DE1438675B1

DE1438675B1 - Schutzschaltung fuer den Haupttransistor einer Spannungsregeleinrichtung

Info

Publication number: DE1438675B1
Application number: DE19631438675D
Authority: DE
Inventors: Kuhn Dipl-Ing Edgar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1963-07-20
Filing date: 1963-07-20
Publication date: 1970-05-27
Also published as: CH410133A; AT245120B; JPS417362B1; GB1066572A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzschaltung für den Haupttransistor einer Spannungsregeleinrichtung für einen mit stark wechselnden Drehzahlen angetriebenen Generator, dessen Feldwicklung intermittierend mit Erregerstrom über die Emitter-Kollektor-Strecke des im Schaltbetrieb arbeitenden Haupttransistors gespeist wird, der durch einen basisseitig in Abhängigkeit von der zu regelnden Generatorausgangsspannung beeinflußten und mit seinem Kollektor an den Basiszweig des Haupttransistors angeschlossenen Vortransistor bei Erreichen des Spannungssollwertes und durch einen weiteren Transistor bei Überschreiten einer Stromgröße aus dem leitenden Betriebszustand in seinen Sperrzustand steuerbar ist (französische Patentschrift 1198 885).

Dort ist in F i g. 1 eine solche Gleichstromlichtanlage für Fahrzeuge beschrieben, bei welcher in dem den Laststrom führenden, mit der Fahrzeugbatterie verbundenen Ankerstromkreis ein Steuerwiderstand angeordnet ist und die an diesem Widerstand entstehende Spannung einem Hilfstransistor zugeführt ist, der so vorgespannt ist, daß er bis zum Erreichen eines zulässigen Höchstwertes des Lichtmaschinenlaststromes stromleitend bleibt. Dieser Hilfstransistor liegt mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Reihe zu einem zur Einstellung des Spannungssollwertes dienenden Potentiometer, an dessen Abgriff in gleicher Weise wie bei einem Regler der eingangs geschilderten, bekannten Art über eine Zenerdiode ein Vortransistor angeschlossen ist, an dessen Kollektor die Basis eines in seiner Emitterzuleitung eine Diode aufweisenden Haupttransistors liegt, der den Erregerstrom taktweise periodisch ein- und ausschaltet und hierzu nach Art eines Multivibrators an seinem Kollektor mit der Basis des Vortransistors über einen Rückkopplungskreis verbunden ist, der aus einem Widerstand und einem zu diesem parallelen Kondensator besteht und zusammen mit den mechanischen und magnetischen Baugrößen der Lichtmaschine die Taktfrequenz bestimmt. In dieser Anordnung wird die Lichtmaschine vor Überlastung dadurch geschützt, daß beim Überschreiten des zulässigen Laststromwertes der Hilfstransistor weitgehend gesperrt und dadurch dem Vortransistor eine wesentlich höhere Ausgangsspannung vorgetäuscht wird, so daß der Regler auf eine oberhalb des Laststromhöchstwertes steil abfallende Spannungskennlinie einregelt. Wenn bei einer derartigen Anlage ein Teilkurzschluß in der Erregerwicklung auftritt, versucht der Vortransistor zur Erzielung des Spannungssollwertes den Haupttransistor trotz der Rückkopplung dauernd stromleitend zu halten, was die Gefahr mit sich bringt, daß der Haupttransistor schon nach kurzer Zeit infolge Überlastung zerstört wird und kein Erregerstrom mehr fließen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den Haupttransistor vor einer derartigen Überlastung schützende Schaltanordnung zu treffen, welche auch bei einem Teilkurzschluß noch eine Niedrigerregung der Lichtmaschine gewährleistet, jedoch sicherstellt, daß dabei der den Haupttransistor durchfließende Erregerstrom einen durch die Baugröße des Haupttransistors festgelegten Höchstwert nicht überschreitet.

In der USA.-Patentschrift 3 032 701 ist eine Überwachungseinrichtung für den Erregerkreis vorgesehen, die einen bei überhöhtem Erregerstrom stromleitend werdenden Thyristor enthält, der parallel zur Feldwicklung geschaltet ist und daher keine Entlastung der den Erregerstrom führenden, dort als Thyristoren ausgebildeten und mit Anschnittsteuerung arbeitenden Halbleiter herbeiführt.

