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Regeleinrichtung für Fahrzeuglichtmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Regeleinrichtung für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare
Fahrzeuglichtmaschinen, deren im Nebenschluß arbeitende Feldwicklung mit einem ihrer
Wicklungsenden an die erste von zwei die zu regelnde Gleichspannung führenden Ausgangsleitungen
und mit ihrem anderen Wicklungsende an den Kollektor eines an seinem Emitter mit
der zweiten Ausgangsleitung verbundenen Leistungstransistors angeschlossen ist,
der in einer von der jeweiligen Höhe der Gleichspannung abhängigen Folge abwechselnd
in seinen leitenden und gesperrten Betriebszustand von einem an seinem Emitter mit
der zweiten Ausgangsleitung verbundenen Steuertransistor gebracht wird, dessen Kollektor
mit der Basis des Leistungstransistors und über zwei miteinander in Reihe geschaltete
Widerstände mit der ersten Ausgangsleitung in Verbindung steht und dessen Basis
mit einer der beiden Elektroden einer in Sperrichtung betriebenen Zenerdiode verbunden
ist, die mit ihrer anderen Elektrode über einen Vorwiderstand ebenfalls an die erste
Ausgangsleitung angeschlossen ist.
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Bei bekannten Regeleinrichtungen ist eine in Sperrichtung betriebene
Zenerdiode vorgesehen, die zwischen dem Abgriff eines über der zu regelnden Ausgangsgleichspannung
der Lichtmaschine liegenden, einstellbaren Spannungsteilers und der Basis eines
Steuertransisistors liegt, dessen Emitter ebenso wie der Emitter des Leistungstransistors
an einer der beiden Ausgangsleitungen und mit seinem Kollektor, an welchem die Basis
des Leistungstransistors entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines
Stromverstärkungstransistors angeschlossen ist, über einen Arbeitswiderstand mit
der anderen Ausgangsleitung verbunden ist. Der Leistungstransistor dieser bekannten
Regeleinrichtungen wird proportional zu den Abweichungen vom Sollwert um so stärker
in sein Gebiet geringerer Leitfähigkeit gesteuert, je weiter die Ausgangsspannung
der Lichtmaschine über ihren Sollwert hinaus ansteigt. Bei diesen Proportionalreglern
ergibt sich eine verhältnismäßig hohe Kollektorverlustleistung im Bereich mittlerer
Antriebsdrehzahlen und mittlerer Lastströme der Lichtmaschine. Es ist bekannt, daß
mit einem Leistungstransistor wesentlich größere Erregerleistungen gesteuert werden
können, wenn der Leistungstransistor im Schalterbetrieb arbeitet, wobei er abwechselnd
aus seinem Zustand hoher Leitfähigkeit in seinen Sperrzustand gebracht wird und
das Verhältnis der Leitfähigkeitsdauer zur Dauer des Sperrzustandes je nach der
Höhe der Antriebsdrehzahl der Lichtmaschine und der Höhe des dieser entnommenen
Belastungsstroms derart geändert wird, daß die an den Ausgangsklemmen der Lichtmaschine
zur Verfügung stehende Spannung praktisch innerhalb des gesamten Drehzahl- und Lastbereichs
konstant bleibt. Zur Aufrechterhaltung eines schnellen Wechsels zwischen Leitfähigkeitszustand
und Sperrzustand ist es erforderlich, daß der Steuertransistor durch die auftretenden
Abweichungen von der Sollspannung eine genügend starke Aussteuerung erfährt. Die
Schwierigkeit liegt jedoch darin, daß die Frequenz der beschriebenen Umstenerungsvorgänge
bereits bei kleinen Lichtmaschinen derart niedrig ist, daß man ohne besondere Maßnahmen
die zur Aussteuerung der Regeleinrichtung erforderlichen Schwankungen der Sollspannung
nicht in dem gewünschten geringen Ausmaß von etwa 1 % der Sollspannung halten kann.
