DE1588056A1

DE1588056A1 - Spannungsregler

Info

Publication number: DE1588056A1
Application number: DE19671588056
Authority: DE
Inventors: Rudi Stalp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-06-09
Filing date: 1967-06-09
Publication date: 1970-09-24
Also published as: FR1560957A; GB1168189A; US3560840A; ES354818A1; AT280432B

Description

Robert Bosch GmbH, Stuttgart 28.7.1969 Rb/Sz

Spannungsregler

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für einen im Nebenschluß erregten Generator, insbesondere für einen Fahrzeug-Drehstromgenerator, mit einem an einen Gleichstromausgang dieses Generators angeschlossenen, aus seriegeschalteten Widerständen bestehenden Spannungsteiler, an den ein mehrstufiger, von einer in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode abhängiger Schaltverstärker angeschlossen ist, bei welchem zur positiven Rückkopplung ein für Gleichstrom durchlässiger Rückkopplungszweig mit einem ohmschen Widerstand dient.

Aus dem DBP 1 053 628 ist es bekannt, bei einem Spannungsregler eine positive Rückkopplung in Form eines ohmschen Widerstandes zu verwenden, um bei einem Schaltverstärker mit zwei gekoppelten Transistoren ein Schaltverhalten zu erzielen. Bei diesem bekannten Spannungsregler wird eine Mehrzahl von Spannungsreferenzdbden verwendet, weshalb er ziemlich viele Bauteile benötigt.

Weiter ist es aus der britischen Patentschrift 1 043 589 bekannt, als Spannungsreferenzdiode eine Zenerdiode zu verwenden, die an einem an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spannungsteiler liegt. Bei diesem bekannten Spannungsregler benötigt man eine zusätzliche Drossel im Erregerkreis, wenn die zu regelnde Spannung Oberwellen oder sonstige Störimpulse aufweist, wie das besonders bei Drehstromgeneratoren der Fall ist, wo durch die Kommutierungsvorgänge im angeschlossenen Mehrphasengleichrichter ständig Spannungsspitzen auftreten. Eine derartige Drossel ist schwierig in einer integrierten Schaltung

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unterzubringen und kann "bei der benötigten Größe der Induktivität nicht als integriertes Bauteil realisiert werden.

Aus der britischen Patentschrift 1 027 833 ist es ferner bekannt, bei einem transistorisierten Spannungsregler eine R-C-Serienschaltung als Rückkopplungs zweig zur positiven Rückkopplung zu verwenden, um ein-Arbeiten des Reglers im Zweipunktbetrieb zu erreichen. Bei dieser Bauart liegt eine Schwierigkeit darin, daß der Kondensator der R-C-Serienschaltung nicht als integriertes Bauteil realisiert werden kann, so daß für ihn zwei besondere Anschlüsse am IO-Halbleiterplättchen vorgesehen werden müssen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Spannungsregler der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einwandfreiem Schaltverhalten in integrierter Bauweise realisiert werden kann.

Nach der Erfindung wird dies bei einem eingangs genannten Spannungsregler dadurch erreicht, daß parallel zu einem Teil der seriegeschalteten Widerstände des mindestens dreiteiligen Spannungsteilers ein Kondensator geschaltet ist, daß der eingangssei tige Anschluß des Rückkopplungszweiges gemeinsam mit der der Basiselektrode des Eingangstransistors des Schaltverstärkers abgewandten Elektrode der Zenerdiode mit einem Verbindungspunkt zweier dieser seriegeschalteten Widerstände verbunden ist, und daß zwischen diesem Terbindungspunkt und den beiden Elektroden des Kondensators jeweils mindestens einer dieser seriegeschalteten Widerstände liegt. Der Kondensator ' wirkt zusammen mit den Widerständen des Spannungsteilers als Siebglied (sogenanntes T-Glied), so daß der Spannungsteiler doppelt ausgenutzt wird, nämlich als Spannungsteiler und als Siebglied. Dadurch wird es möglich, den Rückkopplungszweig direkt an den Spannungsteiler anzuschließen, so daß der

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ohms ehe Widerstand des Rückkopplungszweiges als Parallelwiderstand zu einem Teil des Spannungsteilers wirkt, der je nach dem Schaltzustand des Schaltverstärkers zur oberen oder zur unteren Hälfte des Spannungsteilers parallelgeschaltet ist und dadurch den Strom in der Zenerdiode verstärkt oder schwächt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der einzigen Zeichnungsfigur dargestellten Ausführungsbeispiel.

Sie einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung.