Es ist bereits eine Schutzeinrichtung für einen Schalttransistor bekannt, bei der zwischen dem Steuerglied und dem Schalttransistor ein bei Überschreiten eines bestimmten Stromwertes den Schalttransistor in den nichtleitenden Zustand steuerndes Schaltglied vorgesehen ist (deutsche Auslegeschrift 1061420).

Bei den Schutzschaltungen nach dem älteren deutschen Patent 1176 752 wird der mit der Erregerwicklung einer Lichtmaschine in Reihe liegende Haupttransistor durch einen Thyristor geschützt, der an den Kollektor des Vortransistors angeschlossen ist und beim Überschreiten des zulässigen Höchstwertes des Erregerstromes leitend wird; der Haupttransistor wird dann gesperrt bis zur nahezu vollständigen Entregung der Lichtmaschine. Im Gegensatz hierzu soll nach der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe noch ein Notbetrieb mit Niedrigerregung möglich sein.

Dies läßt sich bei der eingangs angegebenen Schutzschaltung dadurch erreichen, daß erfindungsgemäß der Kollektor des weiteren Transistors mit demjenigen des Vortransistors verbunden ist, während die Basis des weiteren Transistors einerseits über ein Serien-ÄC-Glied mit dem Kollektor des Haupttransistors und andererseits mit dem emitterseitigen Ende eines in der Emitterzuleitung des Haupttransistors liegenden, derart bemessenen Vorwiderstandes in Verbindung steht, daß bei Vorliegen eines einen zulässigen Wert übersteigenden Erregerstromes auf Grund eines Fehlers in der Feldwicklung der Maschine die Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors periodisch während einer im wesentlichen vom i?C-Glied bestimmten Einschaltdauer leitend wird und dadurch die Emitter-Kollektor-Strecke des Haupttransistors in gleicher Folge periodisch unterbricht.

Hierdurch wird der Erregerstrom durch den weiteren Transistor in einer durch das i?C-Glied festgelegten Folge getaktet und dabei der Erregerstrom auf einen solchen zeitlichen Mittelwert begrenzt, der für den Haupttransistor noch ungefährlich ist, aber einen Notbetrieb ermöglicht.

Durch die Verwendung des Serien-i?C-Gliedes werden nicht nur die Spitzenwerte des beim Ein- und Ausschalten des Haupttransistors über den Kondensator der Basis des weiteren, zum Schutz vorgesehenen Transistors zugeführten Rückkopplungsstromes begrenzt, sondern auch der Einfluß des beim Auftreten eines unzulässig hohen Erregerstromes vorhandenen Erregungszustandes der Lichtmaschine auf die Ansprechschwelle der Schutzschaltung weitgehend vermieden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Lichtmaschine für Fahrzeuge mit einer angeschlossenen Sammlerbatterie und einem Spannungsregler für die Lichtmaschine,

F i g. 2 den Spannungsregler in seinem elektrischen Schaltbild.

Die in F i g. 1 teilweise schematisch wiedergegebene Lichtanlage ist für Kraftfahrzeuge bestimmt und enthält eine Gleichstromlichtmaschine 10. Diese ist mit einer auf ihrer Ankerwelle 11 sitzenden Keilriemenscheibe 12 ausgerüstet, über welche sie von der nicht

Claims

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dargestellten Brennkraftmaschine des Fahrzeugs mit Infolge des rauhen Fahrzeugbetriebs besteht die stark wechselnden, den jeweiligen Fahrzuständen Gefahr, daß die Feldwicklung 19 einen Kurzschluß entsprechenden Drehzahlen angetrieben werden kann. erleidet. Dieser würde bei voll erregter Lichtmaschine Die Minusbürste 13 der Lichtmaschine 10 ist einseitig dazu führen, daß infolge der mit einer großen Zeitüber eine Minusleitung 14 an Masse angeschlossen. 5 konstante abklingenden Ausgangsspannung der Licht-Von der Plusbürste 15 fließt der Batterie 16 Lade- maschine der Haupttransistor 21 einen hohen Kurzstrom über eine Leitung 17 und eine im Gehäuse der schlußstrom führen müßte und dann rasch zerstört Lichtmaschine eingebaute Rückstromdiode 18 zu, die werden könnte. Um einen solchen hohen Kurzschlußverhindert, daß sich die Batterie bei Stillstand der strom rasch abfangen zu können und den Haupt-Lichtmaschine über deren Wicklungen entladen kann, ίο transistor 21 vor Zerstörung zu bewahren, ist eine