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Es ist deshalb bereits in einem älteren Patent vorgeschlagen worden,
den Steuertransistor über einen Transformator mit dem Leistungstransistor zu koppeln
und dabei wenigstens eine Transformatorwicklung so in den Steuerkreis des Steuertransistors
einzuschalten, daß sich eine von der Induktivität der Lichtmaschine unabhängige,
selbsterregte Sperrschwingung einstellt, sobald die Sollspannung erreicht oder überschritten
wird. Durch die Verwendung von Transformatoren werden jedoch Regeleinrichtungen
der beschriebenen Art erheblich verteuert, weil man in diesem Fall zwischen dem
Tansformator und der Basis des Leistungstransistors Gleichrichter vorsehen muß,
um eine Beschädigung der Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors durch die
in Sperrrichtung auftretenden hohen Spannungsspitzen zu vermeiden.
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Während bei diesen Regeleinrichtungen nach dem älteren Patent der
Steuertransistor mit seiner Emitter-Basis-Strecke in der Diagonale einer nichtlinearen,
in
einem Zweig eine Zenerdiode enthaltenden Brückenschaltung angeordnet sein soll,
welche mit ihrer anderen Diagonale über der zu regelnden Ausgangsspannung liegt
und den als Sperrschwinger transformatorisch rückgekoppelten Steuertransistor sperrt,
wenn der Sollwert erreicht wird, ist nach anderen, ebenfalls älteren Vorschlägen
vorgesehen, in Anlehnung an die eingangs geschilderten Proportionalregler als Sollwert
geber eine Zenerdiode zwischen der Basis des Steuertransistors und dem Abgrifl eines
über der Ausgangsspannung liegenden Spannungsteilers anzuordnen. Um in diesem Fall
den Leistungstransistor auch bei sehr kleinen Regelabweichungen möglichst rasch
aus dem voll stromleitenden Zustand in den Sperrzustand und zurück umsteuern zu
können, ist es notwendig, daß der über die Zenerdiode fließende Emitter-Basis-Strom
des Steuertransistors sich möglichst stark ändert und daher an dem mit der anderen
Ausgangsleitung verbundenen Teilwiderstand des Spannungsteilers einen möglichst
kleinen Spannungsabfall erzeugt. Wenn jedoch der Spannungsteiler niederohmig ausgeführt
wird, entsteht im Regler eine beachtliche Wärmeentwicklung, die wegen der starken
Temperaturempfindlichkeit der Transistoren und der Zenerdiode möglichst vermieden
werden muß, zumal die sonstigen stromdurchflossenen Schaltelemente der Regeleinrichtung
ebenfalls an der Wärmeentwicklung beteiligt sind.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Großteil der Wärmeentwicklung
dem von der Basis des Leistungstransistors zu einer Ausgangsleitung führenden Arbeitswiderstand
des Steuertransistors zuzuschreiben ist, weil dieser bei stromleitendem Leistungstransistor
dem Basisstrom des Leistungstransitor und bei gesperrtem Leistungstransistor den
mindestens ebenso großen Kollektorstrom des Steuerwiderstandes bei unmittelbarer
galvanischer Kopplung zwischen diesen beiden Transistoren führt. Es ist weiterhin
erkannt worden, daß der Kollektorstrom zur Sperrung des Leistungstransistors nur
um weniges größer zu werden braucht als der bei stromleitendem Leistungstransistor
erforderliche Emitter-Basis-Strom des Leistungstransistors.
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Man kann daher auf den seither vorgesehenen, über der Ausgangsspannung
liegenden niederohmigen Spannungsteiler ganz verzichten und demzufolge nicht nur
eine Einsparung an Schaltelementen erzielen, sondern auch die schädliche Wärmeentwicklung
erheblich vermindern, wenn gemäß der Erfindung die an ihrer einen Elektrode mit
der Basis des Steuertransistors verbundene Zenerdiode mit ihrer anderen Elektrode
unmittelbar an den Verbindungspunkt zweier nur vom Kollektorstrom des Steuertransistors
bzw. vom Basisstrom des Leistungstransistors durchflossener Widerstände angeschlossen
ist. Hierdurch erzielt man außerdem den Vorteil, daß die Zenerdiode von dem Steuertransistor
selbsttätig gegen Dberlastung geschützt wird, wenn beispielsweise infolge der vorherrschenden
Erregung der Lichtmaschine unter Aufrechterhaltung der Antriebsdrehzahl die an die
Lichtmaschine angeschlossenen Verbraucher abgeschaltet werden und dann die Ausgangsspannung
wegen der fehlenden Belastung sprunghaft ansteigt.
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Um einen raschen Übergang des Leistungstransistors vom Einschalt-
in den Ausschaltzustand sicherzustellen und die Kollektorverlustleistung am Leistungstransistor
klein zu halten, empfiehlt es sich wegen der wenn auch geringen Gegenkopplung, welche
der erfindungsgemäße Anschluß der Zenerdiode an die Arbeitswiderstände des Steuerwiderstandes
mit sich bringt, gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Basis des Steuertransistors
über einen mit einem Kondensator in Reihe geschalteten Widerstand mit der Kollektoreletrode
des Leistungstransistors zu verbinden, so daß eine Rückkopplungswirkung zustande
kommt und der Steuertransistor um so stärker stromleitend wird, je rascher der Leistungstransistor
in seinen Sperrzustand übergeht.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
zwei Lichtanlagen in ihrem Schaltbild dargestellt, die eine Gleichstromlichtmaschine
und eine reit dieser zusammenwirkende Regeleinrichtung enthalten.
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Die durch eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine antreibbare
Lichtmaschine der Lichtanlage nach F i g. 1 hat einen umlaufenden Anker A und eine
feststehende Feldwicklung F, die zusammen mit einer zu einer Batterie B führenden
Minusleitung 10 an die Minusbürste a der Lichtmaschine angeschlossen ist. Von der
Plusbürste b führt eine Leitung 11 zu einem Widerstand 12 von etwa 0,01 Oh1n. Das
andere Ende des Widerstandes 12
ist über eine Leitung 13 mit der Zuleitungselektrode
einer Germaniumdiode 14 verbunden, die mit ihrer Ableitungselektrode an die Plusklemme
der Batterie B angeschlossen und so bemessen ist, daß sie den durch die Baugröße
der Lichtmaschine festgelegten Höchstwert des LichtmaschinenlaststromesJL zu führen
vermag.
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Die im Nebenschluß arbeitende Feldwicklung F der Lichtmaschine liegt
am Kollektor eines Leistungstransistors 20 vom p-n-p-Typ, der unter der Typenbezeichnung
TF 90 erhältlich ist. Der Emitter dieses Transistors ist über eine Siliziumdiode
21 und einen Widerstand 22 von etwa 10 Ohm mit der Plusleitung 11 verbunden.
Vom Verbindungspunkt P der Siliziumdiode 21 und des Widerstandes 22 führt eine Leitung
23 zum Emitter eines zur Steuerung des Leistungstransistors 20 dienenden zweiten
Transistors 25, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 20 verbunden und
über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 26 und 27 an die Minusleitung
10 angeschlossen ist. Von dem Verbindungspunkt S dieser beiden Widerstände
zweigt eine Leitung 29 ab, die zu einer der beiden Anschlußelektroden einer in Sperrichtung
betriebenen Zenerdiode 30 führt. Die andere Elektrode der Zenerdiode ist
mit der Basis des Steuertransistors 25 und mit einem Widerstand 31 verbunden, der
an das Leitungsstück 13 angeschlossen ist. Der Zenerdiode 30 räumlich unmittelbar
gegenüberstehend ist eine Heizwicklung 35 vorgesehen. Ihr eines Wicklungsende ist
mit der Leitung 13, ihr anderes Wicklungsende mit der Leitung 11 verbunden.
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Durch den Anschluß der Zenerdiode 30 an den Verbindungspunkt der im
Kollektorstromkreis des Steuertransistors 25 und gleichzeitig im Basisstromkreis
des Leistungstransistors 20 liegenden Widerstände 26 und 27 wird ein besonderer,
zwischen der Plusleitung 13 und der Minusleitung 10 liegender Spannungsteiler für
die Zenerdiode überflüssig. Darüber hinaus bringt diese Anordnung den Vorteil mit
sich, daß die gegenüber Spannungen sehr empfindliche
Zenerdiode
ausreichend für den Fall geschützt wird, daß die mit einem starken Laststrom JL
belastete Lichtmaschine durch Abschalten der Verbraucher plötzlich entlastet wird.
In diesem Falle springt nämlich die Ausgangsspannung der Lichtmaschine infolge des
starken Erregerfeldes kurzzeitig auf einen hohen Wert an, der jedoch nicht zu einer
Zerstörung der Zenerdiode 30 führen kann, weil gleichzeitig der Steuertransistor
25 stark stromleitend wird und am Widerstand 27 einen Spannungsabfall erzeugt, durch
den die an der Zenerdiode wirksame Spannung herabgesetzt wird.
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Zur Erhöhung der Regelfrequenz und zur Verringerung der an den Transistoren
20 und 25 auftretenden Kollektorverlustleistung ist ein Rückkopplungszweig vorgesehen,
der bewirkt, daß die Transistoren sprunghaft aus ihrem voll stromleitenden Zustand
in den Sperrzustand und umgekehrt übergeführt werden. Dieser Rückkopplungszweig
umfaßt einen an die Basis des Steuertransistors 25 angeschlossenen Kondensator 36
von 0,2 uF und einen Widerstand 37, der zusammen mit der Erregerwicklung F und einer
Diode 38 an den mit dem Kollektor des Leistungstransistors 20 verbundenen
Verzweigungspunkt T angeschlossen ist. Die zur Erregerwicklung parallel geschaltete
Diode 38 dient ledig lich dazu, die beim Sperren des Leistungstransistors
20 auftretenden induktiven Spannungsspitzen zu beschneiden und dadurch den
Leistungstransistor vor überlastung zu schützen. Für die im folgenden näher beschriebene
Wirkungsweise der Regeleinrichtung hat sie jedoch keine grundsätzliche Bedeutung.
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Sobald der Anker A der Lichtmaschine mit einer über der Leerlaufdrehzahl
der Brennkraftmaschine liegenden Drehzahl aus dem Stillstand heraus angetrieben
wird, verursacht das in den Einzelteilen der Lichtmaschine verbliebene magnetische
Restfeld eine anfänglich kleine, dann jedoch rasch infolge Selbsterregung anwachsende
Spannung zwischen den Bürsten a und b der Lichtmaschine. Während dieses
Selbsterregungsvorgangs bleibt der Leistungstransistor 20 so lange voll stromleitend,
bis die Klemmenspannung der Lichtmaschine ihren Sollwert von etwa 13,5 V
erreicht.
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Da die beiden Widerstände 26 von 120 Ohm und 27 von 40 Ohm derart
gewählt sind, daß beim Sollwert der Lichtmaschinenspannung die zwischen der Basis
des Steuertransistors 25 und dem Verbindungspunkt S der beiden Widerstände 26 und
27 ent stehende Spannung den Wert der Durchbruchsspannung der Zenerdiode
30 erreicht, wird die Zenerdiode 30 stromleitend und vermag dann einen zusätzlichen
Basisstrom J6 zu führen, durch den der Steuertransistor 25 stärker stromleitend
gemacht wird. Der dann einsetzende verstärkte Kollektorstrom J, des Steuertransistors
bewirkt, daß der Leistungstransistor 20 in zunehmendem Maße gesperrt wird. Dabei
muß jedoch der Kollektorstrom J, des Leistungstransistors 20 unter seinen
seitherigen Wert absinken und es entsteht in dem Stromkreis aus Feldwicklung F und
Diode 38 ein in der Zeichnung mit JU angedeuteter Ausgleichsstrom, da infolge der
Induktivität der Feldwicklung F eine Gegenspannung U, entsteht, die den seither
in der Feldwicklung F fließenden Strom aufrechtzuerhalten sucht. Je höher diese
Gegenspannung wird, um so tiefer sinkt das Potential t des Verbindungspunktes
T ab. Hierdurch entsteht ein dem Kondensator 36 zufließender Ladestrom Jä.
Durch diesen wird wenigstens kurzzeitig der Basisstrom J6 in seiner seither_-gen
Höhe erhalten oder sogar über diesen Wert hinaus gesteigert, obwohl das Potential
des Verbindungspunktes S, an den die Zenerdiode 30 angeschlossen ist, infolge
Absinkens der Lichtmaschinenklemmenspannung weniger stark negativ wird und daher
die Zenerdiode 30 nicht mehr in stromleitendem Zustand halten kann. Es entsteht
daher über den Kondensator 36 eine Rückkopplung, die bewirkt, daß der Leistungstransistor
sehr rasch aus seinem stromleitenden Zustand in seinen Sperrzustand übergeführt
wird und dort so lange verbleibt, bis die Lichtmaschinenspannung ihren Sollwert
geringfügig unterschreitet. Sobald der Kondensator 36 aufgeladen ist, kann sein
seitheriger Ladestrom J" nicht mehr aufrechterhalten werden, so daß der Kollektorstrom
J, des Steuertransistors 25 absinkt und dabei den Leistungstransistor wieder stromleitend
macht. Der dann einsetzende Kollektorstrom J,' des Leistungstransistors erhöht die
Erregung der Lichtmaschine erneut und hat zur Folge, daß die Lichtmaschinenspannung
wieder anzusteigen beginnt. Dadurch wird das eben beschriebene Reglerspiel erneut
eingeleitet.
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Da für eine konstant bleibende Größe des Liehtmaschinenlaststromes
JL der zeitliche Mittelwert des in der Erregerwicklung F fließenden Stroms um so
kleiner werden muß, je höhere Werte die Antriebsdrehzahl n der Lichtmaschine annimmt,
muß das Verhältnis derjenigen Zeitspanne, während der der Leistungstransistor voll.
stromleitend wird, im Vergleich zu den jeweiligen Sperrperioden des Leistungstransistors
ebenfalls verkleinert werden. Bei hohen Antriebsdrehzahlen werden jedoch die genannten
Zeitspannen so kurz, daß die über den Widerstand 37 und den Kondensator 36 erfolgende
Rückkopplung nur noch einen sehr geringen Einfluß auf die jeweilige Betriebslage
des Steuertransistors 25 hat. Um jedoch auch in diesem Fall ein genügend rasches
Umkippen des Leistungstransistors 20 aus seinem voll stromleitenden in seinen
nicht leitenden Zustand sicherzustellen, sind die beiden Transistoren 25 und 20
durch eine Stromrückkopplung miteinander verbunden. Diese erfolgt mit Hilfe des
Widerstandes 22. Da zu dem die Feldwicklung F durchfließenden Kollektorstrom J,
des Leistungstransistors 20 ein entsprechend großer Emitterstrom
Je gehört, der den Widerstand 22 durchfließt und an diesem .einen
Spannungsabfall erzeugt, der die zwischen dem Emitter und der Basis des Steuertransistors
wirksame Spannung herabsetzt, ruft er schon bei geringfügigem Absinken einen verstärkten
Kollektorstrom J, des Steuertransistors hervor, der seinerseits den Leistungstransistor
stärker in sein Sperrgebiet steuert. Durch die Art der Rückkopplung wird gleichzeitig
erreicht, daß auch bei niedrigen Antriebsdrehzahlen der Lichtmaschine, bei denen
der Leistungstransistor wesentlich länger stromleitend als gesperrt sein muß, eine
nur geringfügige Unterschreitung der Lichtmaschinensollspannung gegenüber den sich
bei hohen Antriebsdrehzahlen einstellenden Spannungswerten eintritt.
