DE1513126B2 - Spannungsregler für einen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

Gleichrichter (14) angeschlossenen Akkumula- " Zur Kompensation des erhöhten inneren Widertors (33) bei niedrigen Temperaturen in Reihe Standes eines an den Gleichrichter angeschlossenen mit der Zener-Diode (72) ein Thermistor (84) ge- Akkumulators bei niedrigen Temperaturen ist in schaltet ist. . Reihe mit der Zener-Diode ein Thermistor geschal-

4. Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch 35 tet.

gekennzeichnet, daß zwischen Kathode der Ze- Ein Thermistor kann hierbei auch zwischen der

ner-Diode (72) und Masse ein Thermistor (84) Kathode der Zener-Diode und der Masse liegen,
liegt. In der Verbindung zwischen der positiven Klemme

5. Spannungsregler nach einem der An- des Gleichrichters und der Kippschwingschaltung Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in 40 liegt hierbei ein Schalter, durch den die Energiezuder Verbindung zwischen der positiven Klemme fuhr zur Kippschwingschaltung unterbrochen werden des Gleichrichters (14) und der Kippschwing- kann.

schaltung (55) ein Schalter (62) liegt, durch den Die Erfindung schafft somit einen einfachen, billi-.'

die Energiezufuhr zur Kippschwingschaltung (55) gen und zuverlässigen Spannungsregler, bei dem, sounterbrochen werden kann. 45 bald die Spannung einen bestimmten Wert über

schreitet, die Stromleitung der Kippschwingschaltung aufhört. Somit wird keine Steuerspannung mehr auf die Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters

gegeben, was bewirkt, daß der gesteuerte Gleichrich-

50 ter aufhört zu leiten, wodurch die Felderregung im Generator reduziert wird. Sinkt die Ausgangsspannung unter den gewünschten Wert ab, beginnt die

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für Kippschwingschaltung oder der Transistorkreis wieeinen Kraftfahrzeug-Wechselstromgenerator mit der zu schwingen und versorgt die Steuerelektrode nachgeschaltetem Zweiweggleichrichter, bei dem in 55 des gesteuerten Gleichrichters mit der entsprechen-Reihe mit der Erregerwicklung ein Thyristor als den Steuerspannung und läßt ihn leitfähig werden. Stellglied an einer Ankerwicklung des Generators Damit wird die Energiezufuhr zur Generator-Erliegt, bei dem die Steuerelektrode des Thyristors über regerwicklung wieder erhöht.

eine Kondensator-Transistor-Kippschwingschaltung Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an

mit über der Generatorfrequenz liegender Kippfre- 60 Hand der Beschreibung zweier in der Zeichnung gequenz an der Ausgangsgleichspannung des Genera- zeigter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt tors liegt und bei dem die Kippschwingschaltung bei F i g. 1 das Schaltbild einer Ausführung des erfin-

Erreichen der oberen Spannungsgrenze durch eine dungsgemäßen Reglers,

auf den Eingang wirkende Zener-Diode sperrbar ist F i g. 2 das Schaltbild einer anderen Ausführung

und damit den Thyristor sperrt. 65 des erfindungsgemäßen Reglers.

Aus der französischen Patentschrift 1 317 343 ist In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Be-

ein Spannungsregler der eingangs genannten Art be- zugszahlen gekennzeichnet. F i g. 1 zeigt einen elekkannt. Die hier auf den Eingang wirkende Zener- irischen Generator in der Ausführung als Wechsel-

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stromgenerator 10 mit Ankerwicklungen 11, 12 und Emitter 57 liegt ebenfalls an Masse, und zwar über

13, die mit einem Zweiweggleichrichter verbunden die Parallelschaltung eines Kondensators 71 und

sind. Der Zweiweggleichrichter 14 ist aus den Dio- einer Zener-Diode 72.

den 15, 16, 17, 18, 19 und 20 gebildet. Eine Leitung Die Kippschwingschaltung 55 wird zur Lieferung

