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Halbleiterspannungsregler
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ErklGruz der Erfindung im einzelnen Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Halbleiterspannungsregler, welcher insbesondere das durch die Schwanlcungen
der Last hervorgerufene Absinlcen der Regelspannung unterdrücken und so dafür sorgen
soll, daß die Regelspannung nicht unter einen ganz bestimmten vorgeschriebenen Wert
absinlct.
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Es gibt zwar bisher bereits Fälle, in denen man, um die Ausgangsleistung
eines Generators zu erhöhen, im Sternpunkt eine Diode vorgesehen und die vom Sternpunkt
her kommende Ausgangsleistung als Generatorausgang mit hinzugenommen hat, in diesen
Fallen war jedoch in der gleich
gerichteten Ausgangswellenform eine
Pulsationswellenform mit äußerst großen Spannungsschwankungen enthalten. Diese Tendenz
tritt umso starker in Erscheinung, je höher die Drehzahl des Generators ist und
je größer die Last ist.
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In diesen Fällen arbeitet ein bisher gebräuchlicher Halbleiturspannungsregler,
wie wir dies in der Abbildung 1 sehen, derart, daß er die maximale Spannung VR unterhalb
einen ganz bestimmten vorgeschriebenen Wert begrenzt; deshalb wird, während der
hohe Wert VL der Pulsationswellenspannung von dem Bereich A der Abbildung 1 zu dem
Bereich B der Abbildung 1 größer wird, der Mittelwert V:3 der gesteuerten Spannung
kleiner, und bei hohen Drehzahlen und hoher Last sinkt der scheinbare Regelspannungswert
ab und es ergibt sich hieraus die problematische Situation, daß eine Entladung der
Batterie erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, das oben
erwähnte Problem zu lösen. Parallel zu einem Teil des Spannungsteilwiderstandes
einer Spannungsabgreifschaltung hat man ein Halbleiterschaltelement geschaltet,
welches anspricht, wenn die Regelspannung unter einen ganz bestimmten vorgeschriebenen
Wert abgesunken ist, und so die Regelspannung erhöht, wodurch der Zweck einer Korrektur
des Nindestwertes der Regelspannung erfüllt wird.
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Im folgenden soll nun die vorliegende Erfindung anhand des in den
Abbildungen dargestellten praktischen Ausführungsbeispieles näher erklärt werden.
In der Abbildung 2 ist 1 die Ankerwicklung eines Wechselstromgenerators für Fahrzeuge,
2 ist ein Doppelweggleichrichter, 3 ist ein Paar von Dioden, welche die Aufgabe
haben, den Sternpunktausgang der Ankerwicklung 1 als Generatorleistung hinzuzufügen,
4 ist eine Feldmagnetwicklung, 5 ist eine den Strom in der Feldmagnetwicklung 4
fließen lassende Hilfsdiode, 6 ist ein Halbleiterspannungsregler, 7 ist ein den
Feldmagnetstrom steuernder der Feldmagnetsteuerung dienender Transistor, 8 ist ein
den Basisstrom des Transistors 7 steuernder Transistor, 9 ist ein Basiswiderstand,
10 und 12 sind Hauptspannungsteilwiderstände. 11 ist eine den Basisstrom des Transistors
8 steuernde Hauptzenerdiode, 13 ist ein der Glättung dienender Kondensator, 14 ist
ein oin den den einen Hauptspannungsteilwiderstand 12 kurzschließendes Halbleiterschaltelement
bildender
Transistor, 15 ist ein B2SLS-widerstand, 16 ist ein den Transistor 14 steuernder
Transistor, 17 und 19 sind Hilfsspannungsteilkriderstände, 18 ist eine den Basisstrom
des Transistors 16 steuernde Hilfszenerdiode, 20 ist ein Zündschalter und 21 ist
eine Batterie.
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Im folgenden soll nun die Arbeitsweise einer in der oben beschriebenen
Art aufgebauten erfindungsgemäßen einrichtung erklärt ^neraen. Wenn man den Zündschalter
20 schließt, dann wird von der Batterie 21 her über den Widerstand 9 dem Transittor
7 ein Basisstrom zugeführt, der Transistor 7 kommt in den Durchlaß zustand und der
Beldmagnetwicklung 4 wird ein Strom zugeführt. Wenn sodann der Generator sich zu
drehen beginnt, steigt die Spannung in dem Punkte B an, und wenn diese Spannung
einen ganz bestimmten vorgeschriebenen Wert erreicht, kommt zuerst die Hilfszenerdiode
18 in den Durchlaßzustand und bewirkt so, daß der Transistor 16 in den Durchlaßzustand
kommt, während der Transistor 14 weiterhin im Sperrzustand gehalten wird. Wenn die
Spannung im Punkte B höher wird, dann wird die auf den Spannungstellwiderständen
10 und 11 beruhende Spannung im Spannungsteilpunkt S höher, die Hauptzenerdiode
11 kommt in den Durchlaßzustand und bewirkt, daß der Transistor 8 in den Durchlaßzustand
kommt und der Basisstrom des Transistors 7 wird abgesperrt. Demzufolge wird der
in der Feldmagnetwicklung 4 fließende Strom über die Diode 5 reduziert (gedämpft?)
und die Spannung im Punlcte B wird niedriger, wenn jedoch die Spannung im Punkte
B bis zu einem ganz bestimmten vorgeschriebenen Wert abgesunken ist, kommt, da die
Hauptzenerdiode 11 sich im Sperrzustand befindet, der Transistor 7 erneut in den
Durchlaßzustand und der Feldmagnetwicklung 4 wird erneut Strom zugeführt. Indem
sich diese Vorgänge wiederholen, wird die Spannung im Punlcte B konstant gehalten.
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Da hierbei die Spannung im Punkte S durch den Kondensator 13 geglättet
wird, wird der wellige Teil durch diesen Kondensator 13 absorbiert.
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Wenn Hand in Hand mit der zunehmenden Last die Anderung der Pulsationswellenform
(wörtlich: die Welligkeit der Wellenform)der Stromquellenspannung größer wird, dann
kommt durch diese Pulsationswellenform die Hilfszenerdiode 18
um
den Bereich, in welchem die Spannung absinkt, in den Sperrzustand und da der Transistor
16 in den Sperrzustand kommt, kommt der Transistor 14 in den Durchlaßzustand.
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Dies hat zur Folge, daß sich die Spannungsteilspannung im Punkte s,
welche durch die Hauptspannungsteilwiderstände 10 und 12 bestimmt gewesen war, ändert
und daß die Ansprechspannung (Arbeitsspannung?) der Hauptzenerdiode 11, welche dann
anspricht, wenn die Spannungsschwankung der Pulsationswellenform größer geworden
ist, scheinbar höher wird. Somit wird um diesen Anteil die Regelspannung des Punktes
B größer, und bisher fiel die mittlere Ausgangsspannung V des Generators mit zunehmendem
Ausgangsstrom A, wie dies die voll ausgezogene Linie in der Abbildung 3 zeigt, ab,
während im Gegensatz hierzu gemäß der vorliegenden Erfindung trotz dem Ansteigen
des Ausgangsstromes A die mittlere Ausgangsspannung V des Generators, wie dies die
gestrichelte Linie der Abbildung 3 zeigt, nahezu konstant gehalten werden kann.
Dies bedeutet, daß der Transistor 14, welcher so angeschlossen ist, daß der eine
Hauptspamlullgst eilriderstand 12 kurzgeschlossen wird, dann in den Durchlaßzustand
kommt, wenn die Spannungsschwankung des Pulsatn onsteiles groß wird, und daß die
Teilspannung im Punkte S kleiner wird. Da diese kleiner gewordene Deilspannung im
Punkte S nicht hoch genug ist, um die IIauptzenerdiode 11 in den Durchlaßzustand
zu bringen, steigt die Spannung im Punkte B an. Was nun die auf diese Weise gesteuerte
Ausgangsspannung des Generators anbelangt, so wurde sie, wenn man ihren Mittelwert
in Betracht zog, um den Anteil kompensiert; um welchen sie durch die Spannungs schwankung
des Pulsationsteiles abgesunken war und man konnte auf diese Weise eine flache Charakteristik
der Ausgangsspannung des Generators erhalten. Wenn man das Teilspannungsverhältnis
der beiden Hilfsspannungsteilwiderstünde 17 und 19 in geeigneter Weise wählt, kann
man eine beliebige geneigte (schräge?) Charakteristik erhalten.
