DE1538322C3 - Transistor-Spannungsregler - Google Patents

Description

verschwindet, die Vormagnetisierungswicklung 2 also stromlos ist. Außerdem wird unterstellt, daß die Stromzuführung zum Sperrschwinger über die Leitungen 19, 26 einige Zeit unterbrochen war und zu einem bestimmten Zeitpunkt f₀ wieder eingeschaltet wird. Dies bewirkt zunächst einen kleinen Kollektorstrom durch den Hilfstransistor 59, der aber durch die induktive Rückkopplung zwischen den Wicklungen 1 und 3 rasch vergrößert wird. Gleichzeitig wird auch in den Wicklungen 2 und 4 eine Spannung induziert; in der Vormagnetisierungswicklung 2 ist diese Spannung jedoch vernachlässigbar klein, da diese Wicklung nur eine einzige Windung besitzt. Der Emitter-Kollektor-Strom des Hilfstransistors 59 steigt so lange an, bis der Magnetkern 5 des Transformators *5 58 gesättigt ist. Dann bricht die in den Wicklungen 1 bis 4 induzierte Spannung zusammen: der Hilfstransistor 59 wird gesperrt und die Wicklung 3 von der Ausgangsspannung der Lichtmaschine 10 abgeschaltet, bis sich der beschriebene Vorgang zu wiederholen beginnt.

Insgesamt entstehen im Sperrschwinger bei verschwindendem (oder bei konstant bleibendem) mittlerem Erregerstrom I_e elektrische Schwingungen bestimmter Amplitude und Frequenz. Die in der ^a5 Auskoppelwicklung 4 entstehende Wechselspannung wird in der Gleichrichterbrücke 63 gleichgerichtet, durch den Kondensator 64 geglättet, dem Potentiometer 66 in Form eines welligen Gleichstroms zugeführt, durch den Verstärkungstransistor 68 verstärkt 3» und über die Diode 72 und die Zenerdiode 33 an den Eingang des Steuertransistors 30 gelegt.

Wenn der Erregerstrom I_e der Lichtmaschine nicht verschwindet, überlagert sich der veränderlichen Magnetisierung des Magnetkerns 5 des Transformators 58 eine konstante Gleichstromvormagnetisierung. Die Wicklung 2 ist nun so gepolt, daß der Magnetkern 5 in derselben Richtung vormagnetisiert wird, wie ihn die elektrischen Schwingungen des Sperrschwingers aussteuern. Dies hat zur Folge, daß beim Kippen des Hilfstransistors 59 in seinen stromleitenden Zustand die Sättigung um so früher eintritt, je stärker der Magnetkern 5 vormagnetisiert ist. Mit steigendem Erregerstrom I_e ergibt sich neben einer geringfügigen Erhöhung der Frequenz der elektrisehen Schwingungen des Sperrschwingers vor allem eine Abnahme ihrer Amplitude. Die in der Wicklung 4 induzierte und in der Gleichrichterbrücke 63 gleichgerichtete Steuerspannung U_Sl nimmt daher mit steigendem Erregerstrom I_e ab, ebenso der durch das Potentiometer 66 fließende wellige Gleichstrom, und zwar ändern sich diese Meßgrößen im interessierenden Regelbereich etwa umgekehrt proportional zum Erregerstrom I_e. Das über die Diode 72 und über die Zenerdiode 33 an den Eingang des Steuertransistors 30 gelegte Kollektorpotential des Verstärkungstransistors 68 sinkt somit mit steigendem Erregerstrom I_e monoton ab. Dies bedeutet, daß die Zenerdiode 33 vermöge der Strombegrenzungseinrichtung 51 unabhängig von der Ausgangsspannung der Lichtmaschine 10 den Steuertransistor 30 auf Stromdurchlaß und den Leistungstransistor 31 in den Sperrzustand schaltet, sobald die zwischen der Plusleitung 26 und der Steuerleitung 74 wirksame Spannung den Wert der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 33 überschreitet. Dadurch wird der Erregerstrom I_e bei einem am Potentiometer 66 voreinstellbaren Höchstwert begrenzt.