21 verbindet die Dioden 15 und 18, eine Leitung 22 5 des Inbetriebsetzungs- oder des Steuersignals des

die Dioden 16 und 19 und eine Leitung 23 die Dio- Thyristors 46 benutzt. Wie im einzelnen weiter aus-

den 17 und 20 jeweils miteinander. Eine Leitung 24 geführt werden wird, wird der bei jeder Periode der

verbindet die Ankerwicklung 11 mit der Leitung 23, Generator-Ausgangsspannung durch die Abflachung

eine Leitung 25 die Ankerwicklung 12 mit der Lei- der einweggleichgerichteten Spannungswelle, die von

tung 22, und eine Leitung 26 die Ankerwicklung 13 ι ο der Ankerwicklung 11 über die Leitungen 54, 44, 40,

mit der Leitung 21. die Erregerwicklung 41 und die Leitungen 47 und 48

Der Zweiweggleichrichter 14 hat einen positiven kommt, gesperrt. Ebenso wird der Thyristor durch Anschluß 31, der mit den entsprechenden Enden der die Polarisationsumkehr in der Erregerwicklung 41 Dioden 15, 16 und 17 verbunden ist und über die gesperrt, wenn die Spannung den Nulldurchgang erLeitung 34 eine Verbindung mit der positiven 15 reicht.

Klemme 32 des Akkumulators 33 besitzt. Der nega- Im Transistor 56 ist der Emitter 57 leitend, wenn tive Anschluß 35 des Zweiweggleichrichters 14 ist das Verhältnis der Spannungsdifferenz zwischen dem mit den entsprechenden Enden der Dioden 18, 19 Emitter 57 und der zweiten Basis 59 zur Spannungsund 20 und mit der negativen Klemme 36 des Akku- differenz zwischen der ersten Basis 58 und der zweimulators 33 über eine Leitung 37 verbunden. Der 20 ten Basis 59 kleiner ist, als ein bestimmter Betrag Af. negative Anschluß 35 des Zweiweggleichrichters 14 Dieser Betrag liegt in der Größenordnung von 0,55 und die negative Klemme 36 des Akkumulators 33 bis 0,75. Wenn dieses Verhältnis gleich N oder gröliegen über eine Leitung 38 an Masse. ßer ist, weist der Emitter 57 zur zweiten Basis 59 hin

Ein Ende der Erregerwicklung 41 des Wechsel- einen geringen Widerstand auf, der einem Kurzstromgenerators 10 ist mit dem positiven Anschluß 25 schluß nahekommt, und das ermöglicht dem Kon-31 des Zweiweggleichrichters 14 und der positiven densator 71, der über den Widerstand 64 aufgeladen Klemme 32 des Akkumulators 33 über eine Leitung ist, sich über den Emitter 57, die zweite Basis 59 und 42, einen Widerstand 43, eine Leitung 44 und eine den Widerstand 65 zu entladen. Dadurch wird das Leitung 40 verbunden. Das andere Ende der Er- Potential der Steuerelektrode 66 des Thyristors 46 regerwicklung 41 ist über eine Leitung 47 und eine 30 auf den Betrag gehoben, bei dem er leitfähig wird, Leitung 48 mit einer Klemme 45, nämlich der.Ka- vorausgesetzt, daß zwischen den Ausgangselektroden thode eines Thyristors 46 verbunden. Eine Diode 50, 45 und 51 des Thyristors 46 eine passende Spannung vorzugsweise ein Siliziumelement, liegt über die Lei- anliegt.

tungen 40 und 47 parallel zur Erregerwicklung 41. So wird also durch die Funktion der Kipp-

Die andere Klemme des Thyristors 46, die Anode 51, 35 schwingschaltung 55 der Kondensator 71 über den

liegt über eine Leitung 52 an Masse. Der Ausgangs- Widerstand 64 vom Akkumulator 33 bzw. dem

kreis, der die Anode 45 und die Kathode 51 des Thy- Gleichrichter 14 aufgeladen. Wenn die Spannung am

ristors 46 umfaßt, ist also in Serie mit der Erreger- Kondensator 71 einen bestimmten Teilbetrag der Ge-

wicklung 41 geschaltet, und somit kann der Energie- samtspannung, die zwischen den beiden Basen 58

zufluß durch die Erregerwicklung 41 über den Thyri- 40 und 59 des Transistors 56 erscheint, erreicht, wird

stör 46 gesteuert werden. Die Ankerwicklung 11 des der Transistor 56 leitend, und der Kondensator ent-

Wechselstromgenerators 10 und die Leitung 24 sind lädt sich über den Emitter 57 und die zweite Basis 59

über eine Leitung 54 mit der Leitung 44 verbunden, des Transistors 56, wobei der Widerstand 65 einen

und somit besteht eine Verbindung zwischen der An- positiven Impuls auf die Steuerelektrode 66 des Thy-

kerwicklung 11 und den beiden Dioden 17 und 20 45 ristors 46 abgibt. Wenn der Kondensator 71 entladen

zur Erregerwicklung 41 und zu dem Thyristor 46. ist, verschwindet die Spannung am Emitter 57, und

Diese Verbindung hat den Zweck, auf die Erreger- der Transistor 56 geht wieder in den nichtleitenden

wicklung und den Thyristor 46 eine einweggleichge- Zustand über, in dem der Stromkreis zwischen Emit-

richtete Spannung des Wechselstromgenerators 10 ter 57 und der zweiten Basis 59 gesperrt ist. Der

aufzugeben, wie noch weiter erläutert werden wird. 50 Kondensator 71 lädt sich wieder über den Wider-

Ein Schwingkreis, vorzugsweise in der Form einer stand 64 auf, und der oben beschriebene Vorgang

Kippschwingschaltung 55, ist mit dem Thyristor 46, wiederholt sich infolge der Funktion des Kipp-

dem Zweiweggleichrichter 14 und dem Akkumulator Schwinggenerators.

33 verbunden, um die Leitfähigkeit des Thyristors 46 Die Zener-Diode 72 begrenzt den Höchstwert der als Funktion der Ausgangsspannung des Wechsel- 55 Spannung am Kondensator 71 und am Emitter 57 Stromgenerators 10, die an dem Zweiweggleichrichter und bildet so ein Regel- oder Bezugsschaltelement 14 anliegt, zu steuern; diese Kippschwingschaltung zur Begrenzung der Ausgangsspannung des Genera-55 enthält einen Transistor 56 mit einem Emitter 57, tors 10. Solange die an der Leitung 61 und der ersten einer ersten Basis 58 und einer zweiten Basis 59. Die Basis 58 erscheinende Spannung kleiner als das erste Basis 58 ist mit dem positiven Anschluß 31 des 60 1/iV-fache der Zener-Spannung der Zener-Diode ist, Gleichrichters 14 und der positiven Klemme 32 des ist die Funktion der Anordnung normal, die Kipp-Akkumulators 33 über eine Leitung 61, einen Schal- schwingschaltung liefert positive Impulse auf die ter 62 und die Leitung 42 verbunden. Der Emitter 57 Steuerelektrode 66 des Thyristors 46 und macht dieist mit der Leitung 61 über eine Leitung 63 und sen damit leitfähig. Als Folge davon erhöht die Auseinen Widerstand 64 verbunden, während die zweite 65 gangsspannung des Generators 10 am Gleichrichter Basis 59 über einen Widerstand 65 an Masse liegt 14 die Energiezufuhr in die Erregerwicklung 41 in- und gleichzeitig über eine Leitung 67 mit der Steuer- folge der Spannung der Ausgangswicklung 11, die an elektrode 66 des Thyristors 46 verbunden ist. Der dem Leiter 54 anliegt. Wenn jedoch die an dem Lei-

1 OiD i ZD
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ter 61, der über die Leitung 42 und den Schalter 62 der Diode 50 verzehrt. Dies hat eine Spannung entmit dem positiven Anschluß 31 des Gleichrichters 14 gegengesetzter Polarität zur Folge, die an den Elekverbunden ist, auftretende Spannung das 1/W-fache troden 45 und 51 des Thyristors 46 anliegt und die der Zener-Spannung übersteigt, hören die Schwin- Wirkung einer Spannung, die auf diese Elekroden gungen auf. 5 von dem Akkumulator 33 und dem Gleichrichter 14

Wenn z. B. die gleichgerichtete Ausgangsspannung (über den Widerstand 43 und die Leitung 44) aufgedes Wechselstromgenerators 10 auf 14 Volt begrenzt geben werden sollte, aufhebt.

werden soll und die Zener-Spannung (Durchbruchs- Wenn die Ausgangsspannung, die am Gleichrich-

spannung) an der Zener-Diode 72 liegt bei 7 Volt, ter 14 erscheint, den Spannungsgrenzwert überschreidann begrenzt die Zener-Diode die Spannung am io tet, hört der Kippschwinggenerator 55 auf zu schwin-Emitter 57 auf 7 Volt, während die Spannung am gen und liefert keine weiteren Impulse mehr auf die Gleichrichter 14, die auch an der ersten Basis 58 des Steuerelektrode 66 des Thyristors 46. Als Folge da-Transistors 56 anliegt, einen bestimmten Betrag er- von bleibt der Thyristor 46 gesperrt, und es fließt reichen kann. Wird ein N von 0,5 angenommen und kein Erregerstrom durch die Erregerwicklung 41. die Ausgangsspannung übersteigt 14 Volt, hören die 15 Das verursacht ein Abfallen der am Gleichrichter 14 Schwingungen auf, da die Ausgangsspannung des auftretenden Ausgangsspannung des Wechselstrom-Generators, die an der ersten Basis 58 eintritt, das generators 10. Wenn diese Spannung unter den 1/W-fache der Zener-Spannung übersteigt. Spannungsgrenzwert abfällt, beginnt die Kipp-

Der Widerstand 64 und der Kondensator 71 sind schwingschaltung 55 infolge der Tätigkeit des Transo bemessen, daß die Kippschwingschaltung 55 eine 20 sistors 56 wieder Schwingungen zu liefern. Dadurch Frequenz abgibt, die beträchtlich höher ist als die tritt der Thyristor 46 in Tätigkeit, und es wird so erFrequenz des einweggleichgerichteten Wechsel- möglicht, daß Strom durch die Erregerwicklung 41 Stroms, der zu den Klemmen 45 und 51 des Thyri- fließt.

stors 46 von der Ankerwicklung 11 des Generators F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des er-

10 geliefert wird. Das Verhältnis zwischen den bei- »5 findungsgemäßen Reglers. Hier liegt die Zener-Diode den Frequenzen liegt in der Größenordnung von 6:1 72 nicht an Masse, sondern ist mit einem Spannungsbei höheren Generatorgeschwindigkeiten. Damit wird teilerkreis 81 verbunden, der von einem Widerstand bewirkt, daß der Gleichrichter zu jedem Zeitpunkt 82, einem Potentiometer 83 und einem Thermistor während der Spannungshalbwelle, in der ein Impuls 84 gebildet wird. Dadurch erhält man die Möglichvon der Kippschwingschaltung auf die Steuerelek- 30 keit, den Spannungsgrenzwert oder die maximale trode 66 des Thyristors 46 gegeben wird, leitfähig ist. 'Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 10 Diese schnellen Impulse auf die Steuerelektrode 66 einzustellen, indem man die Spannung, bei der die stellen die Leitfähigkeit des Thyristors 46 sicher, da, Zener-Diode leitfähig wird, verändert. Dies verändert falls bei Anliegen von Spannung richtiger Polarität wiederum die Spannung, bei der die Kippschwinginfolge einer Fehlfunktion dieser nicht leitfähig wird, 35 schaltung 55 aufhört zu schwingen. Der Thermistor die Leitfähigkeit bei einer Impulsfolge hergestellt 84 dient in bekannter Weise zu einer Temperaturwird. Somit wird eine zufriedenstellende Funktion kompensation. Bei kalten Umgebungstemperaturen gesichert. ist es wünschenswert, die Ausgangsspannung des

Für den Fall, daß die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 10 zu erhöhen, um den er-Wechselstromgenerators 10, die am Gleichrichter 14 40 höhten Innenwiderstand des Akkumulators 33 zu erscheint, unter dem Spannungsgrenzwert, beispiels- kompensieren. In diesem Fall erhöht sich der Widerweise 14 Volt, liegt, steuern die Impulse der Kipp- standswert des Thermistors 84, da dieser einen negaschwingschaltung 55 den Thyristor 46 auf und er- tiven Temperaturkoeffizienten aufweist." Diese möglichen somit dem Erregerstrom, durch die Er- Widerstandserhöhung hebt das Potential an der Karegerwicklung 41 zu fließen. Bevor zu Beginn des Re- 45 thode der Zener-Diode 72 an, und aus diesem Grund gelvorgangs der Wechselstromgenerator 10 eine Aus- erfolgt der Durchbruch erst bei einer höheren Genegangsspannung liefert, erhält die Erregerwicklung 41 ratorausgangsspannung, wodurch der Spannungsihre Energiezufuhr von dem Akkumulator 33 über grenzwert des Wechselstromgenerators 10 erhöht die Leitungen 34 und 42, den Widerstand 43, und wird.