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Außer dieser Maßnahme zur Kompensation der Drehzahlabhängigkeit der
Lichtmaschinenspannung ist eine weitere Maßnahme zur Kompensation der mit steigendem
Laststrom auftretenden Herabsetzung der Lichtmaschinenspannung vorgesehen. Dies
wird
durch die der Zenerdiode 30 räumlich unmittelbar gegenüberstehend
angeordnete Heizwicklung 35 erzielt. Der zur Rückstromdiode 14 fließende Laststrom
JL erzeugt nämlich an dem niederohmigen Widerstand 12 einen Spannungsabfall UL,
der um so größer wird, je stärker der Laststrom ansteigt. Dieser Spannungsabfall
hat einen durch die Heizwicklung 35 fließenden Heizstrom JN zur Folge, durch den
die Zenerdiode 30 aufgeheizt wird. Die der Zenerdiode auf diese Weise zugeführte
Wärmemenge steigt quadratisch mit dem Heizstrom JH und daher mit dem Laststrom JL
an. Mit steigender Temperatur der Zenerdiode steigt jedoch die Durchbruchsspannung
der Zenerdiode ebenfalls an und der eingangs beschriebene Spannungsregelungsvorgang
setzt daher bei hohen Lastströmen erst dann ein, wenn die an der Zenerdiode wirksame
Teilspannung der Lichtmasehinenspannung die erhöhte Durchbruchsspannung erreicht.
Durch geeignete Bemessung des auf die Zenerdiode einwirkenden Heizstroms kann man
auf diese Weise erreichen, daß die eingeregelte Spannung praktisch vollkommen gleich
bleibt, solange der Laststrom unterhalb eines durch die Baugröße der Lichtmaschine
festgelegten Höchstwerts bleibt Erst wenn dieser Höchstwert des Laststroms erreicht
wird, setzt unabhängig von dem beschriebenen Spannungsregelungsvorgang der im folgenden
näher beschriebene Stromregelungsvorgang ein.
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Wie F i g. 1 erkennen läßt, ist der Emitter und die Basis des Steuertransistors
25 so an den Steuerwiderstand 12 angeschlossen, daß die am Steuerwiderstand 12 entstehende
Spannung UL den Steuertransistor in sein stärker stromleitendes Gebiet zu bringen
versucht. Da jedoch der über den Steuertransistor 25 fließende Kollektorstrom J,
zu dem von der Emitterelektrode zur Basis des Steuertransistors fließenden Emitter-Basis-Strom
proportional ist und dieser sich nur wenig ändert, solange die zwischen der Emitterelektrode
und der Basis des Steuertransistors wirksame Spannung einen bei etwa 0,3 V liegenden
Wert nicht überschreitet, vermag sich der am Steuerwiderstand 12 entstehende
Spannungsabfall erst dann auszuwirken, wenn er diesen Wert erreicht. Der Steuertransistor
wird in diesem Fall unabhängig von der jeweiligen Höhe der Lichtmaschinenspannung
stärker stromleitend gemacht und bewirkt, daß der Leistungstransistor 20 gesperrt
wird. Damit der Leistungstransistor 20 voll ausgenützt werden kann, muß auch in
diesem Bereich des Laststroms der Regelungsvorgang so erfolgen, daß der Leistungstransistor
aus seinem voll stromleitenden Zustand sprunghaft in seinen Sperrzustand übergeführt
werden kann und aus diesem Zustand wieder zurückkippt. Dazu dient der Widerstand
22, der in der Emitterzuleitung des Leistungstransistors 20 liegt. Er ergibt daher
auch die erforderliche Rückkopplung, weil der an ihm vom Emitterstrom Je des Leistungstransistors
erzeugte Spannungsabfall dem vom Laststrom JL der Lichtmaschine erzeugten Spannungsabfall
UL entgegenwirkt, wenn der Leistungstransistor aus seinem Sperrzustand in den leitenden
Zustand übergeht, dagegen den Spannungsabfall UL in seiner Wirkung auf den Steuertransistor
unterstützt, wenn der Leistungstransistor aus seinem leitenden Zustand in den Sperrzustand
zurückkehrt.
