DE2338292C3 - Spannungsregler für einen gleichstromerregten Wechselstromgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter - Google Patents

Description

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Anschlüsse benötigt, problemlos in einem Halbleiterkörper in integrierter Technik ausgebildet werden kann und der eine feinfühlige Regelung ermöglicht

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erre.cht. daß der Impulsgenerator einen Oszillator für die Erzeugung und Zufuhr von Impulsen an einen binaren Zahler umfaßt, Η,ά die Stufen des binären Zählers an ein Leiter-Netzwerk angekoppelt sind, derart, daß die Sägezahnspannung eine Treppenstufen-Wellenform erhält, und daß Se impulsgenerator und die Kinrichlung zum Vergleichen der Sägezahnspannung mit der Gleichspannung als Halbleiteranordnung in einem nonolithischen Halbleiterkörper ausgebildet sind. ......

Der erfindungsgemäße Regler ermöglicht eine feinfühlige Regelung, er kann ohne Schwierigkeiten in einem monolithischen Halbleiterkörper ausgebildet und in einer Standard-Transistorpackung untergebracht werden und er benötigt nur drei nach außen führende « Anschlüsse. Durch die Ausbildung der Sägezahnspanmine in Treppenstufenform wird eine kapazitive Komponente für den Oszillator deren Wert höher ist als innerhalb einer integrierten Halbleiterschaltung vorgesehen werden kann, vermieden.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

^W°F fg. 1 vereinfacht und schematisch, eine erfindungs-

gemäße Schaltung zeigt,

Fig 2 zeigt eine Gruppe von Wellenformen zur

Erläuterung des Betriebes der Schaltung nach F. g. 1. Fig 1 zeigt einen Wechselstromerzeuger 11, dessen

Ausgang nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 12

stabilisiert wird. Der positive und der negative ι r,r <o Aussangspol des Gleichrichters 12 sind mit den

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler fur 50 J^Uigang»P _n ^^ _Zwolf._Volt-Batterie 13

einen gleichstromerregten Wechselstromgenerator mit JP^tsP^re™ _{dete Leitung 14} und eine Leitung 15 nachgeschaltetem Gleichrichter, mit einem mi der !J°%_u^_n ^g _dcren Potential damit - 12 Volt betrügt. Feldwicklung des Generators in Reihe geschalteten · _Feldwicklung 16 des Wechselstromer-

steuerbaren Halbleiterschalter, mit einem die Genera- tin ^ ^. ^ _ge,_{egti währen()}

torgleichspannung abtastenden Spannungsfuhler einem 55 zeugers ist s Transistor an der Leitung 15

Impulsgenerator zum Erzeugen einer Sagezahnspan- J" ^an^^re _R",_{er für} den Wechselstromerzeuger umfaßt nung mit periodischer Wellenform, e.ner Einrichtung liegt Uer Kegi ^ ^ _wiederho.

?.um Vergleichen der Sägezahnspannung und der einenuszinaior *i. ^ ^k ^^ ^ ..^ ^ Gleichspannung, die, wenn die Gleichspannung niedric-er ist als die Amplitude der Sägezahnspannung, 60
elektrische Impulse erzeugt, deren Flanken jeweils
durch die aufeinanderfolgenden Kreuzungspunkte der
Sägezahnspannung mit der Gleichspannung bestimmt
sind und welche Impulse den Halbleiterschalter steuern.

Aus der DT-AS 11 05 966 ist ein Transistor-Spannungsregler bekannt, in welchem ein zusammengesetz-... o: 1 „..- „ι«,».. caoo^Qhn.Knmnonente. die einer

nung bestimmt sind und welche Impulse den Halbleiterschalter steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen Oszillator (21) für die Erzeugung und Zufuhr von Impulsen an einen binären Zähler (23) umfaßt, daß die Stufen des binären Zählers an ein Leiter-Netzwerk (24) angekoppelt sind, derart, daß die Sägezahnspannung eine Treppenstufen-Wellenform erhält, und daß der Impulsgenerator und die Einrichtung (25) zum Vergleichen der Sägezahnspannung mit der Gleichspannung als Halbleiteranordnung in einem monolithischen Halbleiterkörper ausgebildet sind.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter (27) ebenfalls in Form einer Halbleiteranordnung in einem monolithischen Halbleiterkörper ausgebildet

3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Anschlüsse (42, 43,44) vorgesehen sind, von denen zwei (42,43) mit dem Halbleiterschalter (27) und den Gleichstromklemmen (14, 15) über die Feldwicklung (16) des Generators (11) verbunden sind, während der dritte Anschluß (44) mit der Einrichtung (25) zum Vergleichen der beiden Spannungen und mit dem Spannungsfühler (26) verbunden ist.

4. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (27) ein Transistor ist.

