DE2755406A1 - Voltage controller for magneto generator - has transistor in rectifier control circuit whose base is connected through resistors to input circuit and to charge store - Google Patents
Voltage controller for magneto generator - has transistor in rectifier control circuit whose base is connected through resistors to input circuit and to charge storeInfo
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Abstract
Description
Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Regler nach der Gattung des Hauptanspruchs aus. Es ist schon ein derartiger Regler bekannt (DE-OS 23 22 465). Da der als Gleichrichter und Reglerschalter dienende Thyristor dieses Reglers als Lastschalter hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, ändert sich die temperaturabhängige Ansprechspannung dieses Thyristors ebenfalls lastabhängig. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird die Steuerspannung des Thyristors unmittelbar aus der Differenz zwischen der an einer Z-Diode abgegriffenen Referenzspannung und der Spannung eines als Ladungsspeicher dienenden Kondensators gebildet. Das hat zur Folge, daß durch die temperaturabhängige Ansprechspannung des Thyristors dieser bei Belastung auch dann noch zündet, wenn die Nennspannung des Ladungsspeichers bereits erreicht bzw. überschritten wird.PRIOR ART The invention is based on a regulator of the type of the main claim. Such a controller is already known (DE-OS 23 22 465). Since the thyristor of this regulator, which serves as a rectifier and regulator switch When the load switch is exposed to high temperature fluctuations, the temperature-dependent one changes Response voltage of this thyristor also depends on the load. With this well-known Circuit arrangement, the control voltage of the thyristor is derived directly from the difference between the reference voltage tapped at a Zener diode and the voltage of a formed as a charge storage capacitor. As a result, through the temperature-dependent response voltage of the thyristor when loaded then still ignites when the nominal voltage of the charge storage has already been reached or is exceeded.
Ein als Ladungspeicher dienender Akkumulator wird daher überladen, wodurch unter Umständen seine Lebensdauer herabgesetzt wird. Die Verwendung eines solchen Reglers beschränkt sich daher auf Ladungsträger hoher Qualität, die gegen über ladung relativ unempfindlich und robust sind.An accumulator serving as a charge storage device is therefore overcharged, which may reduce its service life. Using a such a controller is therefore limited to high quality load carriers that are against are relatively insensitive and robust when charged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Spannungsregler in seinem Schaltungsaufbau so zu gestalten, daß der Temperaturgang der Ansprechspannung des Thyristors auf eine Spannungsregelung durch Vergleich der Ladespannung mit einer Referenzspannung ohne Einfluß bleibt.The invention is based on the object of the voltage regulator in his To design the circuit structure so that the temperature response of the response voltage of the Thyristor on a voltage regulation by comparing the charging voltage with a Reference voltage remains without influence.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Spannungsregler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem bekannten Regler den Vorteil, daß beim Erreichen der Nennspannung der lediglich auf Umgebungstemperatur liegende Transistor zur Ansteuerung des Reglerschalters durch Vergleich mit der Referenzspannung angesteuert wird, so daß der lastabhängige Temperaturgang der Ansprechspannung eines als Reglerschalter verwendeten Thyristors ohne nachteilige Auswirkung bleibt.Advantages of the Invention The voltage regulator according to the invention with the characterizing features of the main claim has compared to the known controller the advantage that when the nominal voltage is reached, the temperature only changes to ambient temperature lying transistor for controlling the regulator switch by comparison with the Reference voltage is controlled so that the load-dependent temperature response of the response voltage one as a control switch used thyristor without disadvantageous Impact remains.
Dieser Regler gewährleistet damit eine sehr genaue Spannungsregelung, so daß er insbesondere für preisgünstige NiCd-Akkumulatoren geeignet ist, bei denen schon eine geringe Abweichung der vom Regler bestimmten Regelspannung von der Nennspannung des Akkumulators eine große änderung der Ladungskapazität bewirkt.This regulator ensures a very precise voltage regulation, so that it is particularly suitable for inexpensive NiCd batteries where even a slight deviation of the control voltage determined by the regulator from the nominal voltage of the accumulator causes a large change in the charge capacity.
Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Schaltungsaufbau des erfindungsgemäßen Spannungsreglers mit angeschlossenem Magnetgenerator und Verbraucher, Fig. 2 zeigt den über eine Gleichrichterbrückenschaltung am Magnetgenerator angeschlossenen Spannungsregler mit separat angeordnetem Akkumulator.DRAWING Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. It shows Fig. 1 shows the circuit structure of the voltage regulator according to the invention with a connected Magnet generator and consumer, Fig. 2 shows the via a rectifier bridge circuit Voltage regulator connected to the magnetic generator with a separately arranged accumulator.
