DE2045768C3

DE2045768C3 - Regeleinrichtung für einen Wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE2045768C3
Application number: DE2045768A
Authority: DE
Inventors: Charles Geoffrey Hanson; Glen Eugene Harland Jun.
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1969-09-15
Filing date: 1970-09-11
Publication date: 1975-09-04
Also published as: GB1281099A; DE2045768B2; FR2061425A5; DE2045768A1; US3597654A; JPS509321B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Wechselstrom-Generator gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs. Eine solche Regeleinrichtung ist bekannt (GB-PS 1 159 388). Bei einer solchen Regeleinrichtung ist der Spannungsabfall im zweiten Spannungst2iler bei normalen Temperaturen gering, so daß die als Eingangstransistor ausgebildete Halbleitereinrichtung den Ausgangstransistor im leitenden Zustand hält. Steigt jedoch die Umgebungstemperatur auf einen gefährlich hohen Wert, so erhöht sich der Widerstand des Spannungsteilers plötzlich, und der entsprechend starke Spannungsabfall macht den Eingangstransistor leitend, «0 daß der Ausgangstransistor gesperrt wird und den Strom durch die Erregerwicklung des Generators unterbri M. Bei normalen Temperaturen haben also die Widerstände des zweiten Spannungsteilers keinerlei Wirkung. In den Erregerkreis ist ein Rückkopplungskondensator eingegliedert, der bezüglich Schwankungen der Eingangsspannung am Spannungsteiler eine Filterwirkung ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung gemäß dem Gatttungsbegriff des Patentanspruchs so auszugestalten, daß der Spannungsregler keinen kapazitiven Filterkreis erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteiil des Patentanspruchs angeführten Merkmale gelöst.

Es ist hierdurch der Aufbau des Spannungsreglers als integrierter Kreis mit kleinstem Raumbedarf ermöglicht, der bei Vorhandensein eines Kondensators erschwert wäre. Der nveite Spannungsteiler verringert vorübergehende Schwankungen der Eingangssnannung am Spannungsteiler wesentlich, wodurch Fehlschaltungen im Schutzkreis unterbunden sind.

In der Zeichnung sind Schaltbilder von Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Schaltbild einer Regeleinrichtung mit einem Spannungsregler mit Schutzkreis,

F i g. 2 Darstellungen von fünf Varianten A bis E für die eine Impedanz des Spannungsteilers des Schutzkreises,

F i g. 3 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Regeleinrichtung nach Fig. 1, bei der einige Halbleiterbauelemente als getrennte Bauteile ausgebildet sind, und

F i g. 4 bis 6 schematische Darstellungen abgewandelter Ausführungsformen des Schut/kreises, die im Zusammenhang mit der Regeleinrichtung nach F i g. Τ verwendbar sind.

Die in F i g. 1 dargestellte Regeleinrichtung ist einem Wechselstrom-Generator 10 zugeordnet, der eine dreiphasige im Stern geschaltete Ausgangswicklung 12 und eine Erregerwicklung 14 aufweist. Die Phasen der Ausgangswicklung 12 sind mit Wechselstromeingangsklemmen 16,18 und 20 eines Dreiphasen-Brückengleichrichter 22 verbunden. Der Brükkengleichrichter 22 besteht zweckmäßig aus sechs Siliziumdioden und hat eine positive Gleichstromausgangsklemme 26 und eine an Masse liegende negative Gleichstromausgangsklemme 28. Die Ausgangsklemme 26 ist mit einem Leiter 30 verbunden, der an die positive Seite einer Batterie 32 angeschlossen ist. Die Batterie 32 ist eine übliche Speicherbatterie für Kraftfahrzeuge und wird während des Betriebes des Kraftfahrzeugs vom Generaor 10 aufgeladen. Der Generator 10 wird hierbei von der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit veränderlichen Drehzahlen angetrieben. Der Leiter 30 versorgt nicht dargestellte weitere elektrische Geräte des Kraftfahrzeugs.

Die Regeleinrichtung nach Fig. 1 enthält ferner drei Hills-Dioden 34, deren Anoden mit je einer der Phasen der Ausgangswicklung 12 und deren Kathoden mit einem gemeinsamen Leiter 36 verbunden sind. Der Leiter 36 ist an einen Leiter 38 angeschlossen, der als Eingang des .Erregerkreises anzusehen ist. Entwickelt der Generator 12 eine Ausgangsspannung, so fließt ein Gleichstrom vom Leiter 38 zur Masse über einen, die Dioden 34 und die drei unteren, mit ihren Anoden mit der an Masse liegenden Gleichspannungsklemme 28 verbundenen Dioden des Brückengleichrichters 22 enthaltenden, Kreis. Zwischen dem Leiter 38 und Masse liegt die Erregerwicklung 14.

Die Regeleinrichtung enthält ferner einen Halbleiter-Spannungsregler mit einem NPN-Ausgangstransistor 40, dessen Kollektorelektrode mit einem Anschlußpunkt 42 und dessen Emitterelektrode mit einem an Masse liegenden Leiter 44 verbunden sind. Der Anschlußpunkt 42 ist mit der einen Seite der Erregerwicklung 14 verbunden, deren andere Seile über einen Anschlußpunkt 46 mit dem Leiter 38 verbunden ist. Eine Diode 48 liegt parallel zur Erregerwicklung 14 und wirkt in bekannter Weise als Entlastungsdiode.

Ein Strom durch die Erregerwicklung 14 kann daher vom Leiter 36 über den Leiter 38 durch die Erfegerwicklung 14 und die Kollektor-Emitter-Strecke fas Ausgangstransistors 40 zum Leiter 44 und über Masse zu den an Masse Uegenden Dioden des Brükkenfileichrichters 22 fließen, wenn der Ausgangstransistor 40 leitend ist An Stelle des im Ausführungsbeispiel dargestellten einzigen Ausgangstransistors 40 kann auch ein Darlingtonverstärker entsprechend FU 3 verwendet werden.

Das Umschalten des Ausgangstransistors 40 wird durch einen Treibertransistorkreis gesteuert, der aus NPN-Transistoren 50 und 52 besteht, die einen Darlinetonverstärker bilden. Sie haben eine gemeinsame Kollektorelektrodenverbindung 54. Die Kollektorelektrode des Transistors 50 ist über einen Anschlußnunkt 56 mit dem Leiter 38 über Widerstände 58 und 60 verbunden, zwischen denen ein Anschluß-Dunkt 62 liegt Der Anschlußpunkt 56 ist mit der Ba- ^elektrode des Ausgangstransistors 40 über einen Darlingtonverstärker 64 verbunden, der aus NPN-Transistoren 66 und 68 gebildet ist. Die Verbindung zwischen dem Anschlußpunkt 56 und der Basiselektrade des Ausgangstransistors 40 erfolgt über einen 1 eiter 70 Der Darlingtonverstärker 64 stellt einen Halbleiterschalter dar, der den Anschlußpunkt 56 St der Basiselektrode des Ausgangstransistors 40 verbindet, wenn der Darlingtonverstärker vorwärts oeoolt ist Die Vorspannung am Darlingtonverstärker 64 wird über einen Leiter 72 gesteuert, der mit der Saugelektrode des Transistors 68 verbunden ist und einen strombegrenzenden Widerstand 74 enthält und über einen Leiter 76 mit einem Anschlußpunkt 78 verbunden ist. An diesen ist ein Leiter 80 angeschlossen, der die Batteriespannung abfühlt und dem Spannungsregler zuleitet. Er ist hierzu über einen Anschlußpunkt «2 nahe der positiven Klemme der Batterie 32 mit dem Leiter 30 verbunden. Über den Ser 80 wird also die vom Generator der Batterie zugespeiste Spannung abgefühlt. Es ist zweckmäßig, αΐη Anschlußpunkt 82 dicht bei der Batterie 32 vorten, um die Spannung der Batterie genau abzu-

)er Darlingtonverstärker 64 stellt einen Schutz für den Spannungsregler dar, weil er die Trcbcrstufe des tors gesteuert, die zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse auftritt. Zu diesem Zwecke fr*.™? **■"?" elektrode des Transistors 52 mit der BasiseleWroae eines Transistors 84 verbunden, der mit dem Transistör 52 eine gemeinsame KoUektorelektrodenverttndung hat und dessen Emitterelektrode mit einem Widerstand 86 verbunden ist. Die Emitterpaasstrecke des Transistors 84 stellt praktisch eine /xn&- diode dar, die zwischen dem einen Ende des wiaer-

Standes 86 und der Basiselektrode des Transistors 52 liegt Dieser Bauteil ist als Zenerdiode m ω Fig. 3 dargestellt und entspricht der Emitterbasisstrecke des Transistors 84 in der F ι g. 1. Der Widerstand 86 ist an einem Anschlußpunkt!« mit einem Widerstand 90 verbunden, und zwiscnen ein^m Anschlußpunkt 92 und dem an Masse üegenden Leiter 44 liegt ein Filterkondensator 94. uer Widerstand 90 ist mit einem AnschluBpunKt eines Spannungsabfühlkreises 102 verbunden.

»o Spannungsabfühlkreis besteht aus m Reihe uegenaen Widerständen 104, 106 und 108 und einem zum Wierstand 108 parallclliegenden Thermistor 110. Die Spannung am Anschlußpunkt 100 ist eme Funktion der zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse auitretenden Spannung und damit eine Anzeige tür me Ausgangsspannung des Generators die zu regeln ist.

Der Thermistor 110 hat einen negativen .Wutefimdstemperaturkoeffizienten und bewirkt eme Kompensation der Temperaturen in der Anlage.

Der Schutzkreis besteht aus den Widerstanden se und 60, einem Widerstand 112, einer !"»PJ^^,". und einer Halbleiterbaueinheit 116, 1"™-!™»'-stör) die mit ihrer Kollektorelektrode mit den KoI-lektorelektroden der öderen Transistoren verbun-

den ist. Die Emitterelektrode des Transistors llöist _mit einem Anschlußpunkt 118 und *mtDrtder Basiselektrode des Transistors 50 vertnmdm. Der Widerstand 112 und die Impedanz 114 hegen in Reihe zwischen dem Anschlußpunkt 62 und einem

Anschlußpunkt 120, wobei ^^enihnen em Anschlußpunkt 122 mit der Basiselektrode des Transi^^j^ ^ _{verschiedener Weise} ausgebildet werden, wie dies in der F ig. 21 an den Beispielen ^=*¹^^ ^ einem

JS L daß durch Abschalten der Erregung der Gene- besteht die Impedanz

„de Schu,*_relS arbeit« in de, nachstehend be-

Wider-

beschrieben, der die zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse auftretende Spannung auf einen vorgegebenen, Sollwert regelt, beispielsweise 14 Volt bei einer 12-Volt-Anlage. Bei einer Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse, die größer als der vorgegebene Sollwert ist, bewirkt der Spannungsteiler 102, daß die Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 100 und Masse den Darlingtonverstärker 64, der aus den Transistoren 52 und 50 besteht, in den leitenden Zustand schaltet. Unter diesen Bedingungen ist die Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 100 und Masse genügend hoch, um die Durchbruchspannung der Zenerdiode, die durch die Basis-Emittcr-Strecke des Transistors 84 und der vorwärts gepolten Dioden, die durch die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 52 und 50 gebildet sind, zu erreichen. Bei leitendem Transistor 50 sinkt die Spannung am Anschlußpunkt 56 so weit ab, daß die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 40 nicht vorwärts belastet ist, so daß der Ausgangstransistor 40 nichtleitend wird und den Erregerstrom unterbricht. Durch die Belastung der Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 40 tritt ein Spannungsabfall in der Kollektor-Emitter-Strecke des Darlingtonverstärkers 64 auf, der die Spannung an der Basiselektrode des Ausgangstransistors 40 verringert, wenn der Anschlußpunkt 56 niedrige Spannung hat. Die Basis-Emitter-Strecke des Ausgangstransistors 40 ist durch einen Thermistor 41 mit negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten kurzgeschlossen, wodurch die Temperaturstabilität der Ausgangsstufe des Spannungsreglers verbessert wird, da die der Basiselektrode zugeleitete Spannung mit steigender Temperatur verringert wird.

Bei unterbrochenem Erregerstrom sinkt die Ausgangsspannung des Generators und damit die Spannung am Anschlußpunkt 82. Sinkt diese Spannnung auf einen vorgegebenen Wert, so wird der die Zenerdiode und die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 52 und 50 enthaltende Kreis nicht langer vorwärts belastet, so daß der Transistor 50 im wesentlichen in den gesperrten Zustand umgeschaltet wird. Hierdurch steigt die Spannung am Anschlußpunkt 56, wodurch der Ausgangstransistor 40 wieder leitend gemacht wird.

Der Spannungsregler schaltet daher den Ausgangstransistor 40 zwischen dem leitenden und gesperrten Zustand, um die vorgegebene Sollspannung einzuregeln. Der Spannungsregler ist so ausgelegt, daß bei Zuleiten einer abgefühlten Spannung vom Spannungsabfühlkreis 102, die niedriger als der Sollwert oder sogar NoM ist, der Ausgangstransistor 40 in den leitenden Zustand geschähet wird.

Der Schutzkreis regelt die Ausgangsspannung des Generators dann, wenn der Spannungsabfühlkreis 102 keine Spannung abfühlt. Wird infolge eines Schadens der Leiter 80 vorn Anschlußpunkt 82 getrennt, so wird über den Letter 80 keine Spannung abgefühlt, so daß der Ausgangstransistor 40 dauernd ie.iuid bleibt und die Ausgangsspannung des Generators sich so weit erhöht, daß Bauteile des Spannungsreglers zerstört werden könnten. Der vorgesehene Darlingtonverstärker €4 verhindert in diesem Falle ein Leitendwerden des Ausgangstransistors 40, so daß die Generatorausgangsspannung durch Abschalten der Erregung unter Kontrolle bleibt. Andererseits würde bei einem Lösen des Leiters 30 von der Ausgangskiename 26 der Spannungsabfühlkreis 102 die Batteriespannung abfühlen, und da diese niedriger als der vorgegebene Sollwert ist, würde die Erregerwicklung des Generators weiterhin erregt werden, wodurch die Kontrolle über die Ausgangsspannung des Generators verlorenginge und Bauteile der Regeleinrichtung zerstört werden könnten. Ohne den Dariingtonverstärker 64 würde ein Lösen des Leiters 80 vom Anschlußpunkt 32 zu einer Zerstörung der Batterie führen, während bei

ίο einer Lösung des Leiters 30 von der Ausgangsklemme 26 diese Gefahr nicht besteht, da die Batterie von der Generatorspannung getrennt ist. Ein Spannungsschutz ist indessen trotzdem erforderlich, um die Bauteile des Spannungsreglers und die Dioden 34 zu schützen.

Unter der Annahme, daß der Spannungsabfühlkreis 102 versucht, den Ausgangstransistor 40 leitend zu machen, erhöht sich die Spannung zwischen dem Leiter 38 und Masse bis zu einem höheren, jedoch

ao begrenzten geregelten Wert, der durch den Schutzkreis gegeben ist. Der Schützkreis wird eine Ausgängsspannung von beispielsweise 19 bis 30 Volt, vorzugsweise 19 Volt, zwischen dem Leiter 38 und Masse bei Oberspannungsbedingungen einhalten.

Dies bedeutet natürlich eine höhere Spannung zwischen der Ausgangsklemme 26 und Masse als dem vorgegebenen Sollwert entspricht, da die Spannung zwischen der Ausgangsklemme 26 und Masse in gleichem Masse Änderungen unterliegt wie die Span- nung zwischen dem Anschlußpunkt 38 und Masse, und sowohl die Erregerwicklung als auch der Leiter 30 von der Ausgangswicklung 12 des Generators gespeist werden. Die Spannung an der Ausgangsklemme 26 steuert nicht den Spannungsregler, da vorausgesetzt ist, daß der Leiter 30 von der Anschlußklemme 26 gelöst ist, um die Überspannungsbedingungen zu ergeben.

Steigt die Spannung zwischen dem Leiter 38 und Masse, so erhöht sich die Spannung am Anschluß punkt 122, und bei Erreichen der Spannung, bei dei der Schutzkreis arbeitet, wird der Transistor 50 leitend, wodurch die Spannung am Anschlußpunkt 56 abgesenkt wird, um den Ausgangstransistor 40 in den gesperrten Zustand zu schalten. Das Leitendwerden des Transistors 50 hängt von der Durchbruchspannung der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 116 und 50 ab. Mit anderen Worten, wenn die Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 122 und Masse die Durchbruchspannung der Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 116 und 50 übersteigt, wird dei Transistor 50 leitend, womit das Sperren des Ausgangstransistors 40 gegeben ist Die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren 116 und 50 liefern damit Vergleichsspannungen, and die Spannung am An

schlußpunkt 122 ändert sich abhängig von der Spaa-Bung zwischen dem Leiter 38 und Masse. Wird dei Ausgangstransistor 40 sperrend, so sinkt die Ausgangsspannung des Generators, wodurch der Transistor 50 gesperrt wird und damit das Leitendwerder des Ausgangstransistors 40 veranlaßt. Der Schutz kreis begrenzt damit die Ausgangsspannung au1 einen höheren Wert als dem vorgegebenen Sollwert jedoch ist diese Spannung nicht so hoch, daß Zerstörungen von Bauteilen durch Umschalten des Aus-

€5 ξangftransistors 40 eintreten.

Der aus dem Widerstand 112 und der Impedan; 114 bestehende zweite Spannungsteiler ist so ausgelegt, daß der Schutzkreis auf vorübergehende Ände

ungen der Spannung zwischen dem Anschlußpunkt einzelnen Bauteile im wesentlichen der gleichen

i2 und Masse nicht anspricht. Die Spannung P₁₂₂ Temperatur ausgesetzt sind wie die Verbindungen

iwischen dem Anschlußpunkt 122 und Masse kann der Halbleiter.

lurch den Wert Die in F i g. 3 dargestellte abgewandelte Regelein-

5 richtung dient ebenfalls der Steuerung der Erregung des Generators 10. Der Einfachheit halber ist der

V = ν Generator und die Batterie in F i g. 3 nicht darge-

¹²² R+Z ^β2 stellt; ferner sind für gleiche Bauteile die in den

F i g. 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen ver: 'ndet. ίο Bei der Regeleinrichtung nach Fig.3 erfolgt die

ausgedrückt werden, worin 2 der Widerstand der Steuerung des Erregerstromes durch einen den AusImpedanz 114, R der Widerstandswert des Wider- gangstransistor 40 ersetzenden Darlingtonverstärker stands 112 und K₆₂ die Spannung zwischen dem An- 151, der aus NPN-Transistoren 152 und 154 sowie schlußpunkt 62 und Masse ist. Dadurch, daß der Widerständen 156 und 158 besteht. Der Thermistor Widerstandswert des Widerstandes 112 verhältnismä- 15 41 liegt zwischen der Basis- und Emitterelektrode ßig groß im Verhältnis zum Widerstandswert.der Im- des Darlingtonverstärkers, also zwischen der Basispedanz 114 gewählt wird, ist die Spannung am An- elektrode des Transistors 152 und der Emitterelekschlußpunkt 122 wesentlich gegenüber der Spannung trode des Transistors 154. Der den Darlingtonveram Anschlußpunkt 62 verringert. Beispielsweise wird stärker 64 enthaltende Schutzkreis ist in der Regelbei einem Widerstandwert von 9000 Ohm für den *o einrichtung nach F i g, 3 nicht enthalten, und dafür Widerstand 112 und einem Widerstandswert von 300 wird eine Diode 160 benutzt. Eine Siliziumdiode 162 Ohm für die Impedanz 114 die Spannung am An- liegt zwischen dem Anschlußpunkt 122 und der Basisschlußpunkt 122 der am Anschlußpunkt 62 auftre- elektrode des NPN-Transistors 50. Sie ist vorwärts tenden Spannung sein. Es ergibt sich also, daß die gepolt, ebenso wie die PN-Verbindung, die durch die Größe der Spannung am Anschlußpunkt 122 um 25 Basis-Emitter-Strecke des Transistors 116 der Regeleinen entsprechend kleineren Wert bei einer Ände- einrichtung in F i g. 1 gebildet ist. Erreicht die Spanning der Spannung am Anschlußpunkt 62 geändert nung am Anschlußpunkt 122 die Spannung, bei der wird, so daß ein Filterkondensator zum einwand- der Schutzkreis wirksam wird, so wird der Transistor freien Arbeiten des Spannungsschutzkreises entbehr- 50 leitend und sperrt damit die Transistoren 152 und Hch ist. 30 154. Der übrige Teil der Regeleinrichtung nach

Es ist wichtig, daß die Impedanz 114 einen Wider F i g. 3 entspricht dem gleichen Teil der Regeleinstandswert hat, der sich mit Temperaturänderungen richtung nach F i g. 1 mit der Ausnahme, daß die des Spannungsreglers ändert, um den Einfluß der Zenerdiode 84 A als besonderer Bauteil eingegliedert Temperaturänderungen auf die Durchbruchspannun- ist und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 84 gen der Siliziumhalbleiter, aus denen der Spanmings- 35 ersetzt. Es ist selbstverständlich, daß die Regeleinregler aufgebaut ist, zu kompensieren. Die Durch- richtung gemäß F i g. 1 nicht in vollem Ausmaße der bruchspannung der Basis-Emitter-Strecke des Tran- in F i g. 3 dargestellten Änderungen abgeändert wersistors 116 beträgt beispielsweise 0,7 Volt bei 25° C den muß. Beispielsweise kann sich die Änderung al- und 0,5 Volt bei 125° C. Damit der Schutzkreis stets lein auf den Ersatz des Ausgangstransistors 40 durch bei der gleichen Spannung unabhängig von der Tem- 40 den Darlingtonverstärker 151 beschränken,
peratur wirksam wird, ist es notwendig, daß der In der Regeleinrichtung gemäß F i g. 4 sind die

Widerstand der Impedanz 114 sich verringert, um Widerstände 60 und 58 der Regeleinrichtung gemäß eine geringere Spannung in den Basis-Emitter-Strek- F i g. 1 durch einen einzigen Widerstand 164 ersetzt kcn der Transistoren 116 und 50 zu bilden, wenn die und der Darlingtonverstärker 64 durch eine vorwärts Temperatur ansteigt. Wie bereits erwähnt, zeigen die 45 gepolte Diode. Diese vorwärts gepolte Diode wird F i g. 2 A bis 2 E verschiedene Anordnungen für die durch die Basis-Emitter-Strecke eines NPN-Transi-Ausbildung der Impedanz 114. In der Ausführungs- stors 166 gebildet, dessen Kollektorelektrode mit der form nach F i g. 2 A sollte ein Widerstand 130 mit Basiselektrode des Transistors 166 verbunden ist. Bei einem negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten diener Anordnung bildet die Basis-Emittcr-Strecke verwendet werden, jedoch wäre diese Impedanz be- 50 des Transistors 166 eine vorwärts gepolte PN-Vcrzügiich der Temperatarstabilität verhältnismäßig bindung, die die gleiche Wiikung wie die Diode 160 schlecht in der Regeleinrichtung gemäß F i g. 3 hat. Zusätzlich

Bei der Ausführuagsform nach F i g. 2 B ist der wird an Stelle des Thermistors 41 bei der Regelein «irksame Widerstand der Impedanz 114 bei steigen- richtung gemäß Fig.4 ein Widerstand 168 verwen der Temperatur niedriger, da der Thermistor 132 55 del. Die Regeleinrichtung gemäß Fig.4 arbeitet ii einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten gleicher Weise wie die nach F i g. 1. so daß also aufweist. Bei der Bauform nach Fig.2C wird das wenn die Spannung am Anschlußpunkt 122 dei ^•'■·'-·;. Ergebnis erzielt durch des in Reihe zuein- Wert erreicht, bei dem der Spannungsschutzkrei ü-v-." senden Widerstand 136 und Thermistor 138 wirksam wird, der Transistor 50 in den leitenden Zu mit negativem Widerstandskoeffizienten. Die Baufor- 60 stand umgeschaltet wird and das Sperren des Aus men nach Fig.2D und 2E zeigen weitere Anord- gangstransisiors 40 bewirkt. Die Impedanz 114 » nungen, bei denen die Thermistoren 142 bzw. 150 F i g. 4 kann in einer der in F i g. 3 dargestellten Bau einen negativen Widerstandstemperaturkoefftzienten formen ausgebildet sein, wobei die Bauform nac aufweisen und den tatsächlichen Widerstand der Im- F i g. 2 B zu bevorzugen ist.
pedanz 114 mit steigender Temperatur verringern. $5 Bei der abgewandelten Bauform nach Fig. 5 i: Die in der F i g. 2 dargestellten Bauteile des Span- eine vorwärts gepolte Diode vorgesehen, die durc nungsreglers sind vorzugsweise als integrierter die Basis-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors 11 Schaltkreis auf einen Träger aufgebracht, so daß die gebildet ist. An Stelle des Thermistors 41 ist ei

Widerstand 172 vorgesehen. Bei der Regeleinrichtung gemäß F i g. 5 ist ein NPN-Transistor 174 vorgesehen, dessen Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des Transistors SO verbunden ist. Die Emitterelektrode des Transistors 174 ist mit der Emitterelektrode des Transistors 50 und dem Leiter 44 verbunden, während seine Basiselektrode mit dem Aflschlußpünkt 122 zwischen der Impedanz 114 und dem Widerstand 112 verbunden ist. Es tritt die gleiche spannungsteilende Wirkung wie bei der Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 ein. Erreicht die Spannung am Anschlußpunkt 122 der Regeleinrichtung gemäß F i g. 5 den Wert, bei dem der Schutzkreis wirksam wird, d. h. die Spannung am Leiter 38 im Bereich zwischen 19 und 30 Volt liegt, so wird die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 174 vorwärts belastet und macht diesen in der KoUektoremitterstrecke leitend. Hierdurch sinkt die Spannung am Spannungspunkt 56 so weit ab, daß der Ausgangstransistor 40 in den gesperrten Zustand geschaltet wird, wodurch der Erregerstrom verringert wild. Bei der nunmehr absinkenden Ausgangsspannung wird der Ausgangstransistor 40 erneut leitend. Der Schutzkreis regelt also die Ausgangsspannung auf einen höheren als den vorgegebenen Sollwert ein, wie dies auch bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung der Fall ist. In der Regeleinrichtung gemäß F i g. 5 ersetzt ein einziger Widerstand 176 die beiden Widerstände 58 und 60 der Regeleinrichtung gemäß F ig. 1.

F i g. 6 zeigt eine weitere Abwandlung eines Teils der Regeleinrichtung nach Fig. 1, in der eine vorwärts gepolte Diode verwendet ist, die durch die Basis-Emitter-Strecke eines NPN-Transistors 180 gebildet ist. Ein Widerstand 182 ersetzt den Thermistor 41. Die Regeleinrichtung gemäß F i g. 6 verwendet einen Transistor 184, der wie der Transistor 174 der Regeleinrichtung gemäß Fig.5 angeschlossen ist und die gleiche Anordnung der Widerstände 58, 60 und 112 wie in der Regeleinrichtung gemäß F i g. 1 aufweist. Der Schutzkreis gemäß Fig.6 arbeitet in gleicher Weise wie der gemäß Fig.5. Erreicht die Spannung am Anschlußpunkt 122 den Wert, bei dem der Schutzkreis wirksm wird, so wird der Transistor 184 vorwärts belastet, so daß die Spannung am Anschlußpunkt 56 absinkt und der Ausgangstransistor 40 gesperrt wird. Der Ausgangstransistor 40 wird wieder leitend, sobald die Spannung auf einen vorgegebenen Wert absinkt. Der Schutzkreis regelt die Spannung auf diesen gegenüber dem vorgegebenen Sollwert höheren Spannungswert ein.

Die verschiedenen Aasführungsformen der Erfindung können mit unterschiedlich aufgebauten Schutzkretsen ausgeführt werden, solange ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der das angegebene Widerstandsverhältnis aufweist und in einem Zweig eine Widerstandsänderung in Abhängigkeit von der Temperatur bewirkt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen liegt die temperaturempfindliche Impedanz 114 im unteren Zweig des Spannungsteilers. Indessen kann die temperarurempfindliche Impedanz auch im oberen Zweig des Spannungsteilers liegen, während der feste Widerstand im unteren Zweig angeordnet ist. Beispielsweise kann die Impedanz 114 ein Widerstand mit festem Wert sein, während die Impedanz 112 dann eine temperaturempfindliche Komponente enthält, die einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist. Bei einer derartigen Anordnung wird die zwischen dem Anschlußpunkt 122 und dem an Masse liegenden Leiter 44 erscheinende Spannung absinken, wenn sich die Temperatur des Spannungsreglers erhöht, wodurch die gleiche Temperaturstabilisierung wie bei den dargestellten Ausführungsformen erzielt wird. Es ist füi die Auslegung des Spannungsteilers wichtig, daß dei Widerstandwert des Widerstands 112 wesentlich höher als der Widerstandswert der Impedanz 114 ist

ίο und damit einen Filterkondensator für den Schutzkreis entbehrlich macht. Die Verwendung des Darlingtonverstärkers 64 stellt die vorteilhafteste Lösung dar, kann jedoch durch eine vorwärts gepolte Diode, wie sie in den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2

bis 6 dargestellt ist, ersetzt werden. Ebenso kann dei Darlingtonverstärker 64 in den Ausführungsformen nach Fig.3 bis 6 an Stelle der vorwärts belasteten Dioden verwendet werden. Der Schutzkreis kann in Verbindung mit einem einzigen Ausgangstransistoi

ao entsprechend der Regeleinrichtung gemäß F i g. 1 ebenso verwendet werden wie bei einem Ausgangstransistor in Form eines Darlingtonverstärkers 151, der aus zwei Transistoren 152 und 154 gebildet ist (F i g. 3). Aus all diesem ergibt sich, daß zahlreiche

Abwandlungen und Kombinationen im Rahmen dei offenbarten Lösungen möglich sind, um einen Spannungsschutzkreis zu schaffen, der ohne Verwendung eines Filterkondensators temperaturunabhängig arbeitet.

Es ist zweckmäßig, wenn der Spannungsregler als integrierter Kreis hergestellt wird, um geringe Größe und erhöhte Zuverlässigkeit zu erzielen. Die Halbleiter 84, 52, 116, 50, 68 und 66 in der Regeleinrichtung gemäß Fig. 1 sind zu einem integrierten Kreis

zusammengefaßt, die einen gemeinsamen N-Kollektoj aufweisen und als Treibereinheit für den Spannungsregler dienen. Der Ausgangstransistor 40 ist als besonderer Halbleiterbauteil ausgebildet und kann, wie in Fig. 3 dargestellt, als Darlingtonverstärker ausge-

bildet sein, der auf einem gemeinsamen N-Trägei aufgebaut ist.

Wie bereits ausgeführt, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, die Verwendung eines zweiten Spannungsteilers aus den Impedanzen 112 und 114, die

ein hohes Spannungsteilerverhältnis haben. Das Verhältnis der Widerstände zwischen den Widerstandswerten der Impedanzen 112 und 114 im Ausführungsbeispiel ist mit etwa 30 : 1 angegeben, d. h., da£ der Widerstandswert des Widerstands 112 30mal

so großer als der Widerstandswert der Impedanz 114 ist. Es ist auch wichtig, daß die die Vergleichsspannung liefernden Einrichtungen bei Verwendung eines oti\^{rtI8en Widerstandsv}erhältnisses vorwärts gepolte PN-Verbmdungen entsprechend einer Zenerdiode

enthalten. Die Verwendung des hohen Widerstandsvernaltnisses im Spannungsteiler gestattet die Verwendung vorwärts gepolter Dioden als Geber für die vergleichsspannung, da vorwärts gepolte Dioden eine geringere Durehbrochspanmmg aufweisen als

Zenerdioden. Eine Zenerdiode kann beispielsweise eme Uurchbruchspannung von 9 Volt aufweisen, die die Verwendung eines Spannungsteilers mit einem erfindungsgemäß hohen Widmtandsverhältnis nichl

_fi fVr \, ^DJL^{e Basis}-E»nitter-Kreise der Transistoren

116 und 50 der Regeleinrichtung gemäß Fi g. 1 weisen dagegen nur eine Durchbruchspannung von etwa «i u · ' ^um ** Leitendmachen des Transistors 50 zu bewirken. Das hohe SpannungsteilerverhäÖais

von etwa 30:1 verhindert ein Umschalten bei kurzzeitigen Spannungen, ohne daß ein Kondensator erforderlich ist, gewährleistet aber trotzdem einen Spannungsschutz in der beschriebenen Art.

Es wurde darauf hingewiesen, daß der Schutzkreis mit einer etwas höheren Spannung als der vorgegebenen Sollspannung arbeitet, die zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse eingeregelt werden soll. Bei normalen Betriebsverhältnissen wird die vorgegebene Sollspannung bei einer 12-Volt-Anlage ungefähr auf 14 Volt eingestellt. Unter diesen Bedingungen ist die Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 38 und Masse annähernd der Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 82 und Masse gleich. Steigt die Spannung auf 19 bis 30 Volt infolge eines Lösens von Verbindungen in der Regeleinrichtung, so wird der Schutzkreis wirksam und regelt die Ausgangsspannung des Generators auf einen höheren Wert ein, der jedoch nicht ausreicht, um die Halbleiterbauteile des Spannungsreglers zu zerstören. »o

Die Regeleinrichtung nach der Erfindung kann eine Anzeigelampe enthalten, die Fehler in der Regeleinrichtung anzeigt Die Warnlampe 190 liegt zwischen dem Leiter 38 und einem Zündschalter 192. Der Zündschalter 192 liegt zwischen dem Leiter 30 as und der Warnlampe 190. Ein Widerstand 194 und ein Schalter 196 für elektrische Hilfsgeräte liegen in Reihe zueinander und parallel zur Warnlampe 190 und dem Zündschalter 192.

Sind die Schalter 192 und 196 geschlossen, so wird die Warnlampe 190 versorgt, erlischt jedoch, wenn der Generator eine Ausgangsspannung liefert, da zu dieser Zeit die Spannung am Leiter 38 sich der Spannung am Leiter 30 nähert, so daß die Warnlampe 190 erlischt. Die Warnlampe 190 und der Widerstand 194 sind an den Zündschalter bzw. den Htlfsgeräteschalter angeschlossen, um eine Rückkopplung in die Zündanlage zu vermeiden. Ist die Steueranlage mit einem Amperemeter versehen, so kann von einer Warnlampe Abstand genommen werden.

Bei den Regeleinrichtungen gemäß F i g. 5 und 6 kann an Stelle der getrennten Transistoren 174 oder 184 auch ein Darlingtonverstärker ähnlich dem Darlingtonverstärker 64 gemäß F i g. 1 verwendet werden. In diesem Falle wird die Basiselektrode des Darlingtonverstärkers mit dem Anschlußpunkt 122 und die gemeinsame Kollektorelektrode mit der Kollektorelektrode des Transistors 50 verbunden, während die Emitterelektrode mit der Emitterelektrode des Transistors 50 zu verbinden ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Regeleinrichtung für einen Wechselstrom-Generator mit einer mit einem Brückengleichrichter verbundenen Ausgangswicklung und einer Erregerwicklung, die vom Briickengleichrichter über einen Spannungsregler mit Gleichstrom speisbar ist, deren Spannungsregler einen Ausgangstransistor enthält, der von einer zwischen einem Anschlußpunkt eines Spannungsteilers und der Gleichspannungsklemme des Biückengleichrichters liegenden Halbleitereinrichtung schahbar ist, bei der ein Schutzkreis für den Spannungsregler mit einem zweiten Spannungsteiler zwischen zwei Gleichspannungsklemmen des Brückengleichricbters vorgesehen Ut, der aus £wei über eiiien Anschlußpunkt miteinander verbundenen Widerstände, von denen der eine temperaturabhängig ist, besteht, und bei der der Anschluß- so punkt mit einem Transistor verbunden ist, der bei Übersteigen einer vorgegebenen Spannung am Anschlußpunkt in den leitenden Zustand und damit der Ausgangstransistcr in den sperrenden Zustand schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Halbleitereinrichtung (116,162, 174, 184) vorgesehen ist, die eine PN-Verbindung zwischen dem Anschlußpunkt (122) des zweiten Spannungsteilers (112, 114) und dem Transistor (52) aufweist, und daß der zweite Spannungsteiler aus zwei Widerständen (112 und 114) besteht, deren Widerstandswerte im Verhältnis von 30:1 stehen, so daß der Schutzkreis gegen vorübergehende Spannungsänderungen am zweiten Spannungsteiler (112, 114) unempfindlich ist.