Eine mit 10 bezeichnete Drehstrom-Lichtmaschine hat drei Wechselstromwicklungen 11, 12, 13 und eine Erregerwicklung 14, die in bekannter Weise relativ zu den Wechselstromwicklungen 11, 12, 13 bewegt wird und dabei in diesen drei um 120° gegeneinander versetzte Wechselspannungen erzeugt.

über drei Gleichrichter 15 stehen die Wechselstromwicklungen 11 bis 13 mit einer gemeinsamen, an Masse angeschlossenen Minusleitung 1? und über drei Gleichrichter 16 mit einer Plusleitung 18 in Verbindung. Die Gleichrichter 15 und 16 sind also, wie ersichtlich, als Dreiphasen-Brückengleichrichter geschaltet. - Zwischen den Leitungen 17 und 18 liegt eine Sammlerbatterie 19.

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Eine Leitung 22 ist gleichfalls über drei Gleichrichter 23 an die Wechselstromwicklungen 11 bis.13 angeschlossen. Die Gleichrichter 23 bilden zusammen mit den drei Gleichrichtern 15 einen zweiten Brückengleichrichter, so daß zwischen den Leitungen 18 und 17 etwa die gleiche Spannung liegt wie zwischen den Leitungen 22 und 17*

Ein Widerstand 24 ist mit seinem einen Anschluß an die Leitung 22 und mit seinem anderen Anschluß über einen Verbindungepunkt 23 an einen Wideretand angeschlossen, der seinerseits über einen als Abgriff 27 dienenden Verbindungspunkt und einen Widerstand 26 mit Masse verbunden ist· Die Widerstände 24, 26, 2Θ bilden also zusammen einen Spannungsteiler, der an die zu regelnde Ausgangsspannung der Lichtmaschine 10. angeschlossen ist. - Zwischen dem Verbindungspunkt 25 und Masse liegt ein Glättungskondensator 291 der kurzzeitige SpannungsSchwankungen zwischen den Leitungen I7 und 22 glättet·

Die Kathode einer als nichtlineares Glied dienenden Zenerdiode 32 ist an den Abgriff 27 angeschlossen. Die Anode der Zenerdiode 32 ist mit der Basis eines als Steuertraneistor dienenden npn-Transistors 33 verbunden, dessen Emitte^, ebenso wie der Emitter eines zweiten npn-Transistors 34t direkt mit Masse ^v verbunden ist. Ein Widerstand 35 liegt zwischen der Basis des Transistors 33 und Masse.

Der Kollektor des Transistors 33 ist direkt mit der Basis des Transistors 34 und, über einen Widerstand 36, mit der Leitung 22 verbunden. Der Kollektor des Transistors 34 ist mit dem einen Anschluß der Erregerwicklung I4 und, über einen Widerstand 37.» mit dem Abgriff 27 verbunden. Der andere Anschluß der Erregerwicklung 14 ist, ebenso wie die Kathode einer ihr parallelgeschalteten Diode 38, an die Leitung 22 angeschlossen.

Die durch eine strichpunktierte Linie 39 umrahmten Bauteile 32 bis 37 bilden zusammen eine Schaltung, die nur aus Widerständen und Transistoren aufgebaut ist und deshalb besonders leicht als integrierte Schaltung realisiert werden kann.

Zwischen der Leitung 22 und der Plusleitung 18 liegt die Serienschaltung siner Ladeanzeigelampe 40 und eines Zündschalters 4I.

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Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgts Wenn die Lichtmaschine 10 eine zu niedrige Spannung abgibt, ist die Spannung am Abgriff 27 so niedrig, daß die Zenerdiode 32 sperrt und der Transistor 33 keinen Basisstrom erhält, also nicht leitet. Sein Kollektor hat dann positives Potential gegenüber der Leitung 17, so daß im Transistor 34 ein Basisstrom fließt und dieser Transistor leitend ist, wodurch ein Strom durch die Erregerwicklung H fließt und sich die Ausgangsspannung des Generators 10 erhöht.

Der Kollektor des Transistors 34 hat dabei etwa das Potential der Minusleitung 17» so daß in diesem Fall der Widerstand 37 so wirkt, als wäre er zwischen den Abgriff 27 und Masse geschaltet. Er verringert also die Spannung am Teilwiderstand 28 des Spannungsteilers 24, 26, 28 und hält dadurch den Steuertransistor 33 und die Zenerdiode 32 fest gesperrt. Steigt die Ausgangsspannung der Lichtmaschine 10, so wird das Potential des Abgriffs 27 schließlich so positiv, daß die Zenerdiode'32 zu leiten beginnt und im Transistor 33 ein Basisstrom fließt, so daß dieser ebenfalls beginnt, leitend zu werden. Dabei nimmt sein Kollektorstrom stark zu, wodurch der Basisstrom des Transistors 34 abnimmt. Hierbei wird das Kollektorpotential des Tran-; sistors 34 positiver und erreicht etwa das Potential der Leitung 22. Der Widerstand 37 wirkt also jetzt so, als wäre er zwischen dem Abgriff 27 und die Leitung 22 geschaltet, d.h. er erhöht das Potential des Abgriffs 27, z.B. um 0,2 V. Die Zenerdiode 32 wird durch diese Potentialerhöhung voll leitend, der Transistor 33 erhält seinen vollen Basisstrom und wird gleichfalls voll leitend. Hierdurch wird der Transistor 34 voll gesperrt.