Beschreibung der Erfindung Mit dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Magnetgenerator 10 mit einem umlaufenden Polrad 11 und einer Generatorwicklung 12 über einen Spannungsregler 13 mit integriertem Ladungsspeicher an einem Verbraucher 14 mit einem dazu in Reihe liegenden Schalter 15 angeschlossen. Die Generatorwicklung 12 des ;lagnetgenerators 10 ist mit einem Ende auf tasse gelegt und mit dem anderen Ende an die Eingangsklemme 16 des Spannungsreglers angeschlossen. Der Schalter 15 des Verbrauchers 14 ist mit einer Ausgangsklemme 17 des Spannungsreglers verbunden. Zwischen der Eingangsklemme 16 und der Ausgangsklemme 17 liegt ein steuerbarer Gleichrichter 18 als Reglerschalter, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Thyristor ausgebildet ist. Parallel zum Ausgang des Spannungsreglers 13 ist als Ladungsspeicher eine NiCd-Akkumulatorbatterie 19 mit einem dazu parallel liegenden Elektrolytkondensator 20 geschaltet. Parallel zum Eingang des Spannungsregelers 13 liegt ein Stromzweig, der aus der Reihenschaltung einer Diode 21 einem Widerstand 22 und einer Z-Diode 23 gebildet wird. Die Diode 21 ist dabei anodenseitig mit der Anode des Thyristors 18 verbunden, während die Z-Diode 23 anodenseitig auf Masse liegt. Zwischen dem Widerstand 22 und der Z-Diode 23 liegt ein Abgriff 24, der über einen Transistor 25 mit der Steuerelektrode 18a des Thyristors 18 verbunden ist.Description of the Invention With the first shown in FIG The embodiment is a magnetic generator 10 with a rotating pole wheel 11 and a generator winding 12 via a voltage regulator 13 with an integrated charge storage device connected to a consumer 14 with a switch 15 in series with it. The generator winding 12 of the magnet generator 10 is laid with one end on a cup and the other end is connected to the input terminal 16 of the voltage regulator. The switch 15 of the consumer 14 is connected to an output terminal 17 of the voltage regulator tied together. A controllable terminal is located between the input terminal 16 and the output terminal 17 Rectifier 18 as a regulator switch, which in the present embodiment as Thyristor is formed. In parallel with the output of the voltage regulator 13 is as Charge storage a NiCd accumulator battery 19 with a parallel to it Electrolytic capacitor 20 switched. Parallel to the entrance of the Voltage regulator 13 is a branch circuit, which consists of the series connection of a diode 21 to a resistor 22 and a Zener diode 23 is formed. The diode 21 is on the anode side with the The anode of the thyristor 18 is connected, while the Zener diode 23 is connected to ground on the anode side lies. Between the resistor 22 and the Zener diode 23 there is a tap 24 which is above a transistor 25 is connected to the control electrode 18a of the thyristor 18.
Diese Verbindung enthält die Schaltstrecke eines PNP-Transistors 25, dessen emitter an dem Abgriff 24 und dessen Kollektor an der Steuerelektrode 18a des Thyristors 18 angeschlossen ist. Die Basis dieses Transistors 25 ist einerseits über einen Steuerwiderstand 26 mit dem Abgriff 24 und andererseits über einen Abgleichwiderstand 27 mit dem Anschluß des Akkumulators 19 verbunden, der zum Kathodenanschluß des Thyristors 18 führt. Zum Steuerwiderstand 26 ist ferner ein NTC-Widerstand 28 parallel geschaltet, der ebenso wie der Transistor 25 auf Umgebungstemperatur liegt und den Temperaturgang der Steuerstrecke des Transistors 25 kompensiert.This connection contains the switching path of a PNP transistor 25, its emitter on the tap 24 and its collector on the control electrode 18a of the thyristor 18 is connected. The base of this transistor 25 is on the one hand via a control resistor 26 to the tap 24 and, on the other hand, via a balancing resistor 27 connected to the terminal of the accumulator 19, which is connected to the cathode terminal of the Thyristor 18 leads. An NTC resistor 28 is also parallel to the control resistor 26 switched, which, like the transistor 25, is at ambient temperature and the Temperature response of the control path of the transistor 25 compensated.