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Die Regeleinrichtung für die in F i g. 2 dargestellte Lichtanlage
ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie diejenige nach Fig. 1. Sie unterscheidet sich
jedoch in einigen wesentlichen Punkten von dieser. Soweit in der Lichtanlage nach
F i g. 2 gleiche oder gleichwirkende Teile wie in derjenigen nach F i g. 1 verwendet
sind, tragen sie die gleichen Bezugszeichen. Die Regeleinrichtung nach F i g. 2
enthält ebenfalls zwei Transistoren, nämlich einen Steuertransistor 25 und einen
Leistungstransistor 20. An den Kollektor des Leistungstransistors ist ebenso wie
bei der Anlage nach F i g. 1 eine zur Unterdrückung induktiver Spannungsspitzen
dienende Löschdiode 38 parallel zur Erregerwicklung F angeschlossen. Die Spannungsregelung
erfolgt über die Zenerdiode 30, die zusammen mit dem Rückkopplungswiderstand 37
an die Basis des Steuertransistors 25 und mit ihrer Zuleitungselektrode an den Abgriff
40 eines Potentiometers 41 angeschlossen ist. Dieser liegt zusammen mit einem
Widerstand 26 in einer Verbindungsleitung von dem Kollektor des Steuertransistors
25 und der mit diesem verbundenen Basis des Leistungstransistors 20 zu der Minusleitung
10. Das Potentiometer ist derart eingestellt, daß die am Abgriff 40 entstehende
Spannung UZ etwa 60 bis 90% der Lichtmaschinenspannung beträgt. Besonders günstig
ist ein Spannungsteilerverhältnis von etwa 8: 10. Die Stromrückkopplung zur
Erzielung rascher Übergänge vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand erfolgt
über einen einstellbaren Widerstand 43 in der zur Plusbürste der Lichtmaschine führenden
Verbindungsleitung 44.
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Über die bereits bei der Lichtanlage nach F i g. 1 verwendeten Maßnahmen
hinaus sind bei der Lichtanlage nach F i g. 2 weitere Verbesserungen hinsichtlich
der Stromspannungsregelkennlinie erzielt. Dazu dient ein vom Verbindungspunkt S`
zur Minusleitung 10 führender NTC-Widerstand 50, der etwa 900 Ohm bei 25° C hat
und mit einem Widerstand 52 von etwa 50 Ohm in Reihe geschaltet ist. Im Steuerkreis
des Steuertransistors 25 ist ein zweiter NTC-Widerstand 55 von etwa 50 Ohm bei 25°
C und in Reihe mit diesem ein Festwiderstand 56 von etwa 10 Ohm vorgesehen. Von
der Basis des Steuertransistors zweigt außerdem eine Germaniumdiode 57 ab, die über
einen Widerstand 58 von 10 Ohm an einen Verzweigungspunkt Q zwischen zwei Widerständen
angeschlossen ist. Von diesen Widerständen liegt der mit 60 bezeichnete an
der Leitung 44 und hat einen Widerstand von etwa 12 Ohm, während der bei
61 angedeutete zweite Widerstand von etwa 1 Ohm veränderbar ausgebildet und an eine
mit der Batterie B verbundene Plusleitung 65 angeschlossen ist. An dieser liegt
auch die bei 35 angedeutete Heizwicklung für die Zenerdiode 30. Das andere
Ende der Heizwicklung steht über eine Leitung 66 mit der Leitung 44 in Verbindung.
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Die beiden NTC-Widerstände 50 und 55 dienen dazu, die Regelkennlinie
der Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der jeweils herrschenden Umgebungstemperatur
der Lichtmaschine zu beeinflussen. Bei niedrigen Temperaturen vermag nämlich die
Lichtmaschine wesentlich höhere Leistungen abzugeben als bei hohen Umgebungstemperaturen,
da sie in diesem Fall die bei voller Leistung entstehende Verlustwärme besser an
die Umgebungsluft abgeben kann. Außerdem ist der Leistungsbedarf der beispielsweise
in einem Kraftfahrzeug eingebauten Verbraucher (Anlaßmotor, Scheinwerferlampen usw.)
im Winter wesentlich größer als im Sommer, was sich insbesondere darin zeigt, daß
zum
Starten einer in F i g. 2 nicht dargestellten, als Antrieb für
die Lichtmaschine dienenden Brennkraftmaschine ein wesentlich höherer Strom aus
der mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Sammlerbatterie B entnommen werden
muß. Wie jedoch im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bereits
dargelegt wurde, ist die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 30 um so höher, je größer
die Arbeitstemperatur des in der Zenerdiode verwendeten Halbleiterelements ist.
