigen Angaben werden dem Fachmann die durch den erfindungsgemäßen Spannungsregler sowie den Bürstenhalterregler und korrespondierenden Stromgenerator im Vergleich zum Stand der Technik bereitgestellten Vorteile offensichtlich machen.
-
Die ausführlichen Erläuterungen der Erfindung sind in der Beschreibung gegeben, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen folgt. Es ist zu beachten, dass diese Zeichnungen ausschließlich den Text der Beschreibung veranschaulichen und in keinster Weise eine Beschränkung des Schutzumfangs begründen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Die 1 ist ein Funktionsbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Spannungsreglers von einem Stromgenerator.
-
Die 2 zeigt die Entwicklung der Regelungsspannung in Abhängigkeit des Durchflussstroms des in 1 gezeigten Reglers.
-
Die 3A ist ein Funktionsbild eines Spannungsreglers von einem Stromgenerator, der mit einem Sicherheitsmodul gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ausgestattet ist.
-
Die 3B und 3C sind Funktionsbilder eines Spannungsreglers von einem Stromgenerator, der mit einem Sicherheitsmodul gemäß einer ersten und zweiten Variante der ersten Ausführungsvariante der 3A ausgestattet ist.
-
Die 4 ist ein Funktionsbild eines Spannungsreglers von einem Stromgenerator mit einem Sicherheitsmodul in der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung.
-
Die 5 zeigt die Entwicklung der Regelungsspannung in Abhängigkeit des Durchflussstroms des in 4 gezeigten Reglers.
-
Die 6 ist ein Funktionsbild eines Spannungsreglers von einem Stromgenerator mit einem Sicherheitsmodul in einer Variante der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsvariante.
-
Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung
-
Ein Schaltplan eines Spannungsreglers 1 des Typs, den die Erfindung betrifft, ist in der 1 gezeigt.
-
Es handelt sich dabei um einen Spannungsregler 1 eines Stromgenerators 2 mit Erregung für eine Anwendung in einem Kraftfahrzeug.
-
Dieser Spannungsregler ist vom Typ „Single-Chip”, d. h. ein Regelmodul 1 in Gestalt eines ASIC enthält alle elektronischen Komponenten, die zur Steuerung des Erregerstroms Iexc notwendig sind, der in der Erregerwicklung 3 eines Rotors 4 des Stromgenerators 2 in Abhängigkeit einer Differenz 5 zwischen einer Sollspannung U0 und einer Regelungsspannung Ubat zirkuliert, die über Phasen 6 der Statorwicklungen 7 des Stromgenerators 2 nach der Gleichrichtung 8 auf dem Bordnetz 9 bereit gestellt wird, mit welchem die Batterie 10 des Fahrzeugs und verschiedene Lasten 11 verbunden sind.
-
Diese elektronischen Komponenten sind:
- – eine Regelungsschleife 12;
- – eine Spannungsteilerbrücke 13 zur Anpassung der Regelungsspannung Ubat an das von der Regelungsschleife 12 benötigte Spannungsniveau;
- – ein Subtrahierer 14, der die Differenz zwischen der gespeicherten 15 Sollspannung U0 und der Regelungsspannung Ubat erzeugt;
- – einen ersten Halbleiterschalter 16 des MOSFET-Typs, der den Erregerstrom Iexc steuert und von einem pulsweitenmodulierten Signal (MLI) angesteuert wird, dessen veränderlicher Arbeitszyklus abhängig vom Ergebnis 5 des Subtrahierers 14 ist, das von der Regelungsschleife 12 erzeugt wird;
- – eine erste Freilaufdiode 17, in welcher der Demagnetisierungsstrom des Rotors 4 zirkuliert, wenn der erste Halbleiterschalter 16 geöffnet ist.
-
Meistens ist dieser Typ „Single-Chip” Regler in einen Bürstenhalter 18 integriert, der Bürsten 19, 20 aufnehmende Fächer umfasst, die eine elektrische Verbindung mit der Erregerwicklung 3 des Rotors 5 mittels eines drehenden Kollektors sicherstellen.