Dabei sorgt die zwischen der Zenerdiode 33 und dem Abgriff 34 des Potentiometers 32 eingeschaltete Diode 73 dafür, daß die an die Zenerdiode 33 angelegte Ausgangsspannung der Strombegrenzungseinrichtung 51 durch das Potentiometer 32 nicht belastet wird. Dadurch ergibt sich eine mit scharfem Knick einsetzende Stromregelung, wenn der zulässige Höchstwert des Erregerstroms I_e erreicht wird. Umgekehrt verhindert die Diode 72 eine Änderung des am Potentiometer 32 eingestellten, vom Spannungsregelungsvorgang einzuhaltenden Sollwertes, so daß die Spannungsregelung von der Stromregelung unbeeinflußt bleibt, solange der Erregerstrom I_e unter dem einzuhaltenden Höchstwert bleibt.

Durch Veränderung der Kapazität des Kondensators 57 läßt sich die Frequenz des Sperrschwingers und damit die Steilheit, d. h. das Verhältnis von Steuerspannung U_St zu Erregerstrom I_e verändern. Große Kapazität des Kondensators 57 bedeutet kleine Frequenz und damit kleinen Stromregelbereich, kleine Kapazität bedeutet große Frequenz und damit großen Stromregelbereich.

Die Temperaturabhängigkeit des aus Mü-Metall bestehenden Magnetkerns 5 des Transformators 58 wird durch den Heißleiter 62 kompensiert. Dadurch wird erreicht, daß die Strombegrenzungseinrichtung 51 in einem Temperaturbereich von —40° C bis +100° C eine definierte Strombegrenzung liefert. Da die Auskoppelwicklung 4 galvanisch nicht mit den übrigen Wicklungen des Transformators 58 verbunden und demzufolge die erregerstromabhängige Steuerspannung U_St potentialunabhängig in den Steuerkreis des Verstärkungstransistors 68 eingeschaltet werden kann, ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau für die Strombegrenzungseinrichtung 51, zumal die Zenerdiode 33 sowohl für die Spannungsregelung als auch für die Strombegrenzung als Sollwert verwendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 309 526/154

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Transistor-Spannungsregler für einen mit wechselnden Drehzahlen antreibbaren, im Nebenschluß erregten Generator, insbesondere für eine Fahrzeuglichtmaschine, mit einem über der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators liegenden Spannungsteiler, mit einem Steuertransistor, dessen Basis über eine Zenerdiode mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist, mit einem Leistungstransistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zur Erregerwicklung des Generators in Reihe liegt und dessen Basis mit dem Kollektor des Steuertransistors und mit einem Widerstand stromleitend verbunden ist, der zu einer der beiden Ausgangsleitungen des Generators führt, und mit einer.zur Erregerwicklung des Generators parallelliegenden Freilauf diode sowie mit einer auf den Spannungsregler einwirkenden Begrenzungseinrichtung für den Erregerstrom des Generators, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des. zeitlichen Mittelwertes des Erregerstroms auf einen voreingestellten Höchstwert ein an die Ausgangsspannung des Generators (10) angeschlossener Hilfstransistor (59) vorgesehen ist, der über einen vormagnetisierbaren Transformator (58) in Sperrschwingerschaltung arbeitet, wozu der Transformator (58) eine zur Erregerwicklung (15) des Generators in Reihe geschaltete Vormagne.tisierungswicklung (2), eine mit dem Emitter des Hilfstransistors (59) verbundene Arbeitswicklung (3) und eine Rückkopplungswicklung (1) hat, daß ein Gleichrichter (63) für die vom Hilfstransistor (59) erzeugten Sperrschwingungen vorgesehen ist und daß die vom Gleichrichter (63) gelieferte, sich mit dem Erregerstrom ändernde Steuerspannung (U_Sl) an den Eingang des Steuertransistors (30) gelegt ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Spannungsteiler (32) und der Zenerdiode (33) eine zweite Diode (73) vorgesehen ist und an den Verbindungspunkt dieser beiden Dioden (33,73) eine dritte Diode (72) angeschlossen ist, die andererseits mit der Steuerspannung ( U_Sl) und über einen Widerstand (71) mit Masse verbunden ist.

3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gleichrichter (63) und der dritten Diode (72) ein Verstärkungstransistor (68) vorgesehen ist, an dessen Kollektor die dritte Diode (72) angeschlossen ist.

