DE3309447C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie er z. B. in Kraftfahrzeugen Verwendung findet.

Ein derartiger Spannungsregler ist aus der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 54-73 220 bekannt. Bei diesem herkömmlichen Regler, bei dem die Batterietemperatur Eingang findet, ist die Feldstrom- Steuerschaltung derart ausgebildet, daß bei Überschreiten einer Grenztemperatur eine hohe Ausgangsspannung des Generators "simuliert" wird. Zu diesem Zweck wird das Teilungsverhältnis der Spannungsteilerschaltung verändert.

Wenn man nur die beiden Extremwerte betrachtet, so bewegt sich das Teilungsverhältnis der Spannungsteilerschaltungen bei dem bekannten Regler zwischen zwei exakt definierten Werten. Bei dem einen Wert wird die Generatorspannung ent­ sprechend der Batterie-Ladespannung, auf ihrem Sollwert gehalten, bei dem anderen Wert wird die Generatorspannung um einen definierten Faktor abgesenkt. Dieses Prinzip ist auch aus der DE-OS 15 88 429 oder der FR-PS 24 20 874 bekannt.

Wenn nun bei Überschreiten der zulässigen Temperatur der Spannungsteiler umgeschaltet wird, so daß nur noch ein verringerter Strom durch die Feldspule des Generators fließt und daher seine Ausgangsspannung und damit seine "Wärmeleistung" absinkt, so wird diese aber nicht im wesentlichen zu Null, so daß es relativ lange dauert, bis der Generator abgekühlt ist. Bei hohen Umgebungstemperaturen kann es sogar durchaus vorkommen, daß die vom Generator erzeugte Wärmeleistung auch nach dem Ansprechen des Temperaturreglers höher ist als die an die Umgebung abgegebene Wärme. Dadurch kann es zu einer weiteren Temperatursteigerung und damit zu einer Störung des Generators kommen.

Ausgehend von einem Spannungsregler der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Regler dahingehend weiterzubilden, daß mit einfachen Mitteln ein sicherer Schutz des Generators vor Überhitzung unabhängig von seinem Betriebszustand gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Durch diese Lösung, bei welcher der Feldstrom bei Überschreiten der zulässigen Temperatur so lange abgeschaltet wird, bis diese Temperatur wieder unter­ schritten wird, kann der Generator in keinem Falle, auch nicht bei höchsten Außentemperaturen, weiter erwärmt werden, im schlimmsten Falle bleibt er auf der durch die Temperaturmeß­ schaltung bestimmten Maximaltemperatur.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In der Zeichnung ist im einzelnen eine Ausführungsform einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Ausgangssi­ gnals eines Generators dargestellt, wobei die Anordnung einen Wechselspannungsgenerator 100 und eine dreiphasige Ankerspule 101 in Sternschaltung sowie eine Feldspule 102 besitzt, und einen Drei-Phasen-Vollweggleichrichter 200 aufweist, der zur Vollweggleichrichtung eines Wech­ selspannungsausgangssignals vom Wechselspannungsgenera­ tor 100 dient. Der Wechselspannungsgenerator 100 ist in ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug eingebaut und von einer ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungskraft­ maschine angetrieben. Der dreiphasige Vollweggleichrichter 200 besitzt einen ersten gleichgerichteten Ausgangsan­ schluß 201, einen zweiten gleichgerichteten Ausgangsan­ schluß 202 und einen mit Erde verbundenen, dritten gleich­ gerichteten Ausgangsanschluß 203. Ferner ist ein Halb­ leiter-Spannungsregler 300 parallel zum zweiten bzw. dritten Ausgangsanschluß 202 bzw. 203 des dreiphasigen Vollweggleichrichters 200 geschaltet. Eine Batterie 400 ist parallel zu den ersten und dritten Ausgangsan­ schlüssen 201 bzw. 203 geschaltet, wobei die negative Seite der Batterie 400 mit Erde verbunden ist. Außer­ dem erkennt man einen Schlüsselschalter 500 und eine Lade­ anzeigelampe 600, die in Reihenschaltung zwischen die positiven Seiten der Batterie 400 und des zweiten gleich­ gerichteten Ausgangsschlußes 202 des dreiphasigen Voll­ weggleichrichters 200 geschaltet sind.