die Leitungen 44 und 45. Zu diesem Zeitpunkt arbei- 50 Der Thyristor 46, der Transistor 56 und die Zetet bei geschlossenem Schalter 62 die Kippschwing- ner-Diode 72 sind relativ billige Bauelemente, die schaltung 55, da die Klemmenspannung des Akkumu- sich sehr gut für den Bau von preiswerten Schallators 33 unter dem Spannungsgrenzwert liegt. Da- tungsanordnungen in Kraftfahrzeuggeneratorsystedurch kann ein Strom über die Erregerwicklung 41 men in billiger Massenproduktion eignen. Bemer- und den Thyristor 46 fließen, da der Akkumulator 55 kenswert für die vorliegende Anordnung ist noch, 33 die passende Spannungspolarität an den Thyristor daß der Schalter 62 nicht den Erregerstrom schalten 46 zur Erzielung der Leitfähigkeit liefert. muß, wie es in anderen Schaltungsanordnungen für

Wenn der Wechselstromgenerator 10 beginnt, eine Spannungsregler notwendig ist, da die Kippschwing-Ausgangsspannung zu liefern, liegt eine einweg- schaltung bei geöffnetem Schalter 62 nicht arbeitet gleichgerichtete Spannungswelle an der Erregerwick- 60 und somit der Thyristor 46 nichtleitend wird. Somit lung 41 und dem Thyristor 46 infolge der im vorher- wird jeglicher Stromfluß durch die Erregerwicklung gehenden beschriebenen Schaltungsanordnung an. 41 unterbunden, der sonst über die Leitung 42 und Erreicht die Spannungswelle ihren Nullwert, wird das den Widerstand 43 vom Akkumulator 33 her erfolzusammenbrechende Feld der Erregerwicklung 41 in gen könnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

I OLD i ZO 1 2 Diode liegt hierbei parallel zu einem Transistor und Patentansprüche· übernimmt die bekannte Funktion des Konstanthal tens einer Spannung einer Schaltungsanordnung bzw. eine Art Überspannungsschutz. Die Kippschwing-

1. Spannungsregler für einen Kraftfahrzeug- S schaltung des bekannten Spannungsreglers wird hier-Wechselstromgenerator mit nachgeschaltetem bei über eine Brückenschaltung gesteuert, die die Zweiweggleichrichter, bei dem in Reihe mit der Spannung in der Steuerleitung reguliert, die mit der Erregerwicklung ein Thyristor als Stellglied an Basis des Transistors verbunden ist, der die Auflaeiner Ankerwicklung des Generators liegt, bei dung des Kondensators der Kippschwingschaltung dem die Steuerelektrode des Thyristors über ei- io steuert. Die zur Steuerung der Kippschwingschaltung ne Kondensator-Transistor-Kippschwingschaltung erforderliche Brückenschaltung ist hierbei verhältnismit über der Generatorfrequenz liegender Kipp- mäßig aufwendig.

frequenz an der Ausgangsgleichspannung des Ge- Aus »Control Engineering« vom Mai 1959, S. 119

nerators liegt und bei dem die Kippschwingschal- ist ein Spannungsregler bekannt, bei dem eine Kipp-

tung bei Erreichen der oberen Spannungsgrenze 15 schwingschaltung mit einem der Zener-Diode nach-

durch eine auf den Eingang wirkende Zener- geschalteten Verstärkertransistor arbeitet. Die Kipp-

Diode sperrbar ist und damit den Thyristor frequenz der Kippschwingschaltung liegt hierbei um

sperrt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrfaches über der Generatorfrequenz,

die Zener-Diode (72) parallel zum Kondensator Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau von

(71) angeordnet ist. 20 Spannungsreglern der eingangs genannten Art weiter

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch zu vereinfachen, um damit eine Anwendung in der gekennzeichnet, daß zwischen positiver Klemme Großserie zu ermöglichen.

des Gleichrichters (14) und Masse die Reihen- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst,

schaltung eines Widerstandes (82) und eines ein- indem die Zener-Diode parallel zum Kondensator

stellbaren Widerstandes (83) liegt, mit dessen 25 der Kippschwingschaltung angeordnet ist.

Mittelabgriff die Kathode der Zener-Diode (72) Zwischen der positiven Klemme des Gleichrichters

verbunden ist. ' und der Masse liegt hierbei die Reihenschaltung

3. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch eines Widerstandes und eines einstellbaren Widergekennzeichnet, daß zur Kompensation des er- Standes, mit dessen Mittelabgriff die Kathode der Zehöhten inneren Widerstandes eines an den 30 ner-Diode verbunden ist.