J^_R^,_{er fär de}
liegt Uer Kegi

einen Orator 21. V ^ _{dje über} ^

_{22 die durch} 16 dividiert und die in Form

f ^fgelegT werden. Die Stufen des e S_eite ^B _r._Net7._{werk 24} angekoppelt,

* an einen Eingang eines Differential_v^_r^2ⁿ ₅ ^g _g ^a _e ⁿ _{leg is}, Der andere Eingang des Ve ta ke 25 ge^eg _einstel|baren Widerstand

^erbtarkers Kjst über ^^

fÄ bezeichnet, da er eine Messung

bezüglich des Potentiates der Leitung 15 ermöglicht, und /war proportional zur Ausgangsspannung des Gleichrichters 12, die stabilisiert werden soll.

Der Ausgang des Verstärkers 15 ist an die Basis eines NPN Transistors 27 angekoppelt, dessen Emitter mit der Leitung 15 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors ist mit dem nichtgeerdeten Ende der Feldwicklung 16 verbunden.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:

Der Oszillator 21 erzeugt einen Impulszug mit einer konstanten Wiederholungsfrequenz von 5OkIIz. Diese wird durch die Stufe 22 vor dem Anlegen an den Zähler 23 auf etwa 3 kHz reduziert·, der Zähler 23 demgemäß mit einer Frequenz von 3 kHz/2¹·, oder etwa 100 H/ umläuft. Das Leiter-Netzwerk 24 erzeugt daraufhin mit der 100 Hz-Frequenz eine periodische Spannung mit Treppensiufen-Wellenform (wie oben definiert), wobei der Treppenstufenteil 31 der Periode (F i g. 2a) aus 32 annähernd gleichen Schritten oder Stufen besteht, die von einem Bezugs-Pegel 32 abwärts verlaufen, und zwar zo eine Stufe für jeden Impuls der in den Zähler eintritt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der Zeichnung weniger als 32 Stufen dargestellt. Die Komponenten 21 bis 24 bilden somit die Einrichtungen zur Erzeugung einer Spannung mit periodischer Treppenstufen-Wellenform.

Nach dem 32. Impuls geht der Zähler 23 auf Null zurück, was im Leiter-Netzwerk-Ausgang durch den Rücklauf 33 zum Bezugs-Pegel 32 dargestellt ist.

Die waagerechte Linie 34 stellt die Meßspannung dar proportional zur Spannung der Leitung 14 bezüglich der Leitung 15 und reduziert auf eine Größe unter der Amplitude der Treppenstufen-Welle durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 26.

Im Verstärker 25 werden die beiden Spannungen verglichen. Aufgrund der Spannungen leitet dieser dann den in Fig.2b dargestellten Impulszug ab, in welchem die vorderen und die hinteren Flanken 35 b/w. 36 jedes Impulses 37 durch die beiden aufeinanderfolgenden Kreuzungspunkte der periodischen Spannung und der Meßspannung gegeben sind, wobei einer dieser Punkte auf dem Treppenstufen-Teil der Periode liegt.

In der Zwischenzeit wird die Feldwicklung 16 des Wechselstromerzeugers erregt durch einen Strom, der durch den Transistor 27 gesteuert wird. Der Transistor wird durch jeden Impuls leitend und der Feld-Schaltkreis vervollständigt. Die hohe Wiederholungs-Raie der Impulse 37 zusammen mit der hohen Induktanz der Feldwicklung führen dazu, daß die Erregung der Wicklung genügend gleichmäßig ist.

Es wird nun angenommen, daß die gleichgerichtete Spannung und damit die Meßspannung fallen, d. h. weniger negativ werden, beispielsweise infolge eines starken Abfalles der Spannung der Batterie 13, und zwar in dem Umfang, daß die Meßspannung nunmehr durch die Linie 34' gegeben ist.

Die beiden Kreuzungspunkte der Wellenformen der periodischen Spannung und der Meßspannung sind nun weiter auseinandergerückt mit der Folge, daß die Impulse 37' des Ausgangs-lmpulszuges des Verstärkers eine größere Breite haben, wie in F i g. 2c gezeigt ist. Die Feld-Schaltung wird daher durch den Transistor 27 in jeder Periode über eine längere Zeit geschlossen. Dementsprechend steigt die mittlere Höhe der Gleichstromerregung der Feldwicklung und mit ihr die Ausgangsspannung des Gleichrichters. Hierdurch wird nun wiederum die Größe der Meßspannung erhöht und damit das Niveau der Linie 34' in Richtung auf ihr vorheriges Niveau 34 abgesenkt, wodurch die Impulse verkürzt werden. Man erreicht ein mittleres, stabilisiertes Niveau der an die Batterie angelegten Spannung. Dieses kann mit Hilfe des Widerstandes 26 auf den gewünschten Wert eingestellt werden, da hierdurch bestimmt ist, welcher Anteil der Spannung als Meßspannung angelegt wird zum Vergleich mit dem Treppenstufen-Signal. Dei Teil der erfindungsgemäßen Reglerschaltung innerhalb der gestrichelten Linie 41 ist in einem monolithischen Halbleiterkörper ausgebildet, wodurch eine integrierte I halbleiterschaltung gebildet wird. Die Halbleiterschaltung bzw. Halbleiteranordnung umfaßt somit den Regler außer der Einrichtung zum Ableiten der Meßspannung. Damit der Oszillator 21 keine kapazitive Komponente für sein zeitkonstantes Netzwerk (nicht gezeigt) benötigt, deren Wert höher ist als innerhalb der integrierten Halbleitcrschaltungsanordnung vorgesehen werden kann, hat die erzeugte periodische Wellenform die Form einer Treppe. Der Oszillator hat daher einen hochfrequenten Impulsausgang und umfaßt eine Kapazität, die die Impulsfrequenz bestimmt, von weniger als I0Ü pl', zweckmäßigen«.eise in der Größenordnung von 20 pl·'.