Ohne Kompensationsmittel würde daher die Regeleinrichtung bei den im Winter auftretenden
tiefen Temperaturen einen Sollwert der Lichtmaschinenspannung einregeln, der um
so tiefer liegt, je tiefer die Umgebungstemperatur der Lichtmaschine absinkt. Ein
solches Temperaturverhalten wäre dem eingangs dargelegten Leistungsbedarf entgegengerichtet.
Wie F i g. 2 erkennen läßt, ist der Anschlußpunkt S' der Zenerdiode 30 mit
dem Abgriff 40 eines Potentiometers verbunden. Die notwendige Kompensation
muß daher die gleiche Wirkung haben wie diejenige, die durch Vergrößern des zwischen
dem Abgriff 40 und der Minusleistung 10 liegenden Widerstandes 42 ausgelöst würde.
Zu diesem Zweck ist zu dem zwischen der Minusleistung 10 und dem Abgriff
40 wirksamen Teilwiderstand der NTC-Widerstand 50 und der mit diesem in Reihe
liegende Festwiderstand 52 parallel geschaltet. Der NTC-Widerstand bekommt mit steigender
Temperatur einen größer werdenden Leitwert und ist daher bei niedrigen Temperaturen
als Nebenschluß zu dem genannten Teilwiderstand wesentlich weniger stark wirksam
als bei hohen Umgebungstemperaturen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Ausgangsspannung
der Lichtmaschine bei niedrigen Umgebungstemperaturen über diejenigen Werte hinaus
angehoben wird, die sich bei hohen Umgebungstemperaturen einstellen.
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Während der NTC-Widerstand 50 in der beschriebenen Weise auf den Spannungsregelungsvorgang
einwirkt, soll durch den in der Verbindungsleitung von der Basis des Steuertransistors
25 zur Leitung 44
eingeschalteten zweiten NTC-Widerstand 55 der Strombegrenzungsvorgang
in der Weise beeinflußt werden, daß die Strombegrenzung bei tiefen Temperaturen
erst bei wesentlich höheren Werten des Laststroms JL einsetzt. Hierdurch wird gewährleistet,
daß die Batterie B bei Fahrbetrieb im Winter sehr rasch wieder nachgeladen werden
kann, wenn sie beispielsweise durch einen vorhergehenden Startvorgang stark beansprucht
worden ist. Der Stromregelungsvorgang wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g.
2 durch den Spannungsabfall UL ausgelöst, der an dem Widerstand 12 entsteht,
wenn der Lichtmaschine ein großer Laststrom JL entnommen wird. Der Spannungsabfall
UL wird im Verhältnis der Widerstände 61 und 60 aufgeteilt und verursacht
dann einen stärkeren Emitter-Basis-Strom Je und damit einen stärkeren Kollektorstrom
J, des Steuertransistors 25, wenn der Laststrom einen Wert erreicht, der nahe bei
dem von der jeweiligen Betriebstemperatur abhängigen Höchstwert liegt. Dieser Auslösewert
liegt wegen der Temperaturabhängigkeit des Steuertransistors 25 bei um so niedrigeren
Werten, je höher die jeweilige Betriebstemperatur des Steuertransistors 25 ist.
Der an der Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors wirksame Teil des Spannungsabfalls
UL wird jedoch mit Hilfe des NTC-Widerstandes stark herabgesetzt, wenn die Betriebstemperatur
des Reglers hoch ist, und dementsprechend bei niedrigen Temperaturen erhöht, da
in diesem Falle der zum Widerstand 60 parallel liegende Gesamtwiderstand aus dem
NTC-Widerstand und dem Festwiderstand 60 wesentlich größer und daher weniger wirksam
ist als bei hohen Temperaturen. Auf diese Weise erreicht man, daß die Stromregelung
bei niedrigen Temperaturen erst bei wesentlich höheren Werten des Laststromes einsetzt
als bei hohen Betriebstemperaturen. Diese Strombegrenzung ergibt in Verbindung mit
der oben beschriebenen Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Spannungsregelung
eine wesentlich bessere Ausnutzung der Lichtmaschine und eine günstigere Angleichung
der Batterieladung an den Leistungsbedarf.