-
Der Bürstenhalter 18 weist einen Leiterbahnenschaltkreis (dicke Linien in 1) auf, der es ermöglicht, das Regelungsmodul 1 zu verbinden:
- – mit einer Erde 21 des Bordnetzes 9 durch einen ersten Masseanschluss 22 mittels eines negativen Regelungssteckers 23;
- – zu einer positiven Leitung 24 des Bordnetzes 9 durch einen ersten Versorgungsanschluss 25 mittels eines positiven Regelungssteckers 26;
- – mit einer der Bürsten 19 durch einen ersten Erregungsanschluss 27, wobei die andere Bürste 20 mit dem negativen Regelungsstecker 23 verbunden ist.
-
Der positive Regelungsstecker 26 und der negative Regelungsstecker 23 des Bürstenhalters 18 sind entsprechend über Kabelverbindungen mit einer ersten Schraube 28, die allgemein einen positiven Anschluss B + A des Stromgenerators 2 bildet, und mit einer zweiten Schraube 29 verbunden, die einen negativen Anschluss des Stromgenerators 2, im Allgemeinen die Masse bildet.
-
Der erste Versorgungsanschluss 25 ist im Allgemeinen der Messanschluss, an welchem die Regelungsspannung Ubat mittels einer Spannungsteilerbrücke 13 abgegriffen wird. Als Folge der Kabelverbindungen zwischen dem Bürstenhalter 18 und dem Stromgenerator 2 sind die Spannung an den Anschlüssen des Reglers 2 und die Regelungsspannung Ubat identisch.
-
Somit ist die Regelungsspannung Ubat in Abhängigkeit der zwischen der Schraube B + A 28 und der Masse-Schraube 29 des Stromgenerators 2 gemessenen Ladung des Stromgenerators 2 sehr nah an der Sollspannung U0 (z. B. 14 V) je nach Fluss I des Stromgenerators 2, wie gut in der 2 gezeigt ist.
-
Der in der 1 gezeigte Spannungsregler 1 hat jedoch einen Nachteil, wonach im Falle eines Ausfalls des Regelungsmoduls 1 (z. B. wenn der erste Halbleiterschalter 16 im Durchlasszustand blockiert bleibt) der Rotor 4 permanent über den ersten Versorgungsanschluss 25 und den ersten Erregungsanschluss 27 versorgt wird.
-
In diesem Fall ist die Regelungsfunktion nicht länger sichergestellt, und auf dem Bordnetz 9 wird eine Überspannung erzeugt.
-
Um diese Überspannung auf dem Bordnetz im Falle eines Ausfalls einer elektronischen Komponente 16 des Spannungsreglers 1 zu vermeiden, ist es folgemäßig notwendig, einen Sicherheitsmechanismus („security mechanism” in der englischen Terminologie) zu implementieren, welcher ein zweites Modul verwendet, der vom Regelungsmodul 1 getrennt ist, und eine Überwachungsfunktion der Regelungsspannung Ubat des Bordnetzes 9 des Fahrzeugs durch den Stromgenerator 2 realisiert.
-
Die 3A zeigt schematisch einen Stromgenerator 2, 44 aufweisend einen Bürstenhalterregler 18, 43, der einen Spannungsregler 1 und ein Sicherheitsmodul 30 gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung in sich vereinigt, und der den vorgenannten Nachteil überwindet.
-
In dieser ersten Ausführungsvariante ist ein Sicherheitsmodul 30 zwischen der Erregerwicklung 3 und dem Regelungsmodul 1 eingefügt, das identisch zu demjenigen des bekannten, in der 1 gezeigten Spannungsreglers ist.
-
Dieses Sicherheitsmodul 30 umfasst einen zweiten Halbleiterschalter 31 des MOSFET-Transitor Typs, der am Ausgang des Regelungsmodul 1 in Reihe mit der Erregerwicklung 3 geschaltet ist.
-
Dieses Sicherheitsmodul 30 weist einen zweiten Erregungsanschluss 32, der mit dem ersten Erregungsanschluss 27 des Regelungsmoduls 1 verschaltet ist, und einen dritten Erregungsanschluss 33 auf, welcher vorgesehen ist, mit der Bürste 19 der Erregerwicklung 3 verschaltet zu sein.
