DE1763740C - Halbleiter-Spannungsregler fuer einen gleichstromerregten Wechselstromgenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Spannungsregler für einen gleichstromerregten Wechselstromgenerator, der über einen nachgeschalteten Brückengleichrichter eine Batterie und über einen Halbwellen-Hilfsgleichrichter und die eine Hälfte des Brückengleichrichters die Erregerwicklung speist, mit einem Leistungstransistor als Stellglied für den Erregerstrom, der von einer an einem Abgriff eines Spannungsteilers an der Batteriespannung liegenden Zenerdiode im Schaltbetrieb steuerbar ist.

Es ist erwünscht, bei Wechselstromgeneratoren mit Diodengleichrichtern, die zur Aufladung einer Batterie, insbesondere auf einem Kraftfahrzt g, benutzt werden, die Erregerwicklung des Generators von der Batterie zu trennen, wenn die Anlage außer Betrieb ist, damit sich die Batterie nicht über die Erregerwicklung des Wechselstromgenerators entladen kann. Zu diesem Zweck hat man Relais vorgesehen, die auf die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators ansprechen Will man Relaiskontakte vermeiden, so kann der Strom zur Erregerwicklung über einen Hilfsgleichrichter zugeleitet werden, der zusätzlich zu dem Hauptbrückengleichrichter angeordnet ist, wie dies beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 3 217 229 bekannt ist. Der Hilfsgleichrichter und einige der Dioden des Brückengleichrichters können verwendet werden, um der Erregerwicklung und dem Spannungsabfühler Sti „m zuzuleiten. Die abgefühlte Spannung ist jedoch kein genauer Meßwert für die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators, da Unterschiede in den Spannungsabfällen in den Dioden des Hilfsgleichrichters und in den Dioden des Brückengleichrichters, der die Batterie auflädt und elektrische Abnehmer eines Kraftfahrzeuges versorgt, bestehen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist der Spannungsabfühler dauernd mit der Batterie und den Ausgangsklemmen des Brückengleichrichters verbunden und ein besonderer Kreis für die Erregerwicklung des Wecliselstromgenerators vorgesehen, der den Hilfsglcichriclitcr enthält.

Diese Trennung des Spannuiißsabfühlers von der Versorgung der Erregerwicklung kann aber zu Schwierigkeiten führen, wenn der Brückenglcichrichter von der Batterie getrennt wird oJer der Spannungsabfühler von der Batterie und dem Brückenglcichrichter getrennt wird. Tritt dies beim Spannungsabfühler ein, so fühlt dieser keine Spannung ab. Wird die Batterie vom Brückengleichrichter getrennt, so kann der Spannungsabfühler nur die Batteriespannung abfühlen. In beiden Fällen veranlaßt der Spannungsregler ein Aufrechterhalten der Erregung des Generators. Da die Erregerwicklung ihren Strom über den Hilfsgleichrichter vom Generator selbst erhält, kann dieser eine anormal hohe Ausgangsspannung erzeugen, die den Spannungsregler und die Dioden zerstören könnte.

Bei einer anderen bekannten Anordnung Cfranzö sische Patentschrift 1 494 254) ist zum Abtasten der Generalorgieichspannung bei abgeklemmter Batterie zum Vermeiden von schädlichen Übarspannungen ein iweite»· Spannungsteiler vorgesehen, der an einen Erreger-Hilfsgleichrichter angeschlossen ist, wobei jedoch ein vollständiger Ersatzregler vorgesehen werden muß.

Der Erfindung liegt die .\ufgabe zugrunde, einen Sp?nnungsregler der eingangs erwähnten Art so weiter auszugestalten, daß bei Abklemmen der Batterie vom Brückengleichrichter oder Trennen der Verbindung zwischen dem Spannungsregler und der Batterie bzw. dem Brückengleichrichter die Spannungsregelung unter Vermeiden von Überspannungen aufrechterhalten bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Spannungsregler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß einen zweiten Spannungsteiler auf, der parallel zum Gleichspannungsausgang des HalbweHen-Hilfsgleichrichters und der einen Hälfte des Brückengleichrichters liegt, und eine zweite Zenerdiode, deren Kathode mit dem Abgriff des zweiten Spannungsteilers und deren Anode mit der Anode der ersten Zenerdiode verbunden sind, derart, daß beim Auftreten einer Unterbrechung in dem die Batteriespanhung abtastenden Stromkreis der Reglcreinganp von dem zweiten Spannungsteiler speisbar ist.

Die Erfindung wird an Hand des Schaltbildes näher erläutert.

Eine Gleichstromquelle 10, die aus einem Wechselstromgenerator mit einem Brückengleichrichter besteht, wird zur Aufladung einer Batterie und zur Versorgung elektrischer Verbraucher eines Kraftfahrzeugs verwendet. Der Wechselstromgenerator wird durch die Fahrzeugantriebsmaschine angetrieben. Der Wechselstromgenerator hat eine dreiphasige, in Stern geschaltete Ausgangswicklung 12, die mit den Wechselstromeingangsklemmen eines Dreiphasen-Brücksngleichrichters 14 verbunden ist, welcher positive Dioden 16 und negative Dioden 18 enthält. Die Kathoden der positiven Dioden 16 sind mit einer Gleichstromausgangsklemme 20 verbunden. Die Anoden der Dioden !S sind unmittelbar geerdet. Die zwischen der Ausgangsklemme 20 und Erde herrschende Spannung wird zur Aufladung der Eatterie 22 verwendet, die über einen Leiter 24 angeschlossen ist. Elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, die nicht

dargestellt sind, werden ebenfalls zwischen die Leiter 24 und Erde geschaltet.

Der Wechselstromgenerator hat eine Erregerwicklung 26, die seine Ausgaiigsspannung steuert. Erhöht sich der Strom durch die Erregerwicklung 26, so steigt die Ausgaiigsspannung des Wccliselstromgcnerators, während sie bei Verringerung des Stromes durch die Erregerwicklung fällt. Der Spannungsregler steuert den Erregerstrom, um eine im wesentlichen konstante Ausgangsspannung der Stromquelle 10 aufrechtzuerhalten.

Der Spannungsregler 30 ist als Transistorrcgler aufgebaut und enthält eine Spannungsabfühlklemme 32, eine geerdete Klemme 34 und Klemmen 36, 38 und 40, die an die drei Phasen dei Wechselstromgenerator-Ausgangswicklung 12 und damit an die Wechselstromeingangsklemmen ues Brückcngleichrichters 14 angeschlossen sind. Eine Anschlußklemme 42 liegt in einem Kreis, der zur anfänglichen Erregung der Erregerwicklung 26 des Wechselstromgenerators dient und der zugleich eine Anzeige vermittelt, ob die Stromquelle 10 ordnungsgemäß arbeitet.

Die Anschlußklemme 32 ist über einen Leiter 46 mit einem Anschlußnunkt 44 am Leiter 24 verbunden. Ein erster Spannungsabfühlkreis 47 liegt zwischen der Anschlußklemme 32 und Erde und spricht demzufolge auf die Spannungsdifferenz zwischen dem Anschlußpunkt 44 und Erde an. Dieser Spannungsabfühlkreis ist als Spannungsteiler ausgebildet und besteht aus einem Thermistor 48, der parallel zu einem Widerstand 50 liegt, und aus in Reihe zu diesen liegenden Widerständen 52 und 34 sowie einem Widerstand 56 kleineren Werts, der mit der geerdeten Klemme 34 verbunden ist. Dieser Spannungsabfühlkreis 47 hat einen verhp.Jtnismäßig großen Widerstand und nimmt daher aus der Batterie 22 nur einen geringen, jedoch dauernd fließenden Leckstrom auf.

Der Spannungsabfühlkreis -*7 ist von einem Kreis getrennt, der den Strom zur Erregerwicklung 26 leitet.

Ein Anschlußpunkt 58 im Spannungsabfühlkreis 47 ist mit Widerständen 60 und 62 und einem Kondensator 64 verbunden. Der Widerstand 62 liegt über einen Leiter 100 in Reihe mit einer Zenerdi xle 66, die mit der Basiselektrode eines NPN-Transistors 68 verbunden ist. Die Emitter-Elektrode des Transistors 68 ist mit der Basiselektrode sines weiteren NPN-Transistors 70 verbunden. Die Kollektor-Elektroden dieser beiden Transistoren 68 und 70 sind in einem Anschlu'Jpunkt 72 zusammengeführt. Die Emitter-Elektrode des Transistors 70 ist mit einem Leiter 74 verbunden, während mit dem Anschlußpunkt 72 ein Widerstand 76 verbunden ist.

Der Anschlußpunkt 72 ist über eine Diode 80 mit der Basiselektrode eines .eiteren NPN-Transistors 78 verbunden, der den Strom für die Erregerwicklung 26 ein- und ausschaltet. Zwischen der Basis-Elektrode und der Emitter-Elektrode des Transistors 78 liegt ein Widerstand 81.

Der Strom zur Erregerwicklung 26 wird durch Dioden 82 sines Halbwellen-Hilfsgleichrichteis zugeleitt-i, deren Anoden mit den Phasen der Ausgangswicklun^ 12 des Wechseistromgeiieraiors verbunden sind und deren Katboden zusammengefaßt und mit einem Leiter 84 verbunden sind, der zu einem Anschlußpunkt 86 führt. Der Kreis für die Erregung der Erregerwicklung 26 verläuft daher von der Ausgangswicklung 12 über die Dioden 82, den Leiter 84, die Erregerwicklung 26, den Kollektor-Emilter-Kreis des Transistors 78, den Widerstand 56 zur Erde und von dieser über die Dioden 18 zur AusgangswicUlung 12 zurück, Der Leiter 84 und Frde sind mit den Anschlußklemmen für den Erregerstrom verbunden.

Die Dioden 82 liefern keine Spannung zum Spannungsabfühlkrein 47. Die Dioden 16 und 18 liefern einen verhältnismäßig großen Strom zu den elektrischen Verbrauchern des Knftfahrzeugs einschließlich der Batterie 22. Falls die Dioden 82 zusammen mit den Dioden 18 sowohl zur Versorgung der Erregerwicklungals auch des Spannungsabfühlkrciscs verwendet wurden, ergäbe sich ein ungenauer Meßwert für die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators infolge der unterschiedlichen Spannungsabfälle in den Dioden des Brückengleichrichters 14, die verhältnismäßig große Ströme führen und in den Dioden 82, die nur verhältnismäßig geringe Ströme leiten.

Die Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 58 und Erde ist ein Teil der Spannung, die zwischen dem Anschlußpunkt 44 und Krde erscheint. Diese Spannung ist eine Funktion der Ausgangsspannung der Stromquelle 10. Wenn diese Spannung einen bestimmten Sollwert übersteigt, beispielsweise 14 Volt in einer 12 Volt-Anlage, so bricht die Zenerdiode 66 durch und leitet einen Basisstrom zu den Transistoren 68 und 70, die damit leitend werden. Bei leitendem Transistor 70 ist die Spannung am Anschlußpunkt 72 gering, so daß der Transistor 78 gesperrt ist und den Erregerstrom sperrt. Fällt nun die Ausgang--spannung der Stromquelle 10, so verringert sich die der Zenerdiode 66 zugeleitete Spannung, so daß diese wieder sperrt, wodurch die Transistoren 68 und 70 nichtleitend werden. Damit erhöht sich die Spannung am Anschlußpunkt 72, so daß der Transistor 78 in den leitenden Zustand umgeschaltet wird. Hierdurch wird der Strom durch die Erregerwicklung 26 wieder eingeschaltet und der erhöhte Erregerstrom bedingt eine Erhöhung der Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators. Der Transistor 78 pendelt dauernd zwischen der Ein- und Ausschaltstellung und hält hierdurch im wesentlichen eine konstante Ausgangsspannung der Stromquelle 10 aufrecht, und zwar auf einen Wert, der zum Laden der Batterie 22 geeignet ist.

Der Spannungsregler artleitet solange einwandfrei, als der Spannungsabfühlkreis 47 die normale Ausgangsspannung der Stromquelle 10 abfühlt. Wenn aus irgend einem Grunde der Sparmungsabfühlkreis 47 nicht auf die Ausgangsspannunj» der Stromquelle 10 anspricht, so wird der Transistor 78 stets in den leitenden Zustand gesteuert, so daß der Erregerwicklung 26 dauernd Strom über die Dioden 82 zufließt. Hieraus ergeben sich hohe Spannungen am Wechselstromgenerator, die die Bauteil· des Spannungsreglers und die Dioden 82 zerstören körnten.

Löst sich beispielsweise der Leiter 24 von der Gleichstrom-Ausgangsklemme 20, so fühlt der Spannungsabfühlkiiiis 47 lediglich die Batteriespannung ab und da der Sollwert des Spannungsreglers auf eine höhere Spannung als die Batteriespannung abgestimmt ist, wird eint zu niedrige Spannung abgefühlt und damit das Ansprechen auf die Ausgangsspannung der Stromquelle 10 ve.i.mdert. Lest sich die Anschlußklemme 32 vom Leiter 46 oder dieser

vom Anschlußpunkt 44, so erhält der Spannungs- der Ausnahme, daß die Zenerdiode 88 bei einer Aus-

abfühlkreis 47 keine Spannung und der Spannungs- gangsspannüng der Stromquelle 10 durchbricht, die

regler bringt den Transistor 78 in den leitenden Zu- etwas höher als die Durchbruchspannung der Zener-

stand, woraus sich die gleichen Folgen wie oben er- diode 66 ist. Die Widerstände 94 und 96 und der

wähnt ergeben. 5 Kondensator 98 stellen ein elektrisches Filter für die

Um den Spannungsregler gegen derartige Schaden Anlage dar und stabilisieren damit den Spannungs-

zu sichern, ist ein zweiter Spannungsabfühlkreis vor- Abfühlkreis 88, 90, 92, 94, 96, 98. Die Widerstände

gesehen, der in einem solchen Störungsfall die Span- 60 und 62 und der Kondensator 64 haben dieselbe

nung zwischen dem Anschlußpunkt 86 und Erde ab- Wirkung bezüglich der Zenerdiode 66. Die Diode

fühlt. Dieser zweite Spannungsabfühlkreis enthält io 102 stellt einen Entladungsweg für die Erregerwick-

eine Zenerdiode 88, Widerstände 90, 92, 94, und 96 lung 26 dar, wenn der Transistor 78 abgeschaltet ist.

sowie einen Kondensator 98. Die Zenerdiode 88'liegt Die Anlage enthält eine Anzeigelampe 104, die

zwischen dem Leiter 100 und dem Widerstand 96, parallel zu einem Widerstand 106 liegt. Diese beiden

während das freie Ende des Widerstandes W) geer- Elemente liegen in Reihe mit einem Zündschalter 108

dct ist. Der Leiter 100 stellt somit eine gemein- 15 und der Anschlußklemme 42. Die eine Seite des

same Verbindung der Zcnerdioden 66 und 88 dar Zündschalters 108 liegt an einem Anschlußpunkt 110

und ist mit der Basiselektrode des Transistors 68 ver- des Leiters 24, der an die positive Klemme der Batte-

bunden. Beim Auftreten einer hohen Spannung rie22 angeschlossen ist.

unter den oben geschilderten Umständen, die den Soll die Fahrzeugantriebsmaschine angelassen wer-Soilwcrt, auf den der erste Spannungsabfühlkreis 47 20 den, so wird der Zündschalter 108 geschlossen und abgestimmt ist, übersteigt, erreicht die Spannung die Erregerwicklung 26 wird anfänglich von der Batzwischen dem Anschlußpunkt 86 und Erde einen terie 22 über die Signallampe und den dazu parallel Wert, der das Durchbrechen der Zenerdiode 88 ver- liegenden Widerstand 106 über den Anschlußpunkt anlaßt. Dadurch werden die Transistoren 68 und 70 42, den Leiter 84, den Transistor 78 und den Wideraufgesteuert und somit der Tiansistor 78 abgeschal- 25 stand 56 zur Erde erregt. Hierbei leuchtet die Signaltet. Fällt nunmehr die Spannung der Stromquelle 10, lampe 104 auf. Kommt der Wechselstromgenerator so gelangt die Zenerdiode 88 wieder in den sperren- auf Spannung, wenn er von der Antriebsmaschine den Zustand und bewirkt das Einschalten de.* Tran- des Fahrzeugs angetrieben wird, so werden die Spansistors 78 und damit des Stromes durch die Erreger- nungen an beiden Seiten der Signallampe 104 im wicklung 26. Der Transistor 78 wird nun durch die 30 wesentlichen gleich, da die Dioden 82 Spannung He-Zenerdiode 88 im Schaltbctrieb gesteuert ein- und fern. Es erlischt hierauf die Signallampe 104. Liegen ausgeschaltet, um eine Ausgangsspannung des irgendwelche Fehler in der Anlage vor, die die Span-Wechselstromgenerators aufrecht zu erhalten, die nurig am Anschlußpunkt 86 absenken, so leuchtet die etwas über dem Sollwert Hegt, auf den der erste Ab- Signallampe 104 auf und zeigt damit diesen Fehler an. fühlkreis 47 abgestimmt ist. Die Zenerdiode 88 35 Bei der anfänglichen Erregung der Erregerwicksteuert also im Störungsfall die Transistoren 68, 70 lung 26 ist der Transistor 78 eingeschaltet, da er über und 78 in der gleichen Weise, wie diese im Normal- den Widerstand 76 und die Lampe 104 dauernd mit betrieb von der Zenerdiode 66 gesteuert werden, mit der Batterie verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ϊ 763

   Patentanspruch:

   * Halbleiter-Spannungsregler für einen gleiehstromerregten Wechselstromgenerator, der über einen nachgeschalteten Brückengleichricliter eine Batterie und über einen Halbwellen-Hilfsgleichrichter und die ein«; Hälfte des Briickengleiclirichters die Erregerwicklung speist, mit einem Leistungstransistor als Stellglied für den Erregerstrom, der von einer an einem Abgriff eines Spannungsteilers an der Battcriespannung liegenden Zencrdiode im Schaltbetricb steuerbar ist, gekennzeichnet durch einen zweiten Spannungsteiler (92, 90), der parallel zum Gleich-Spannungsausgang des Halbwellen-Hilfsgleiclirichters (82) und der einen Hälfte (18) des Brückenglcichrichters (14) liegt, und durch eine zweite Zenerdiode (88), deren Kathode mit dem Abgriff des zweiten Spannungsteilers (90, 92) und ao deren Anode mit der Anode aer ersten Zener-. diode (66) verbunden sind, derart, daß beim Auftreten einer Unterbrechung in dem die Batteriespannung abtastenden St/omkreis der Reglereingang von dem zweiten Spannungsteiler speisbar ist.