4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (58) eine vierte, zur Auskopplung der Sperrschwingungen dienende Wicklung (4) hat, die zusammen mit dem Gleichrichter (63) und einem Glättungskondensator (64) im Emitter-Basis-Kreis des Verstärkungstransistors (68) angeordnet ist.

5. Regler nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (63) aus vier in Vollwegschaltung verbundenen Einzelgleichrichtern besteht.

6. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (62) mit negativem Temperaturkoeffizienten (Heißleiter) zur Arbeitswicklung (3) des Transformators in Reihe geschaltet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor-Spannungsregler für einen mit wechselnden Drehzahlen antreibbaren, im Nebenschluß erregten Generator, insbesondere für eine Fahrzeuglichtmaschine, mit einem über der zu regelnden Ausgangsspannung des" Generators liegenden Spannungsteiler, mit einem Steuertransistor, dessen Basis über eine Zenerdiode mit dem Abgriff des Spannungsteilers verbunden ist, mit einem Leistungstransistor, dessen Emitter-Kol-Iektor-Strecke zur Erregerwicklung des Generators in Reihe liegt und dessen Basis mit dem Kollektor des Steuertransistors und mit einem Widerstand stromleitend verbunden ist, der zu einer der beiden Ausgangsleitungen des Generators führt, und mit einer zur Er-

*5 regerwicklung des Generators parallelliegenden Freilaufdiode sowie mit einer auf den Spannungsregler einwirkenden Begrenzungseinrichtung für den Erregerstrom des Generators.

Transistors-Spannungsregler dieser Art sind aus

»ο der deutschen Auslegungsschrift 1146 572, aus der deutschen Auslegungsschrift 1176 752, aus der deutschen Auslegungsschrift 1186548 und aus der französischen Patentschrift 1411077 bekannt. Die Begrenzung des Erregerstroms des Generators wird bei

^a5 diesen Spannungsreglern mit Hilfe eines in der Emitterzuleitung des Leistungstransistors liegenden Meßwiderstandes bewirkt. Mit diesen Strombegrenzungseinrichtungen läßt sich aber eine genaue Begrenzung des durch die Erregerwicklung des Generators fließenden Erregerstroms nicht erzielen. Der Grund dafür liegt darin, daß mit Hilfe des in der Emitter-Zuleitung des Leistungstransistors liegenden Meßwiderstandes nicht der tatsächliche mittlere Erregerstrom, sondern jeweils nur der bei eingeschaltetem Leistungstransistor durch die Erregerwicklung fließende Strom gemessen wird und daß dieser Teil des Erregerstroms nur dann zum mittleren Erregerstrom in einem bestimmten Verhältnis steht, wenn, das Tastverhältnis der durch den Leistungstransistor erzeugten Spannungsimpulse sich im Laufe der Zeit nicht ändert, was aber im normalen Regelbetrieb nicht der Fall ist. Außerdem sind die am Meßwiderstand auftretenden Verlustleistungen derart hoch, daß sie erstens einen beträchtlichen Energieverlust bedeuten und zweitens ( den Regler derart aufheizen, daß - insbesonder dann - wenn der Generator für eine höhere Leistung ausgelegt ist, zusätzliche Kühleinrichtungen notwendig sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art die auf den Spannungsregler einwirkende Begrenzungseinrichtungfür den Erregerstrom des Generators unter Vermeidung des in der Emitter-Zuleitung des Leistungstransistors liegenden Meß Widerstandes so auszubilden, daß eine genaue Begrenzung des Erreger^ Stroms bewirkt wird.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Begrenzung des zeitlichen· Mittelwertes des Erregerstroms auf einen voreingestellten Höchstwert ein an die Ausgangsspannung des Generators angeschlossener Hilfstransistor vorgesehen ist, der über einen vormagnetisierbaren Transformator in Sperrschwingerschaltung arbeitet, wozu der Transformator eine zur Erregerwicklung des Generators in Reihe geschaltete Vormagnetisierungswicklung, eine mit dem

Emitter des Hilfstransistors verbundene Arbeitswicklung und eine Rückkopplungswicklung hat, daß ein Gleichrichter für die vom Hilfstransistor erzeugten Sperrschwingungen vorgesehen ist und daß die vom