-
Es wird versorgt aus einer Spannung zwischen einem zweiten Versorgungsanschluss 34, der dazu bestimmt ist, mit einer positiven Leitung 24 des Bordnetzes 9 verbunden zu sein, und einem zweiten Masseanschluss 35, der dazu bestimmt ist, mit der Masse 21 verbunden zu sein.
-
Der zweite Halbleiterschalter 31 ist zwischen diesem zweiten und dritten Erregungsanschluss 32, 33 derart geschaltet, dass der Erregerstrom Iexc unterbrochen wird, wenn ein Steuerschaltkreis 36 eine Überspannung auf dem zweiten Versorgungsanschluss 34 in Bezug zu dem zweiten Masseanschluss 35 detektiert.
-
Eine zweite Freilaufdiode 37 ist zwischen den dritten Erregungsanschluss 33 und den zweiten Masseanschluss 35 derart geschaltet, dass der Demagnetisierungsstrom des Rotors 4 zirkuliert, wenn der zweite Halbleiterschalter 31 gesperrt ist.
-
Im Falle einer fehlerfreien Funktionsweise des Spannungsreglers 1, 33, verbleibt der zweite Halbleiterschalter 31 im Durchleitungszustand; der aus der Batterie 10 kommende Magentisierungsstrom des Rotors 4 zirkuliert über den ersten Halbleiterschalter 16, dann über den Zweiten 31.
-
Wenn der erste Halbleiterschalter 16 während der low-Zustände des MLI Signals der Regelungsschleife 12 gesperrt ist, lassen die erste und zweite Freilaufdiode 17, 37 den Demagnetisierungsstrom zirkulieren.
-
Im Falle eines Ausfalls des Spannungsreglers 1, 30 kann der erste Halbleiterschalter 16 in dem Durchlasszustand geschaltet bleiben (Beispiel einer möglichen Fehlerart).
-
Das Sicherheitsmodul 30 detektiert dann eine Überspannung auf dem Bordnetz 9 und unterbricht den Erregerstrom Iexc, indem der zweite Halbleiterschalter 31 sperrt.
-
Die Demagnetisierung wird somit über die zweite Freilaufdiode 37 bewirkt.
-
Eine Strategie zum Unterbrechen des Erregerstroms und zum Wiedereinsetzen dieses Erregerstroms Iexc wird von dem Sicherheitsmodul 30 nach einer vorbestimmten Verfahrensweise implementiert.
-
Ein Schlafmodus des Sicherheitsmoduls 30 kann auf einem Lesen einer Aktivität des MLI-Signals beruhen.
-
Sofern eine Aktivität des MLI-Signals besteht (Erkennung einer Veränderung an dem zweiten Erregungsanschluss 32), kann sich das Sicherheitsmodul 30 dann in einen Aufwachmodus versetzen (wake-up). Das Sicherheitsmodul 30 ist dann unmittelbar funktionsfähig und benötigt somit keine zusätzliche Steuerleitung um den Schlafmodus und Aufwachmodus zu verwalten.
-
Sofern keine Aktivität des MLI-Signals detektiert wird, und ein vorbestimmter Bestätigungszeitraum vergangen ist, kann sich das Sicherheitsmodul in den Schlafmodus versetzen (geringer Verbrauch des Stroms aus der Batterie 10).
-
Die 3B und 3C zeigen schematisch einen Stromgenerator 2, 44 umfassend einen Bürstenhalterregler 18, 43, der einen Spannungsregler 1 und ein Sicherheitsmodul 30', 30'' in sich vereint, entsprechend einer ersten und zweiten Variante der ersten Ausführungsvariante der Erfindung in der 3A.
-
In diesen Varianten ist die Erregerwicklung 3 zwischen zwei Zweigen einer Architektur des Typs H-Brücke angeordnet.