Die Halbleiteranordnung benötigt nur drei Anschlüsse für die elektrischen Verbindungen, nämlich einen ersten Anschluß 42 und einen zweiten Anschluß 4i finden Emitter bzw. den Kollektor des Transistors 27, die mit den Einrichtungen für die Zufuhr der elektrischen Energie /um Wechselstromcrzeuger, d.h. den Leitungen 14 und 15 der Batterie 13 verbunden sind. Ein dritter Anschluß 44 verbindet den Verstärker 25 der Halbleiteranordnung mit der Einrichtung zum Ableiten der Meßspannung durch Verbindung der Halbleiteranordnung mit dem nicht-geerdeten Ende des Widerstandes 26.

Die Zufuhr von elektrischer Energie an die Komponenten des Reglers innerhalb der Halbleiterschaltungsanordnung kann über den dritten Anschluß 44 und das nicht-geerdete Ende des Widerstandes 26 und mittels eines Spannungs- und Strom-Stabilisators (nicht gezeigt) erfolgen.

Alternativ kann die Speisung der Halbleiteranordnung mit elektrischer Energie auch direkt durch die Batterie oder vom Ausgang des Wechselstromerzeugers erfolgen, oder vom entsprechenden Ende der Feldwicklung des Wechselstromerzeugers oder von irgendeiner Komponente (nicht gezeigt) erhalten werden, die von der Batterie gespeist wird.

In jedem Fall sind jedoch nur drei Anschlußstifte für die Halbleiteranordnung erforderlich. Die Speisung der Halbleiteranordnung und entweder der Einrichtung für die Zufuhr elektrischer Energie an den Wechselstromerzeuger oder der Einrichtung zum Ableiten der Meßspannung haben entweder dieselbe elektrische Energiequelle oder getrennte Energiequellen, die an demselben Anschluß oder Anschlüsse der Halbleiteranordnung liegen.

Der Transistor kann ein PNP Transistor sein oder irgendein Halbleiterelement, das geeignet als Schalter verwendbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Spannungsregler für einen gleichstrom«»·regten Wechselstromgenerator mit "^a<;hgeschaltetem Gleichrichter, mit einem mit der Feldwicklungdes Generators in Reihe geschalteten steuerbaren Halbleiterschalter, mit einerr,diGe >h

-Komponente überlagert ist, an den Ein-Vergleichsbrücke geführt ist. welche ein -Slgnal mit einem der Ausgangsspannung des GenSrs umgekehrt proportionalen Gle.chstrom-Sert I tefert das an den Eingang eines ein rechteckförmi- « Aus angssignal liefernden Trans.s.orverstärkers ⁸ rnhrt 1st wobei die Breite des Rechtecksignals sine geführt isi, w " Gleichstrom wertes des Säge-

H^blSch^errmU^in^^S^G-eneratorgleich- «^ es mittlere^ ^

spannung abtastenden Spannungsfühler, einem Im- ^f" J^₁₁₁₁, _gleichgerichtet wird und der Erregung oder pulsgenerator zum Erzeugen einer Sagezahnspan- .o §2??Sdwicklung des Generators zugeführt wird, nun! mit periodischer Wellenform, einer Eirr.ch- tier r _bekannte Spannungsregler ist noch relativ tune zum Vergleichen der Sägezahnspannung und _m_,_iziert aufgebaut.

der cSspannung. die, wenn die Gleichspannung komp'««J^f, _{liegl da}her die Aufgabe zugrunde, niedriger ist als die Amplitude der Sägespan- ue _{ler der} eingangs genannten Art zu

nung, elektrische Impulse erzeugt, deren Flanken ,5 einen P _{ejnfach aufgeb |Sti n e}

jeweils durch die aufeinanderfolgenden Kreuzung - sena^ ^^.^ _{problemlos in ei}nem Halbleiterpunkte der Sägezahnspannung m.t der Gleichspan
nung bestimmt sind und welche Impulse de