Die Lichtmaschine 10 enthält außerdem eine im Schutzvorrichtung vorgesehen, die als wesentlichen Nebenschluß arbeitende Feldwicklung 19 und arbeitet Bauteil einen Schutztransistor 35 enthält, dessen mit einem auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzenden Kollektor mit demjenigen des Vortransistors 22 verSpannungsregler 20 zusammen, der in Fig. 2 mit bunden ist. Die Basis des Schutztransistors 35 ist unterbrochenen Linien umrahmt ist und dazu dient, 15 einerseits mit dem emitterseitigen Ende des in der jeweils in Abhängigkeit von der zwischen den Bür- Emitterzuleitung zum Haupttransistor 21 liegenden sten 13 und 15 auftretenden Ausgangsspannung der Vorwiderstandes 31 über einen Widerstand 36 von Lichtmaschine der Feldwicklung 19 intermittierend etwa 400 Ohm verbunden und steht andererseits über Strom derart zuzuführen, daß die Ausgangsspannung ein kapazitives Zeitglied mit dem Kollektor des der Lichtmaschine praktisch konstant bleibt, sofern 20 Haupttransistors 21 in Verbindung. Dieses Zeitglied die Antriebsdrehzahl genügend groß ist. Der Span- besteht aus der Reihenschaltung eines Kondensators nungsregler enthält einen mit seiner Emitter-Kollek- 37 von etwa 0,1 μΡ und eines Widerstands 38 von tor-Strecke zur Feldwicklung 19 in Reihe geschalteten etwa 2000 Ohm.

Haupttransistor 21, der von dem Vortransistor 22 Der Schutztransistor 35 kann dann stromleitend

jeweils dann in seinen Sperrzustand gesteuert wird, 25 werden, wenn der Spannungsabfall am Vorwiderstand

wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine den 31 größer als 0,6 Volt wird. Dann steuert der über

Sollwert erreicht. Der Vortransistor 22 ist mit seiner den KoUektorwiderstand 26 fließende KoUektorstrom

Basis B über eine in ihrer Sperr-Richtung betriebene des Schutztransistors 35 die beiden Transistoren 21

Zenerdiode 23 an den Abgriff 24 eines Spannungs- und 27 in ein Arbeitsgebiet größeren Durchlaßwider-

teUers25 angeschlossen, der über der zu regelnden 30 stands. Der Wert des Vorwiderstands 31 ist so ge-

Ausgangsspannung der Lichtmaschine hegt. An den wählt, daß der bei ungestörtem Reglerbetrieb auf-

KoUektorC des Vortransistors 22, der mit Masse tretende Höchstwert des über den Vorwiderstand und

über den KoUektorwiderstand 26 in Verbindung steht, den Haupttransistor 21 fließenden Erregerstromes

ist ein Widerstand 27 angeschlossen, der zur Basis ledigüch einen SpannungsabfaU von etwa 0,55 V er-

eines Verstärkungstransistors 28 führt. Dieser liegt 35 gibt und daher den Schutztransistor nicht stromleitend

mit seiner Emitter-KoUektor-Strecke parallel zur machen kann.

Basis-KoUektor-Strecke des Haupttransistors 21. =. Um nun sicherzusteUen daß der Schutztrarisiitor