Der Spannungsregler 300 ist innerhalb des Wechselspan­ nungsgenerators 100 oder an einem nicht dargestellten Gehäuse für diesen angeordnet, um die Ausgangsspannung vom Wechselspannungsgenerator 100 dadurch zu steuern, daß ein Strom durch die Feldspule 102 gesteuert wird. Der Spannungsregler 300 besitzt eine Spannungstöße ab­ sorbierende Diode 301 und ein Paar von npn-Transistoren 302 und 303 in Darlington-Schaltung, wobei der Emitter­ anschluß des Transistors 302 an den dritten gleichge­ richteten Ausgangsanschluß 203 oder Erde angeschlossen ist, während die Kollektoranschlüsse der Transistoren 302 und 303 miteinander verbunden und einerseits über die Diode 301 mit dem zweiten gleichgerichteten Aus­ gangsanschluß 202 und andererseits über die Feldspule 102 mit demselben Ausgangsanschluß 202 verbunden sind. Der Transistor 303 besitzt einen Basisanschluß, der über einen Basiswider­ stand 304 an den zweiten gleichgerichteten Ausgangs­ anschluß 202 des Vollweggleichrichters 200 angeschlos­ sen ist, und einen Anfangserregerwiderstand 305, der außerdem mit dem Verbindungspunkt des Schlüsselschalters 500 und der Ladeanzeigelampe 600 verbunden ist. Die Transistoren 302 und 303 bilden Ausgangstransistoren zum Anlegen eines Feld- oder Erregerstromes an die Feldspule 102 des Wechselspannungsgenerators 100 und zum Unterbrechen dieses Stromes.

Der Basisanschluß des Transistors 303 ist außerdem mit dem Kollektoranschluß eines npn-Steuertransistors 306 verbunden, dessen Emitteranschluß mit dem des Transi­ stors 302, dessen Kollektoranschluß mit dem Basisan­ schluß des Transistors 303 und dessen Basisanschluß mit dem Anodenanschluß einer ersten Zenerdiode 307 zur Einstellung einer Referenzspannung verbunden sind. Der Steuertransistor 306 steuert den EIN/AUS-Betrieb der Ausgangstransistoren 302 und 303. Das Paar von Ausgangs­ transistoren 302 und 303, der Steuertransistor 306 und die Zenerdiode 307 bilden eine Feldstrom-Steuerschal­ tung.

Die Zenerdiode 307 ist direkt mit einem ersten Verbindungspunkt eines Paares von in Reihe geschalteten Widerständen 308 und 309 verbunden, die eine Spannungsmeßschaltung bilden, welche ihrerseits parallel zum zweiten gleichgerichteten Ausgangsanschluß 202 und zum dritten gleichgerichteten Ausgangsanschluß 203 geschaltet ist, und zwar über einen npn-Transistor 310 in Emitterschaltung, der in der dargestellten Weise als Spannungsabfalltransistor dient. Das bedeutet, der Widerstand 309 ist mit dem Kollektoranschluß des npn- Transistors 310 verbunden, dessen Emitteranschluß mit Erde verbunden ist. Der Transistor 310 weist einen Basis­ anschluß auf, der mit dem Anodenanschluß einer zweiten Zenerdiode 311 verbunden ist, die ihrerseits mit ihrem Kathodenanschluß mit dem Verbindungspunkt des temperaturempfindlichen Schaltelementes 312 und des daran in Reihenschaltung angeschlossenen Widerstandes 313 verbunden ist; diese bilden eine Temperaturmeßschaltung, die ihrerseits parallel zu den zweiten und dritten gleichgerichteten Ausgangsanschlüssen 202 bzw. 203 des Vollweggleichrich­ ters 200 geschaltet ist.

Nimmt man an, daß die dargestellte Anordnung sich auf einer niedrigeren Temperatur als der vorgegebenen Tem­ peratur befindet, die für das temperaturempfindliche Schaltelement 312 eingestellt ist, so befindet sich der Verbindungspunkt dieses temperaturempfind­ lichen Schaltelementes 312 und des Wider­ standes 313 der Temperaturmeßschaltung stets auf hohem Potential, so daß die zweite Zenerdiode 311 und der Transistor 310 in leitendem Zustand gehalten werden. Somit sind die Widerstände 308 und 309 der Spannungsmeßschal­ tung über den jetzt leitenden Transistor 310 mit Erde verbunden. Unter diesen Umständen mißt die Spannungs­ meßschaltung die Ausgangsspannung vom Wechselspannungs­ generator 100, so daß die Ausgangsspan­ nung des Wechselspannungsgenerators 100 durch die erste Zenerdiode 307, den Steuertransistor 306 und die Tran­ sistoren 303 und 302 gesteuert wird, und zwar wie folgt:

Beim Starten der nicht dargestellten Verbrennungskraft­ maschine wird der Schlüsselschalter 500 geschlossen, so daß die Batterie 400 den Transistoren 302 und 303 einen Basisstrom liefert, und zwar über den jetzt geschlosse­ nen Schlüsselschalter 500, die Ladeanzeigelampe 600 und den Basiswiderstand 304, um die Transistoren 302 und 303 einzuschalten. Somit fließt ein Strom von der Batterie 400 durch einen Stromweg, der den jetzt geschlossenen Schlüsselschalter 500, eine Parallelschaltung aus der Ladeanzeigelampe 600 und dem Anfangserregerwiderstand 305, die Feldspule 102 und die jetzt eingeschalteten Transistoren 302 und 303 umfaßt, um eine magnetomotori­ sche Feldkraft von der Spule 102 zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Verbindungspunkt der Spannungsteilerschaltung auf niedrigem Potential, und somit werden die Zenerdiode 307 und der Steuertran­ sistor 306 in ihren nicht leitenden Zuständen gelassen. Auch die Ladeanzeigelampe 600 ist erregt und zeigt an, daß die Batterie 400 nicht geladen wird.

Bei gestarteter Verbrennungskraftma­ schine induziert der Wechselspannungsgenerator 100 ein Wechselspannungs-Ausgangssignal an der Anker­ spule 101 in Abhängigkeit von seiner Rotationsgeschwin­ digkeit. Dieses Wechselspannungs-Ausgangssignal wird durch den Vollweggleich­ richter 200 gleichgerichtet, der seinerseits positive Spannungen an den ersten und zweiten gleichgerichteten Ausgangsanschlüssen 201 und 202 sowie eine negative Spannung am dritten gleichgerichteten Ausgangsanschluß 203 erzeugt.

Wenn die positive Spannung am zweiten Ausgangsanschluß 202 einen vorgegebenen Wert überschreitet, hat der Verbindungspunkt der in Reihe geschaltenen Wider­ stände der Spannungsmeßschaltung ein elektrisches Po­ tential, das einen vorgegebenen Wert überschreitet, so daß die Zenerdiode 307 leitet. Das Leiten der Zener­ diode 307 bewirkt, daß der Steuertransistor 306 einge­ schaltet wird, um dadurch die Transistoren 302 und 303 abzuschalten, was zu einem Abschalten des durch die Feldspule 102 fließenden Feldstromes führt. Somit nimmt die in der Ankerspule 101 des Wechselspannungs­ generators 100 induzierte Ausgangsspannung ab, bis sie niedriger wird als der vorgegebene Wert, wie es oben beschrieben worden ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die Zenerdiode 307 und somit der Steuertransistor 306 ab­ geschaltet, um die Transistoren 302 und 303 einzuschal­ ten. Somit steigt der Feldstrom wieder an, wodurch die Ausgangsspannung vom Wechselspannungsgenerator 100 er­ höht wird.

Der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich, um die Ausgangsspannung vom Wechselspannungsgenerator 100 auf den vorgegebenen Wert zu regeln. Andererseits nimmt das Potential beim zweiten gleichgerichteten Ausgangsan­ schluß 202 zu, bis seine Spannung im wesentlichen gleich der Spannung an der Batterie 400 ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladeanzeigelampe 600 abgeschaltet, um anzuzeigen, daß sich die Batterie 400 in ihrem Lade­ zustand befindet.

Es wird nun angenommen, daß die Umgebungstemperatur für den Wechselspannungsgenerator 100 aus irgendwelchen Gründen plötzlich ansteigt. Unter den angenommenen Be­ dingungen überschreitet das temperaturempfindliche Schaltelement 312 die dafür eingestellte vorgegebene Temperatur, so daß sein Widerstand plötzlich ansteigt. Somit nimmt das Potential des Verbindungspunktes des temperaturempfindlichen Schaltelementes 312 und des Widerstandes 313 ab, bis die zweite Zenerdiode 311 und der Transistor 310 abgeschaltet werden. Somit werden die in Reihe geschalteten Widerstände 308 und 309 gegen­ über Erde getrennt, was zu einer Erhöhung des Potentials am Verbindungspunkt der Widerstände 308 und 309 führt. Infolgedessen werden die erste Zenerdiode 307 und der Steuertransistor 306 eingeschaltet, um die Tran­ sistoren 303 und 302 abzuschalten. Dies bewirkt die Unterbrechung des Feldstromes, der durch die Feldspule 102 fließt, so daß der Wechselspannungsgenerator 100 aufhört, elektrische Leistung zu erzeugen. Somit hört der Wechselspannungsgenerator 100 auf, selbst aufgrund des durch ihn hindurchfließenden Ausgangsstromes Hitze zu erzeugen, was zu einer abrupten Abnahme der angestie­ genen Temperatur und somit der Temperatur des temperatur­ empfindlichen Schaltelementes 312 führt. Wenn die Tem­ peratur des temperaturempfindlichen Schaltelementes 312 so abnimmt, daß sie niedriger ist, als der vorgegebene Wert, so steigt das Potential am Verbindungspunkt des Schaltelementes 312 und des Widerstandes 313 an, so daß die zweite Zenerdiode 311 und der Tran­ sistor 310 eingeschalten. Somit werden die in Reihe geschalteten Widerstände 308 und 309 über den jetzt leitenden Transistor 310 mit Erde verbun­ den, so daß die erste Zenerdiode 307 und der Steuertransistor 306 unter der Steuerung des Poten­ tials am Verbindungspunkt der die Spannungsmeß­ schaltung bildenden Widerstände 308 und 309 betrieben werden. Somit wird die Ausgangsspannung vom Wechsel­ spannungsgenerator 100 wieder in der oben beschriebenen Weise gesteuert.

Claims (4)

1. Spannungsregler für einen Wechselspannungsgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter, mit einer Feldstrom- Steuerschaltung mit einem Steuereingang und mit einem Steuerausgang zum Steuern des Stroms durch die Feldspule des Generators, die so ausgebildet ist, daß der Mittelwert des Feldstroms in Abhängigkeit von einer Spannung am Steuerein­ gang eingestellt wird, mit einer Spannungsmeßschaltung zur Messung der Generatorausgangsspannung, an deren mit dem Steuereingang verbundenem Ausgang eine Ausgangsspannung anliegt, deren Potential in einem über einen Steuereingang einstellbaren Verhältnis zur Generatorspannung steht, der mit dem Ausgang einer Temperaturmeßschaltung verbunden ist, deren Ausgangspegel bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur einen ersten Wert und bei Überschreiten einen zweiten Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßschaltung (308, 309, 310) so ausgebildet ist, daß bei Anliegen des zweiten Wertes das Verhältnis so eingestellt wird, daß die Ausgangsspannung der Spannungs­ meßschaltung die Steuerschaltung (302 bis 307) zur Unterbrechung des Feldstromes ansteuert.

2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßschaltung eine Spannungsteilerschaltung (308, 309) sowie einen dazu mit seiner Kollektor-Emitterstrecke in Reihe geschalteten Transistor (310) aufweist, dessen Basis den Steuereingang darstellt und an die Temperaturmeßschaltung (311, 312, 313) derart gekoppelt ist, daß bei Überschreiten der bestimmten Temperatur der Transistor (310) sperrt und der Steuereingang der Feldstrom-Steuerschaltung (302 bis 307) im wesentlichen auf die Generatorausgangsspannung angehoben wird, wobei der Kopplungspunkt der Spannungsteilerschaltung den Ausgang der Spannungsmeßschaltung bildet.

3. Spannungsregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstromsteuerschaltung als Ausgangsstufe zwei Transistoren (302, 303) in Darlington-Schaltung aufweist, die über einen weiteren Transistor (306) angesteuert werden, dessen Basis über eine Zenerdiode (307), deren Kathode den Steuereingang bildet, mit der Spannungsmeßschaltung (308, 309) verbunden ist, und daß die Temperaturmeßschaltung eine Zener­ diode (311) umfaßt, über die sie mit dem Eingang der Spannungs­ meßschaltung (308, 309, 310) verbunden ist.

4. Spannungsregler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsbasis der Darlington-Schaltung am Kollektor des Steuertransistors (306) angeschlossen ist, und daß die Temperaturmeßschaltung aus einer Reihenschaltung, gebildet aus einem Widerstand (313) und einem temperaturempfindlichen Schaltelement (312) besteht, deren Kopplungspunkt über die Zenerdiode (311) mit dem Transistor (310) verbunden ist, der in Reihe mit der Spannungsteilerschaltung (308, 309) angeordnet ist.