Während in Fig. 1 dem Spannungsregler 13 vom Iagnetgenerator 10 eine Wechselspannung zugeführt wird, zeigt Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwischen dem Magnetgenerator 10 und dem Spannungsregler 13a eine Gleichrichterbrückenschaltung 30 angeordnet ist, durch die die Wechselspannung des iVlagnetgenerators 10 in eine pulsierende Gleichspannung umgewandelt wird. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Akkumulatorbatterie 19 nicht innerhalb des Spannungsreglers 13 angeordnet sondern separat davon. Diese Unterschiede sind jedoch für die Wirkungsweise des Spannungsreglers 13 nach Fig. 1 bzw. des Spannungsreglers 13a nach Fig. 2, die nunmehr erläutert wird, unbedeutend.While in Fig. 1 the voltage regulator 13 from the Iagnetgenerator 10 a AC voltage is supplied, Fig. 2 shows an embodiment in which between the magnetic generator 10 and the voltage regulator 13a a rectifier bridge circuit 30 is arranged, through which the AC voltage of the iVlagnetgenerators 10 in a pulsating DC voltage is converted. In addition, in this embodiment the accumulator battery 19 is not arranged within the voltage regulator 13 but separate from it. However, these differences affect the way the voltage regulator works 13 according to FIG. 1 or the voltage regulator 13a according to FIG. 2, which will now be explained becomes insignificant.
Fig. 3 zeigt die Ladekennlinie einer NiCd-Akkumulatorzelle.Fig. 3 shows the charging characteristic of a NiCd battery cell.
Bei einer Zellenspannung von 1,5 V ist die Zelle zu 100 % geladen. Wird bei einem zu hoch regelnden Spannungsregler die Zelle überladen, so wird damit die Lebensdauer der Zelle beeinträchtigt. Die Kennlinie zeigt ferner, daß bei einer kleineren Regelspannung ein erheblicher Verlust an Ladung auftritt, da beispielsweise bei einer Zellenspannung von 1,4 V lediglich noch 30 ¢ der Ladung aufgenommen wird. Es ist daher erforderlich, die Nennspannung von 1,5 V pro Zelle möglichst exakt durch den Spannungsregler einzuhalten.At a cell voltage of 1.5 V, the cell is 100% loaded. If the cell is overcharged with a voltage regulator that regulates too high, it becomes affects the life of the cell. The characteristic also shows that with a smaller control voltage, a significant loss of charge occurs because, for example at a cell voltage of 1.4 V, only 30 ¢ of the charge is absorbed. It is therefore necessary to set the nominal voltage of 1.5 V per cell as precisely as possible must be observed by the voltage regulator.
Der Spannungsregler 13 ist auf eine Nennspannung des NiCd-Akkumulators 19 von Un = 6 V eingestellt. Um dies zu erreichen, wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Z-Diode 23 mit einer Zenerspannung von Uz = 9 V verwendet. Mit jeder positiven Spannungshalbwelle des Magnetgenerators 10 tritt nun beim Überschreiten der Zenerspannung zwischen dem Abgriff 24 und dem Kathodenanschluß des Thyristors 18 bei geladenem Akkumulator 19 die Differenz der Spannungen Uz und Un auf, die im vorliegenden Fall 3 V ergibt. Diese Spannung treibt einen Steuerstrom durch den Steuerwiderstand 26, den dazu parallel geschalteten NTC-Widerstand 28 und den Abgleichwiderstand 27. Der Abgleichwiderstand 27 wird nun so eingestellt, daß der durch diesen Steuerstrom am Steuerwiderstand 26 auftretende Spannungsabfall kleiner ist als die Ansprechspannung UEB zwischen Basis und Emitter des Transistors 25, um sicherzustellen, daß beim Erreichen der Nennspannung von 6 V am Akkumulator 19 der Thyristor 18 nicht mehr angesteuert wird. Bei einer Ansprechspannung von U-B = 0,6 V muß folglich der Spannungsabfall am Abgleichwiderstand Ua = 2,4 V betragen. Der Spannungsregler muß daher zur Erzielung einer exakten Spannungsregelung auf die Nennspannung der Akkumulatorbatterie 19 folgende Gleichung erfüllen: Uz 5 Un + ULB + Ua Sobald nun die Ladespannung (UL ) des Akkumulators 19 unter sein Nennspannung Un absinkt, steigt die Spannungsdifferenz Uz - Ul, somit auch der Steuerstrom und es wird der Spannungsabfall am Steuerwiderstand 26 größer. Er überschreitet die Ansprechspannung der Steuerstrecke des Transistors 25, so daß dieser in den stromleitenden Zustand lfimgeschaltet wird. Die Spannung Uz am Abgriff 24 gelangt nun über die Schaltstrecke des Transistors 25 zur Steuerelektrode 18a des Thyristors 18, der kathodenseitig die Ladespannung des Akkumulators 19 führt.The voltage regulator 13 is set to a nominal voltage of the NiCd battery 19 set by Un = 6 V. In order to achieve this, in the exemplary embodiment according to 1 a Zener diode 23 with a Zener voltage of Uz = 9 V is used. With everyone positive voltage half-wave of the magnetic generator 10 now occurs when exceeded the Zener voltage between the tap 24 and the cathode connection of the thyristor 18 when the battery 19 is charged, the difference between the voltages Uz and Un, which in the present case results in 3 V. This voltage drives a control current through the Control resistor 26, the NTC resistor 28 connected in parallel with it and the balancing resistor 27. The balancing resistor 27 is now set so that the control current through this The voltage drop occurring at the control resistor 26 is smaller than the response voltage UEB between the base and emitter of transistor 25 to ensure that when The thyristor 18 no longer reaches the nominal voltage of 6 V at the accumulator 19 is controlled. With a response voltage of U-B = 0.6 V, the voltage drop must consequently at the balancing resistor Ua = 2.4 V. The voltage regulator must therefore to achieve an exact voltage regulation to the nominal voltage of the accumulator battery 19 fulfill the following equation: Uz 5 Un + ULB + Ua As soon as the charging voltage (UL ) of the accumulator 19 falls below its nominal voltage Un, the voltage difference increases Uz - Ul, thus also the control current and the voltage drop at the Control resistor 26 larger. It exceeds the response voltage of the control path of the transistor 25, so that it is switched to the conductive state. The voltage Uz at tap 24 now passes through the switching path of the transistor 25 to the control electrode 18a of the thyristor 18, the cathode side the charging voltage of the accumulator 19 leads.
An der Steuerstrecke des Thyristors tritt nunmehr eine Spannung von Uz - UEC - Un 5o 2,9 V auf, durch die der Thyristor 18 augenblicklich gezündet wird. Die Temperaturabhängigkeit der Ansprechspannung des Thyristors 18, die bei 200 C = 1,5 V beträgt, ist wegen der anstehenden, weitaus höheren Spannung an der Steuerstrecke des Thyristors 18 unbeachtlich. Selbst wenn bei absinkender Ladespannung des Akkumulators 19 der Transistor 25 nicht voll in den stromleitenden Zustand durchschaltet, wird der Thyristor 18 selbst bei einem Spannungsabfall UEC = 1 V noch sicher gezündet.A voltage of now occurs at the control path of the thyristor Uz - UEC - Un 5o 2.9 V, by which the thyristor 18 is ignited instantaneously. The temperature dependence of the response voltage of the thyristor 18, which at 200 C = 1.5 V is due to the much higher voltage present in the control line of the thyristor 18 is irrelevant. Even if the charge voltage of the accumulator drops 19 the transistor 25 does not fully switch through to the conductive state the thyristor 18 is still reliably ignited even with a voltage drop UEC = 1 V.
Dieser Vorgang wiederholt sich mit jeder neuen positiven Halbwelle des Magnetgenerators 10 solange, bis an der Akkumulatorbatterie 19 die Nennspannung wieder erreicht wird.This process is repeated with each new positive half-wave of the magnetic generator 10 until the nominal voltage on the accumulator battery 19 is reached again.
Wird der Akkumulator 19 durch eingeschaltete Verbraucher 14 bei stehendem Magnetgenerator 10, was beispielsweise bei einer Verwendung des Reglers 13 in Krafträdern möglich ist, sehr weit entladen, so wird mit erneutem Einschalten des 1.lagnetgenerators 10 der Thyristor 18bereits durch eine Generatorspannung gezündet, die unterhalb der Zenerspannung der Z-Diode 23 liegt. In diesem Fall wird die Spannung am Abgriff 24 über den Transistor 25 auf die Steuerelektrode 18a des Thyristors 18 geschaltet, sobald diese Spannung um einen bestimmten Betrag - hier> 3V - über der Ladespannung des Akkumulators 19 liegt und den Transistor 25 in den stromleitenden Zustand umzuschalten vermag. Nach dem Zünden des Thyristors 18 wird mit dem Abklingen der positiven Spannungshalbwelle des biagnetgenerators 10 der Transistor 25 gesperrt, indem seine Emitterspannung über den Abgriff 24 mit der Generatorspannung abfällt. Der Thyristor 18 sperrt dagegen erst beim Nulldurchgang des Ladestromes.If the accumulator 19 is switched on when the consumer 14 is stopped Magnet generator 10, which is, for example, when using the controller 13 in motorcycles is possible, very far discharged, then when the 1st lagnet generator is switched on again 10 the thyristor 18 already ignited by a generator voltage which is below the Zener voltage of the Zener diode 23 is. In this case the voltage on the tap 24 connected via transistor 25 to control electrode 18a of thyristor 18, as soon as this voltage exceeds the charging voltage by a certain amount - here> 3V of the accumulator 19 and switch the transistor 25 to the current-conducting state able. After the thyristor 18 has been triggered, the positive voltage half-wave will decay of the biagnet generator 10, the transistor 25 blocked by its emitter voltage drops via the tap 24 with the generator voltage. The thyristor 18 blocks against it only when the charging current crosses zero.
Anstelle des Akkumulators 19 kann als Ladungsträger auch der Elektrolykondensator 20 verwendet werden, sofern die angeschlossenen Verbraucher nur bei laufendem ;-lagnetgenrator 10 betrieben werden sollen. In diesem Fall bewirkt der Kondensator 20 eine Glättung des pulsierenden Gleichstroms am Thyristor 18. Der Kondensator 20 ist aber zum Schutz des Spannungsreglers 13 auch dann vorteilhaft, wenn der Akkumulator 19 außerhalb des Regelers oder auch innerhalb des Reglers beispielsweise an seinen Anschlüssen eine Unterbrechung hat.Instead of the accumulator 19, the electrolytic capacitor can also be used as the charge carrier 20 can be used if the connected consumers are only running when the; -lagnetgenerator 10 should be operated. In this case, the capacitor 20 effects smoothing of the pulsating direct current at the thyristor 18. The capacitor 20 is, however, for protection of the voltage regulator 13 is also advantageous when the accumulator 19 is outside of the controller or within the controller, for example at its connections has an interruption.
Eine weitere Verbesserung des Spannungsreglers 13 bewirkt der NTC-Widerstand 28. Er kompensiert den Temperaturgang der Steuerstrecke des Transistors 25, indem er in der Nähe des Transistors 25 innerhalb des Reglers angeordnet wird und somit stets die Umgebungstemperatur des Transistors 25 hat.Außerdem kann der Abgleichwiderstand 27 ein ausgemessener Festwiderstand sein, dessen Widerstandswert in Abhängigkeit von der Streuung der Zenerspannung der Z-Diode 23 ermittelt wird und etwa 1 KD beträgt.The NTC resistor brings about a further improvement of the voltage regulator 13 28. It compensates for the temperature response of the control path of the transistor 25 by it is arranged in the vicinity of the transistor 25 within the regulator and thus always has the ambient temperature of the transistor 25. In addition, the balancing resistor 27 be a measured fixed resistor, its resistance value as a function of is determined from the spread of the Zener voltage of the Zener diode 23 and is approximately 1 KD.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, da der Spannungsregler 13 sowohl für andere Spannungsquellen als auch für verschiedene, ohmsche, induktive und/oder kapazitive Verbraucher verwendbar ist.The invention is not limited to the illustrated embodiments limited, as the voltage regulator 13 for other voltage sources as well Can be used for various ohmic, inductive and / or capacitive loads is.
Für die Spannungsquelle ist jedoch erforderlich, daß diese eine Wechselspannung oder eine pulsierende Gleichspannung abgibt, damit der Thyristor 18 durch Vergleich der Sollspannung an der Z-Diode und der Istspannung an seinem Ausgang angesteuert werden kann.For the voltage source, however, it is necessary that it be an alternating voltage or a pulsating DC voltage emits so that the thyristor 18 by comparison the target voltage at the Zener diode and the actual voltage at its output can be.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OF | Willingness to grant licences before publication of examined application | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: H02J 7/14 |
|
| 8131 | Rejection |