-
In der ersten Variante in der 3B, umfasst ein erster Zweig dieser H-Brücke den ersten Halbleiterschalter 16 und die erste Freilaufdiode D1, 17 des Spannungsreglers 1. Ein zweiter Zweig dieser H-Brücke umfasst den zweiten Halbleiterschalter 31 und eine zweite Freilaufdiode D2', 37' des Sicherheitsmoduls 30'. Der zweite Halbleiterschalter 31 ist hier gemäß einer im Englischen <<low side>> genannten Montage zwischen den Masseanschluss 35 und einem Erregungsanschluss 33' geschaltet. Der Erregungsanschluss 33' liegt bei einem Mittelpunkt des zweiten Zweiges. Die Freilaufdiode D2' ist zwischen den Erregungsanschluss 33' und den Versorgungsanschluss 34 geschaltet. Die beiden Enden der Erregerwicklung 3 sind mit den entsprechenden Erregungsanschlüssen 27 und 33' über die entsprechende Bürste 19, 20 verbunden. Mit Ausnahme der Demagnetisierung, die durch die Freilaufdioden D1, D2' erreicht wird und die hier nicht weiter im Detail beschrieben ist, bleibt die Funktionsweise des Sicherheitsmoduls 30' im ganzen analog zu derjenigen des Sicherheitsmoduls 30.
-
Die zweite Variante in der 3C umfasst ein Sicherheitsmodul 30''. Diese zweite Variante unterscheidet sich von der ersten Variante in der 3B dahingehend, dass die Freilaufdioden D1, 17 und D2', 37' weggelassen und durch eine einzige Freilaufdiode D2''; 37'' ersetzt sind. Diese Freilaufdiode D2'' ist parallel zu der Erregerwicklung 3 angeordnet, zwischen den Erregungsanschlüssen 27 und 33'. Mit Ausnahme der Demagnetisierung, die durch die Freilaufdiode D2'' erreicht wird und die hier nicht im Detail weiter beschrieben ist, bleibt die Funktionsweise des Sicherheitsmoduls 30'' im ganzen analog zu derjenigen der Sicherheitsmodule 30 und 30'.
-
Die 4 zeigt schematisch einen Stromgenerator 2, 44 umfassend einen Bürstenhalterregler, der einen Spannungsregler 1, 30 in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung vereinigt.
-
In dieser zweiten Ausführungsvariante ist ein Sicherheitsmodul 30 in Reihe mit einer positiven Leitung 24 des Bordnetzes 9 geschaltet, um ein Regelungsmodul 1 zu versorgen, das identisch zu demjenigen des bekannten Spannungsreglers ist, der in der 1 gezeigt ist.
-
Das Sicherheitsmodul 30 umfasst hier einen zweiten Halbleiterschalter 31 des MOSFET-Transistor Typs, der zwischen den zweiten Versorgungsanschluss 34, welcher mit der positiven Leitung 24 verbunden ist, und einen zweiten Masseanschluss 35 geschaltet ist, der mit dem ersten Versorgungsanschluss 25 des Regelungsmoduls 1 verschaltet ist.
-
Der zweite Halbleiterschalter 31 trennt den von dem Bordnetz 9 gelieferten Erregerstrom Iexc über den ersten Halbleiterschalter 16, wenn der Steuerschaltkreis 36 eine Überspannung an dem zweiten Versorgungsanschluss 34 in Bezug zu einem dritten Masseanschluss 38 detektiert, der dafür vorgesehen ist, mit der Masse 21 verbunden zu sein.
-
Sofern das Regelungsmodul 1 nicht modifiziert ist, wird eine Messung Ureg der Regelungsspannung Ubat durch die Spannungsteilerbrücke 13 hinter dem Sicherheitsmodul 30 an dem ersten Versorgungsanschluss 25 in Bezug zu dem ersten Masseanschluss 22 ausgeführt.
-
Unter diesen Bedingungen wird die Regelungsspannung wegen des Serienwiderstandes des zweiten Halbleiterschalters 31 um eine gegebene Sollspannung U0 erhöht.
-
Zum Beispiel wird die Spannung für einen Erregerstrom Iexc von 5 A und einem Widerstand im leitenden Zustand von 0,1 Ω die Regelungsspannung Ubat um ΔV = 0.5 V) erhöht. Für eine Sollspannung U0 von 14 V ist die Regelungsspannung Ubat auf dem Bordnetz 9 14,5 V.
-
Somit erhöht sich, wie gut in der 5 gezeigt ist, die von der Ladung abhängige Regelungsspannung Ubat in Abhängigkeit vom Stromfluss I.
-
Falls der Ausfall des zweiten Halbleiterschalters 31 vom Typ Widerstand ist, erhöht sich die Regelungsspannung Ubat beträchtlich.
-
Beispielsweise wird für einen Erregerstrom Iexc von 5 A und einem Serienwiderstand des ausgefallenen Halbleiterschalters 31 in der Größenordnung von 1 Ω die Regelungsspannung Ubat um ΔV = 5 V erhöht.
-
Eine Variante der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung erlaubt es, diese Fehler der Regelungsschleife 12 zu korrigieren, indem ein modifiziertes Regelungsmodul 39 verwendet wird, wie es in der 6 gezeigt ist.
-
Indem modifizierten Regelungsmodul 39 ist der Messanschluss 40, mit welchem die Spannungsteilerbrücke 13 verschaltet ist, nicht mehr mit dem ersten Versorgungsanschluss 25 kombiniert.
-
Dieser Messanschluss 40 ist vorgesehen, direkt mit der positiven Leitung 24 verbunden zu sein, wodurch der erste Versorgungsanschluss 25 mit dieser positiven Leitung 24 über den zweiten Halbleiterschalter 31 verbunden ist.
-
Diese Variante erlaubt, die Regelungsspannung Ubat direkt am Bordnetz 9 zu messen und somit den durch das Sicherheitsmodul 30 eingebrachten Spannungsabfall ΔV zu eliminieren.
-
In dieser Variante umfasst das Regelungsmodul 39 des Weiteren erste und zweite Überwachungsvorrichtungen 41, 42, die es entsprechend erlauben, den Fall einer Unterbrechung einer Verbindung zwischen dem Messanschluss 40 und der positiven Leitung 24 oder den Fall eines Ausfalls des zweiten Halbleiterschalters 31 zu behandeln.
-
Die erste Überwachungsvorrichtung 41 steuert das Öffnen des ersten Halbleiterschalters 16 durch Unterdrücken des MLI-Signals mittels eines logischen Ports 43 an, wenn eine erste Spannungsdifferenz V1 zwischen dem ersten Versorgungsanschluss 25 und dem Messanschluss 40 größer als ein erster vorbestimmter Grenzwert ist.
-
Ein erster Alarm A1 wird von der ersten Überwachungsvorrichtung 41 auf die Armaturentafel gesendet, um diese Trennung des Messanschlusses 40 vom Bordnetz 9 zu signalisieren.
-
Die zweite Überwachungsvorrichtung 42 steuert das Öffnen des ersten Halbleiterschalters 16 ebenfalls durch Unterdrücken des MLI-Signals mittels desselben logischen Ports 43 an, wenn eine zweite Spannungsdifferenz V2 zwischen dem Messanschluss 40 und dem ersten Versorgungsanschluss 25 größer als ein vorbestimmter zweiter Grenzwert ist.
-
Ein zweiter Alarm A2 wird von der zweiten Überwachungsvorrichtung 42 auf die Armaturentafel gesendet, um diesen Ausfall des zweiten Halbleiterschalters 31 zu signalisieren.
-
Die Tatsache, dass das Regelungsmodul 1 und das Sicherheitsmodul 30 voneinander verschieden sind, erlaubt es, dem bestehenden Bürstenhalter 18 Sicherheitsfunktionen leicht hinzuzufügen.
-
Genau genommen ist in diesen Bürstenhaltern 18 das Regelungsmodul 1 elektrisch mit einem Leiterbahnenschaltkreis (in dicken Linien) über Zwischenverbindungen des Typs „Bonding” verbunden, wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben worden sind.
-
In der ersten und zweiten Ausführungsvariante der Erfindung kann das Sicherheitsmodul 30 mittels Bonding auf den Leiterbahnenschaltkreis unter Beibehaltung des Regelungsmoduls 1 hinzugefügt werden, um einen Bürstenhalterregler 43 mit einer Sicherheitsfunktion zu erhalten, der in einem verbesserten Stromgenerator 44 integriert werden kann.
-
Wie offensichtlich ist, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsvarianten beschränkt. Insbesondere ist der genannte Typ des Halbleiterschalters 16, 31 nicht beschränkend. Die angegebenen numerischen Werte sind ebenfalls nicht einschränkend.
-
Andere Ausführungsvarianten weichen nicht vom Rahmen der vorliegenden Erfindung ab, sofern sie sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen ergeben.