Der Widerstand 37 wirkt also als Mitkopplung, der ein sehr rasches Umschalten des Transistors 34 aus seinem ausgeschalteten in seinen eingeschalteten Zustand und umgekehrt bewirkt. Dadurch wird eine wesentlich höhere Belastung des Transistors 34 ermöglicht, da die Verluste in ihm nur klein sind, wenn er voll durchgesteuert, also voll leitend ist.

Durch die Sperrung des Transistors 34 sinkt der Strom in der Erregerwicklung '14 - der in diesem Falle durch die Diode 3d weiterfließt - exponentiell ab, wodurch auch die Ausgangöspannung der Lichtmaschine 10 wieder abBinkt.

Die dargestellte Schaltung des Kondensators 29 ermöglicht, daß die Mitkopplung durch den Widerstand 37 voll wirksam werden kann. Da der Transistor 34

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je nach der Belastung der Lichtmaschine 10 bis zu lOOmal in der Sekunde ein- und ausschaltet (sogenannte Umschaltfrequenz), ändert sich auch das Potential am Abgriff 27 entsprechend oft. Wäre der Kondensator 29 zwischen dem Abgriff 27 und Masse geschaltet, dann wäre eine solche Potentialänderung nicht möglich, da der Kondensator 29 die Spannung am Widerstand 28 glätten würde. Dadurch, daß der Widerstand 2$ zwischen dem Abgriff 27 und dem Punkt 25 liegt, kann sich das Potential des Abgriffs 27 in der beschriebenen Weise ändern und der Mitkopplungswiderstand 37 voll wirksam werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es außerdem sehr leicht möglich, die Umschaltfrequenz des Spannungsreglers einzustellen, und zwar durch Wahl der Widerstände 26 und 37 und des Kondensators 29* Man kann dadurch verhinder; daß die Umschaltfrequenz zu hoch wird; eine zu hohe Umschaltfrequenz bewirkt nämlich steigende Verluste und schlechte Regelung. Diese Gefahr ist sonst besonders bei Drehstrom-Lichtmaschinen gegeben, da deren Ausgangespannung sehr wellig ist.

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Claims

P 15 88 056.5-M. R. 8895

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Neue Ansprüche

Spannungsregler für einen im Nebenschluß erregten Generator, insbesondere für einen Fahrzeug-Drehstromgenerator, mit einem an einen Gleichstromausgang dieses Generators angeschlossenen, aus seriegeschalteten Widerständen bestehenden Spannungsteiler, an den ein mehrstufiger, von einer in Sperrichtung beanspruchten Zenerdiode abhängiger Schaltverstärker angeschlossen ist, bei welchem zur positiven Rückkopplung ein für Gleichstrom durchlässiger Rückkopplungszweig mit einem ohmschen Widerstand dient, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem Teil der seriegeschdteten Widerständen (24, 26, 28) des mindestens dreiteiligen Spannungsteilers ein Kondensator (29) geschaltet ist, daß der eingangssei tige Anschluß des Rückkopplungs zwei ges (37) gemeinsam mit der der Basiselektrode des Eingangstransistors (33) des Schaltverstärkers (39) abgewandten Elektrode der Zenerdiode (32) mit einem Verbindungspunkt (27) zweier dieser seriegeschalteten Widerstände (26, 28) verbunden ist, und daß zwischen diesem Verbindungspunkt (27) und den beiden Elektroden des Kondensators (29) jeweils mindestens einer dieser seriegeschalteten Widerstände (26 bzw. 28) liegt.

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.. α. μ.

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2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Ausgangs tr ans is tors (34-) des Schaltverstärkers (39) in Serie mit der Erregerwicklung (14·) des Generators (10) geschaltet ist und daß der Rückkopplungs zweig (37) mit einem aus gangs se it igen Anschluß am Kollektor dieses Aus gangs trans is tors (34-) angeschlossen ist.
3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Eingangstransistor (33), der Ausgangstransistor (34·) , die Zenerdiode (32) und der Rückkopplungszweig (37) zusammen als integrierter Schaltkreis (39) ausgebildet sind.

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