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Bei dem oben besprochenen praktischen Ausführungsbeispiel wird die
Ausgangsleistung im Sternpunkt der AnkErwicklung 1 durch ein Paar von Dioden 3 der
leistung des Generators hinzugefügt und um dies zu erreichen, hat man die vorliegende
Erfindung
angewandt, es ist jedoch auch möglich, ohne dieses Paar von Dioden 3 die vorliegende
Erfindung dann anzuwenden, wenn in der Spannungsschwankung große Pulsationen auftreten.
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Bei dem oben beschriebenen praktischen Ausfahrungsbeispiel hat man
es zwar so eingerichtet, daß durch den Transistor 14 der eine Hauptspannungsteilwiderstand
12 ganz kurzgeschlossen wird, es genügt jedoch auch nur einen Teil dieses Widerstandes
kurzzuschließen oder anstelle des Kurzschließens mit dem Transistor 14 einen anderen
Widerstand in Serie zu schalten, welcher dann dadurch, daß der Transistor 14 in
den Durchlaßzustand kommt, parallel zu dem Hauptteilwiderstand 12 geschaltet wird.
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Bei dem oben beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiel hat man
es so eingerichtet, daß sowohl die Hauptspannungsteilwiderstände 10 und 12, wie
auch die Hilfsspannungsteilwiderstände 17 und 19 alle die durch den Doppelweggleichrichter
2 einer Doppelweggleichrichtung unterworfene Ausgangsspannung des Generators teilen,
dadurch jedoch, daß man die Spannungsteilwerte der einzelnen Spannungsteilviderstände
10, 12, 17 und 19 ändert, kann man die Ausganssspannung des Sternpunktes der Ankerwicklung
1 als >Qusgangsspannung des Generators einer Spannungsteilung unterwerfen.
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Bei dem oben beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiel kann man
anstelle des Transistors 14 auch ein anderes IIalbleiterschaltelement, wie z.B.
einen Thyristor oder dergleichen verwenden.
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Bei dem oben beschriebenen praktischen Ausführungsbeispiel wird zu
einem Teil des Hauptsp alungsteilwiderstandes ein die von einer IIauptzenerdiode
abgegriffene Spannung änderndes Halbleiterschaltelement parallel geschaltet, und
durch eine Hilfszenerdiode wird die Spannung am Spannungsteilpunkt eines die Generatorausgangsopannung
teilenden Hilfsspannungsteilwiderstandes abgegriffen und entsprechend der in diesem
Spannungsteilpunkt vorhandenen Pulsationswellenform ein Halbleiterschaltelement
in den Durchlaßzustand oder in den Sperrzustand versetzt und dadurch bewirkt, daß,
wenn die Spannungsschwankung der Pulsationswellenform größer wird,
durch
das Halbleiteruchaltelement die geteilte Spannung eines Hauptspannungsteilwiderstandes
geändert und so die von einer Hauptzenerdiode abgegriffene Spannung geändert wird,
was zur Folge hat, daß auch dann, wenn bei hohen Drehzahlen und hoher Last die Spannungs
schwankung der Pulsationswellenform größer wird, das Absinken des Itittelwertes
der Ausgangsspannung des Generators kompensiert wird, was eine hervorragende Nutzwirkung
der vorliegenden Erfindung bedeutet.
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Einfache Brk1Grung der Abbildunen Die Abbildung 1(A) und (3) ist
eine Darstellung der Ausgangsspannungswellenform, welche der Brl;lärung der Arbeitsweise
eines bisher gebräuchlichen Spannungsreglers dient; die Abbildung 2 ist ein elektrisches
Schaltbild, welches ein prah-tisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungsreglers
zeigt; die Abbildung 3 ist eine Stromspannungscharakteristik des Ausgangs stromes
und der mittleren Ausgangsspannung des Generators für einen bisher gebräuchlichen
Spannungsregler und für den erfindungsgemäßen Spannungsregler.
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1 ... Ankerwicklung des Generators, 4 ... Feldmagnetwicklung, 6 ...
Halbleiterspannungsregler, 7 ... Transistor für die Feldmagnetsteuerung, 10,12 ...
Hauptspannungsteilwiderstände, 11 ... Hauptzenerdiode, 14 ... der das Halbleiterschaltelement
darstellende Transistor, 17,19 Hilfsspannungsteilwiderstände, 18 ... Hilfszenerdiode.
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