Beim Anfahren der Lichtmaschine aus dem Stiü- 35 schlagartig stromleitend wird und die beiden stand heraus erregt sich diese infolge des in ihren Transistoren 21 und 28 möglichst voUständig sperrt, Eisenteilen vorhandenen magnetischen Restfeldes 4° ist das kapazitive, den Kondensator 37 und den selbst, da dann die beiden Transistoren 21 und 28 Widerstand 38 umfassende Zeitglied vorgesehen, stromleitend sind. Von der mit der Plusbürste 15 ver- Dieses wirkt wie eine positive Rückkopplung, da der bundenen Plusleitung 30 kann dann über den in der Kondensator einen starken, den Schutztransistor 35 Emitterzuleitung des Haupttransistors 21 Hegenden noch stärker stromleitend machenden Ladestrom auf-Vorwiderstand 31 und die stromleitende Emitter- 45 nimmt, sobald der Schutztransistor infolge des über Kollektor-Strecke des Haupttransistors 21 der Feld- 0,6 V ansteigenden SpannungsabfaUes am Vorwiderwicklung 19 ein Erregerstrom zufließen, durch wel- stand 31 stromleitend zu werden beginnt,
chen das Magnetfeld der Lichtmaschine verstärkt Der besondere Vorteil der beschriebenen Schutz- und demzufolge eine rasch ansteigende Ausgangs- anordnung besteht darin, daß sie bei einem auftretenspannung zwischen den beiden Bürsten 13 und 15 50 den Kurzschluß in der Feldwicklung sofort eingreift erzeugt wird. Sobald diese Ausgangsspannung den und das Abklingen der Erregung der Lichtmaschine SoUwert von 28 V erreicht, wird die Zenerdiode 23 bewirkt. Sobald der Kurzschluß behoben oder verstromleitend und bringt den seither ebenfalls gesperr- schwunden ist, kann die Regeleinrichtung die Spanten Vortransistor 22 in seinen stromleitenden Be- nungsregelung wieder übernehmen,
triebszustand, bei welchem er über den KoUektor- 55 Die Stärke der Rückkopplung wird wegen des gewiderstand26 einen erhebh'chen KoUektorstrom führt. ringen Wertes von etwa 0,01 bis 0,10hm, den der Dieser hat zur Folge, daß die beiden Transistoren 21 Vorwiderstand 31 aufweist, im wesentlichen durch und 28 in ihren Sperrzustand übergeführt werden. das Verhältnis b des Widerstandswertes des Wider-Infolge des jetzt fehlenden Erregerstromes sinkt die stands 38 zu demjenigen des Widerstands 36 be-Ausgangsspannung der Lichtmaschine unter ihren 60 stimmt. Dieses Verhältnis hat beim Ausführungsbei-SoUwert ab, was zur Folge hat, daß der Vortransistor spiel den Wert 1: 5 und wird zweckmäßig im Bereich 22 wieder in seinen Sperrzustand zurückkehrt und von b = 2 bis b = 20 gewählt,
daß die beiden Transistoren 21 und 28 erneut in

ihren stromleitenden Zustand zurückkehren. Da die Patentansprüche:
drei Transistoren 21, 22 und 28 einen hohen Ver- 65

Stärkungsgrad aufweisen, genügen bereits kleine Ab- 1. Schutzschaltung für den Haupttransistor

weichungen vom SoUwert, um den Erregerstrom in einer Spannungsregeleiruichtung für einen mit

rascher Folge ein- und auszuschalten. stark wechselnden Drehzahlen angetriebenen Ge-

nerator, dessen Feldwicklung intermittierend mit Erregerstrom über die Emitter-Kollektor-Strecke des im Schaltbetrieb arbeitenden Haupttransistors gespeist ist, der durch einen basisseitig in Abhängigkeit von der zu regelnden Generatorausgangsspannung beeinflußten und mit seinem Kollektor an den Basiszweig des Haupttransistors angeschlossenen Vortransistor bei Erreichen des Spannungssollwertes und durch einen weiteren Transistor bei Überschreiten einer Stromgröße aus dem leitenden Betriebszustand in seinen Sperrzustand steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des weiteren Transistors (35) mit demjenigen des Vortransistors (22) verbunden ist, während die Basis des weiteren Transistors (35) einerseits über ein Serien-i?C-Glied (38, 37) mit dem Kollektor des Haupttransistors (21) und andererseits mit dem emitterseitigen Ende eines in der Emitterzuleitung des Haupttransistors (21) liegenden, derart bemessenen Vorwiderstands (31) in Verbindung steht, daß bei Vorliegen eines einen zulässigen Wert übersteigenden Erregerstromes auf Grund eines Fehlers in der Feldwicklung der Maschine die Emitter-Kollektor-Strecke des weiteren Transistors (35) periodisch während einer im wesentlichen vom i?C-Glied bestimmten Einschaltdauer leitend wird und dadurch die Emitter-Kollektor-Strecke des Haupttransistors (21) in gleicher Folge periodisch unterbricht.
2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des weiteren Transistors (35) über einen Widerstand (36) mit dem emitterseitigen Ende des Vorwiderstands (31) verbunden ist.
3. Schutzschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (36) den zwei- bis zwanzigfachen, vorzugsweise den fünffachen Widerstandswert des Widerstands (38) des i?C-Gliedes (38, 37) aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen