DE2324693A1

DE2324693A1 - AC VOLTAGE REGULATOR

Info

Publication number: DE2324693A1
Application number: DE19732324693
Authority: DE
Inventors: Georg Hauner; Walter Hofer; Werner Meier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1974-12-05

Description

Anlage zur Patentanmeldung Wechselspannungsregler Die Erfindung betrifft einen Wechselspannungsregler, insbesondere für Magnetsündgbneratoren, mit einem der Wechselspannungsquelle parallel geschalteten, steuerbaren Halbleiterschalter.Appendix to patent application AC voltage regulator The invention relates to an AC voltage regulator, especially for Magnetsündgbneratoren, with a controllable semiconductor switches connected in parallel to the AC voltage source.

Bei unterschiedlicher Belastung einer Wechselspannungsquelle, z. B. durch Zu- bzw. Abschalten von Verbrauchern, treten sehr unterschiedliche Spannungen auf. Um den Verbrauchern dennoch eine möglichst konstante Spannungsversorgung zu garantieren, werden Regler eingesetzt.With different loads of an AC voltage source, z. B. When consumers are switched on and off, very different voltages occur on. In order to provide the consumers with a voltage supply that is as constant as possible guarantee, regulators are used.

Unter anderem ist es bekannt, für einen solchen Regler das sogenannte Phasenanschnittsverfahren anzuwenden. Ein steuerbarer Gleichrichter ist beispielsweise der Spannungsquelle parallel geschaltet und wird an einem bestimmten Punkt einer Spannungshalbwelle leitend, wodurch die Spannungshalbwelle kurzgeschlossen wird. Die Steuerung für den steuerbaren Gleichrichter erfolgt üblicherweise durch einen Kondensator, der über einen Widerstand in Abhängigkeit von der Größe der Wechselspannung aufgeladen wird.Among other things, it is known for such a controller to use the so-called To apply phase control method. A controllable rectifier is for example connected in parallel to the voltage source and at a certain point becomes a Voltage half-wave conductive, whereby the voltage half-wave is short-circuited. The control for the controllable rectifier is usually carried out by a Capacitor that has a resistor depending on the size of the alternating voltage being charged.

Bei einer bestimmten Kondensatorspannung schaltet der steuerbare Gleichrichter. Die Ladezeit des Kondensators ist entscheidend für den Zeitpunkt, zu dem eine Spannungshalbwelle kurzgeschlossen wird.The controllable rectifier switches at a certain capacitor voltage. The charging time of the capacitor is decisive for the point in time at which a voltage half-cycle is short-circuited.

Die Steuerung des steuerbaren Gleichrichters durch ein solches, bekanntes Steuerglied hat den Nachteil, daß der Effektivwert der Regler-Ausgangsspannung nur über einen eng begrenzten Lastbereich konstant gehalten werden kann.The control of the controllable rectifier by such a known one The control element has the disadvantage that the rms value of the regulator output voltage is only can be kept constant over a narrow load range.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei konstant bleibender effektiver Ausgangs spannung den zulässigen Bereich für die Veränderung der Ausgangslast zu erweitern, bzw. über den gesamten Bereich der möglichenBelastung der Wechselspannungsquelle eine möglichst konstant bleibende effektive Ausgangsspannung am Regler zu erhalten.The invention is based on the object with constant effective output voltage is the permissible range for changing the output load to expand, or over the entire range of possible load on the AC voltage source to obtain an effective output voltage at the regulator that remains as constant as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Steuerung des Halbleiterschalters mindestens drei in Abhängigkeit von der Größe der Wechselspannung stufenförmig wirksame Steuerglieder vorgesehen sind, um eine immer weitere Vorverlegung des Schaltzeitpunkts des Halb leiters chalters bei steigender Wechselspannung zu erreichen.This object is achieved according to the invention in that for control of the semiconductor switch at least three depending on the size of the AC voltage step-like effective control elements are provided in order to move forward further and further the switching time of the semiconductor switch with increasing AC voltage reach.

Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein erstes Steuerglied als Ladewiderstand ausgebildet ist, durch den in Abhängigkeit von der Größe der echselspannung ein Kondensator ladbar ist. Dieser bewirkt, daß ab einer bestimmten Kondensatorspannung über vorzugsweise einen Schwellwertschalter der Halbleiterschalter in den stromleitenden Zustand versetzbar ist. Weiterhin ist parallel zum Ladewiderstand ein als Reihenschaltung einer Zenerdiode mit einem Widerstand ausgebildeter, erster spannungsabhängiger Widerstand als zweites Steuerglied und als drittes Steuerglied ein zweiter, als Zenerdiode ausgebildeter spannungsabhängiger Widerstand zum direkten Ansteuern des Halbleiterschalters mit der Wechselspannung vorgesehen.A particularly good effect is achieved if in a further embodiment the invention, a first control member is designed as a charging resistor through which Depending on the magnitude of the alternating voltage, a capacitor can be charged. This causes that from a certain capacitor voltage, preferably via a threshold switch the semiconductor switch can be switched to the conductive state. Furthermore is parallel to the charging resistor as a series connection of a Zener diode with a resistor trained, first voltage-dependent resistor as a second control element and a second voltage-dependent control element designed as a Zener diode is used as the third control element Resistor for direct control of the semiconductor switch with the alternating voltage intended.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bebtehen insbesondere darin, daß die Regelung der Ausgangsspannung über einen weiten Drehzahl- und Lastbereich der Wechselspannungsquelle und damit die An-und Abschaltung beliebiger Verbraucher bis zur Grenzleistung des Generators möglich-ist. Weiterhin wird eine optimale Auslegung des Generators dadurch erleichtert, daß eine bisher erforderliche Lastanpassung desselben entfällt.The advantages achieved with the invention are in particular: that the regulation of the output voltage over a wide speed and load range the AC voltage source and thus the switching on and off of any consumer is possible up to the limit power of the generator. Furthermore, an optimal design of the generator facilitated by the fact that a previously required load adjustment the same is omitted.

Ein Ausführungsbeispiel eines Wechselspannungsreglers ist in einer Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of an AC voltage regulator is in a Drawing shown and is described in more detail below.

Die von einem Wechselspannungsgenerator 1 erzeugte liechselspannung liegt an den Eingangsklemmen 2 und 3 eines Wechselspannungsreglers 4 an. Die Ausgangsklemmen 5 und 6 des Reglers 4 sind mit den Eingangsklemmen 2 und 3 verbunden und über einen Verbraucherwiderstand 7 kurzgeschlossen. Weiterhin sind die Klemmen 5 und 6 bzw. 2 und 3 über einen Thyristor 8 kurzgeschlossen. Die Steuerelektrode des Thyristors 8 ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes 9, der Anoden-Kathoden-Strecke einer Zenerdiode 10 und der Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode 11 mit der Klemme 5 verbunden. Die Zenerdiode 10 und der Widerstand 9 sind durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines pnp-Transistors 12 überbrückt.The liechsel voltage generated by an alternating voltage generator 1 is applied to input terminals 2 and 3 of an AC voltage regulator 4. The output terminals 5 and 6 of the controller 4 are connected to the input terminals 2 and 3 and via a Consumer resistance 7 short-circuited. Furthermore, terminals 5 and 6 or 2 and 3 short-circuited via a thyristor 8. The control electrode of the thyristor 8 is via the series connection of a resistor 9, the anode-cathode path a Zener diode 10 and the cathode-anode path of a diode 11 with the terminal 5 connected. The zener diode 10 and the resistor 9 are through the emitter-collector path a pnp transistor 12 bridged.

Die Basis des Transistors 12 ist sowohl über einen Widerstand 13 mit dem Emitter des Transistors 12, wie auch über die Reihenschaltung eines Widerstandes 14 mit der Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 15 mit der Klemme 6 verbunden. Der Emitter des pnp-Transistors 12 ist sowohl über die Reihenschaltung eines Ladewiderstandes 17 mit einem weiteren Widerstand 18, wie auch über die Reihenschaltung einer Zenerdiode 19, eines Widerstands 20 und eines Kondensators 21 mit der Klemme 6 verbunden. Die der Klemme 6 gegenüberliegenden Anschlußpunkte des Kondensators 21 und des Widerstandes 18 sind miteinander und über einen Widerstand 16 mit der Basis des Transistors 15 verbunden.The base of the transistor 12 is via a resistor 13 with the emitter of the transistor 12, as well as via the series connection of a resistor 14 connected to the collector-emitter path of an npn transistor 15 with terminal 6. The emitter of the pnp transistor 12 is both via the series connection of a charging resistor 17 with a further resistor 18, as well as via the series connection of a Zener diode 19, a resistor 20 and a capacitor 21 are connected to the terminal 6. the the terminal 6 opposite connection points of the capacitor 21 and the resistor 18 are connected to one another and via a resistor 16 to the base of transistor 15 tied together.

Die Regelung der Wechselspannung am Verbraucherwiderstand 7 erfolgt durch intermittierendes Kurzschließen des Generators 1 durch den Parallelthyristor 8. Abhängig von der Drehzahl des Generators und der Verbraucherlast werden Flächenteile der positiven Halbwelle der Wechselspannung kurzgeschlossen (Phasenanschnittsteuerung). über den Einfluß der Phasenverschiebung werden die negativen Halbwellen im Sinne der Regelung mit beeinflußt. Bei einer positiven Halbwelle wird der Kondensator 21 über die Diode 11 und den Ladewiderstand 17 aufgeladen. Wenn die während einer positiven Halbwelle erzeugte Kondensatorspannung am Kondensator 21 die Schwellspannung des Transistors 15 nicht erreicht, so wird der Kondensator 21 während der darauf folgenden negativen Halbwelle über den Widerstand 18 entladen - es tritt keine Phasenanschnittssteuerung auf. Wird die Schwellspannung des Transistors 15 dagegen erreicht, so wird dieser über den Widerstand 16 in den leitenden Zustand geschaltet. Ein Teil des Kollektorstromes des Transistors 15 fließt über den Widerstand 14 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 12, wodurch dieser ebenfalls leitend wird. Der Kollektorstrom des Transistors 12 schaltet den Thyristor 8 in den stromleitenden Zustand, die Generatorspannung wird kurzgeschlossen und am Verbraucher liegt keine Spannung mehr an. Dieser Kurzschluß bleibt bestehen, bis der jetzt im Generator 1 und dem Thyristor 8 fließende Strom seine Polarität umkehrt und der Thyristor dadurch in den Nichtleitzustand übergeht. Ab diesem Zeitpunkt liegt negative Spannung am Verbraucher an. Steigt die Generatorspannung an, bzw. fällt die Last ab, so'lädt sich der Kondensator 21 schneller auf und der Zündzeitpunkt des Thyristors 8 erfolgt früher.The AC voltage at the consumer resistor 7 is regulated by intermittently short-circuiting the generator 1 through the parallel thyristor 8. Depending on the speed of the generator and the consumer load, surface areas are short-circuited to the positive half-wave of the alternating voltage (phase control). The negative half-waves are in the sense of the influence of the phase shift the regulation with influenced. In the case of a positive half-cycle, the capacitor 21 charged via the diode 11 and the charging resistor 17. If during a positive half-wave generated capacitor voltage on capacitor 21, the threshold voltage of the transistor 15 is not reached, the capacitor 21 is during the on Discharge the following negative half-wave through the resistor 18 - there is no phase control on. If, however, the threshold voltage of the transistor 15 is reached, this will be switched to the conductive state via the resistor 16. Part of the collector current of the transistor 15 flows through the resistor 14 and the base-emitter path of the Transistor 12, whereby this is also conductive. The collector current of the transistor 12 switches the thyristor 8 to the conductive state, the generator voltage is short-circuited and there is no longer any voltage at the consumer. This short circuit remains until the current flowing in generator 1 and thyristor 8 reverses its polarity and the thyristor thereby goes into the non-conducting state. From this point in time, negative voltage is applied to the consumer. The generator voltage increases on, or if the load drops, the capacitor 21 charges up faster and the The ignition timing of the thyristor 8 occurs earlier.

Steigt die Generatorspannung weiterhin an, so wird bei einer bestimmten Höhe der Generatorspannung die Zenerdiode 19 stromleitend, und über den Widerstand 20 wird der Kondensator 21 zusätzlich geladen. Der zeitliche Verlauf der Spannung am Kondensator 21 im oberen Spannungsbereich versteilert sich und es erfolgt ein früheres Ansteuern des Thyristors 8. Der Eingriff über den Ladezweig 19, 20 ist erforderlich, um den Schaltzeitpunkt des Thyristors 8 dem geforderten Effektivwert der Verbraucherspannung anzupassen.If the generator voltage continues to rise, a certain The level of the generator voltage, the Zener diode 19 conductive, and across the resistor 20, the capacitor 21 is additionally charged. The course of the tension over time at the capacitor 21 in the upper voltage range steepens and a earlier control of the thyristor 8. The intervention via the loading branch 19, 20 is required to set the switching time of the thyristor 8 to the required Adjust the rms value of the consumer voltage.

Diese Anpassung an den Effektivwert der Verbraucherspannung erfolgt bei noch höherer Ausgangsspannung des Generators - im Bereich des Leerlaufs - über das Steuerglied 10, 9. Die Ladung des Kondensators 21 würde hier zu langsam verlaufen, d.h. der Kurzschluß der Generatorspannung über den Tnyristor 8 zu spät erfolgen, so daß die Spannung am Verbraucherwiderstand 7 unzulässig hoch wäre. Mit Erreichen der Durchbruchspannung der Zenerdiode 10 wird der Thyristor 8 über den Widerstand 9 direkt angesteuert und in den leitenden Zustand versetzt. Um eine noch raschere Ansteuerung zu erreichen, kann der Widerstand 9, wie auch der Widerstand 20, den Widerstandswert Null aufweisen.This adaptation to the effective value of the consumer voltage takes place at an even higher output voltage of the generator - in the idling range - over the control element 10, 9. The charging of the capacitor 21 would be too slow here, i.e. the short-circuit of the generator voltage via the Tnyristor 8 takes place too late, so that the voltage at the consumer resistor 7 would be impermissibly high. With achievement the breakdown voltage of the Zener diode 10 is the thyristor 8 via the resistor 9 controlled directly and put into the conductive state. To an even faster one To achieve control, the resistor 9, as well as the resistor 20, the Have resistance value zero.

Claims

Expectations

D AC voltage regulator, especially for voltage regulation of magneto ignition generators, with a controllable semiconductor switch connected in parallel to the AC voltage source, characterized in that for controlling the semiconductor switch (8) at least three, depending on the magnitude of the alternating voltage, control elements effective in stages (9, 10, 17, 19, 20-, 21) are provided in order to bring the switching time forward further of the semiconductor switch (8) with increasing AC voltage to keep the To achieve the rms value of the controller output voltage.

2. AC voltage regulator according to claim 1, characterized in that that a first control member is designed as a charging resistor (17) through which in Depending on the size of the alternating voltage, a capacitor (21) can be charged and that at a certain ondensators voltage via preferably a threshold switch (12, 15) the semiconductor switch (8) can be switched to the conductive state.

3. AC voltage regulator according to claim 1 or 2, characterized in that that parallel to the charging resistor (17) a first voltage-dependent resistor (19, 20) is provided as a second control element.

4, AC voltage regulator according to claim 3, characterized in that that the first voltage-dependent resistor is designed as a Zener diode (19).

5. AC voltage regulator according to claim 3, characterized in that that the first voltage-dependent resistor as a series connection of a Zener diode (19) is formed with a resistor (20).

6. AC voltage regulator according to one of the preceding claims, characterized in that a second voltage-dependent control element is used as the third control element Resistor (9, 10) for direct control of the semiconductor switch (8) with the alternating voltage is provided.

7. AC voltage regulator according to claim 6, characterized in that that a Zener diode (10) is provided as the second voltage-dependent resistor.

8. AC voltage regulator according to claim 6, characterized in that that the second voltage-dependent resistor is the series connection of a Zener diode (10) is provided with a resistor (9).

L e r s e i t e