DE3616603A1 - Spannungsregler fuer einen wechselstromgenerator - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler für einen elektrischen Wechselstromgenerator, insbesondere einei Monofunktions-Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator mit neun Dioden, wie er in Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Es ist bekannt, daß in Monofunktions-Regelsystemen die Erregerwicklung des Wechselstromgenerators sowie der sie regelnde Spannungsregler von den Statorwicklungen des Wechselstromgenerators über einen Satz von drei Hilfsdioden gespeist werden, wobei zwischen dem Ausgang des Diodensatzes und dem Hauptunterbrecher' (dem Zündschloß des Kraftfahrzeugs) eine Kontrollampe liegt.

Die derzeitigen Regler sind als integrierte Schaltungen ausgebildet, ausgenommen die Ansteuerstufe, die als diskrete Schaltung aufgebaut ist. Diese Stufe enthält ein in Darlington-Schaltung geschaltetes Transistor-Paar anstelle eines einzelnen Transistors, um eine erhöhte Stromverstärkung zu erhalten. Das Transistor-Paar liegt in Reihe zu der Erregerwicklung des Wechsel-Stromgenerators. Beim Anlaufen liefert der Generator keinen Strom, und die Erregerwicklung sowie der Regler werden von der Batterie über die Kontrollampe gespeist. In dieser Situation muß der Spannungsabfall an der Darlington-Schaltung der Ansteuerstufe ausreichend

niedrig sein, um einen Erregerstrom zu erhalten, der zum Anlaufen des Wechselstromgenerators bei niedriger Drehzahl geeignet ist.

Der Spannungsabfallan einer integrierten Darlington-Schaltung ist aus technischen Gründen für gewöhnlich größer als bei einer diskret aufgebauten Darlington-Schaltung, was sie für die Anlauf-Phase des Generators ungeeignet macht. Dennoch besteht-der Wunsch oder die

Forderung, auch die Ansteuerstufe zusammen mit den anderen Teilen des Reglers zu integrieren.

H, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungsregler vom Monofunktions-Typ für einen elektrischen Wechselstromgenerator mit neun Dioden zu schaffen, bei dem die Ansteuerstufe als integrierte Schaltung ausgebildet ist und während des Anlaufens des Generators einen relativ geringen Spannungs erzeugt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. 15

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsskizze eines bekannten Monofunktions-Spannungsreglers in einem

neun Dioden aufweisenden elektrischen Wechselstromgenerator für ein Kraftfahrzeug, und

Fig. 2 eine vereinfachte Schaltungsskizze eines *° Monofunktions-Spannungsreglers gemäß der

Erfindung.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung enthält drei Wicklungen L1-3 eines Wechselstromgenerator-Stators. Die Wicklungen sind derart an sechs Gleichrichterdioden D1-6 angeschlossen, daß zwei Ausgangsan-Schlüsse 1 und 3 des Generators definiert werden, zwischenen denen eine Gleichspannung gebildet wird. Der Anschluß 3 entspricht dem positiven Pol, der Anschluß 1 dem negativen Pol des Generators. An diese

Ausgangsanschlüsse ist eine Batterie 5 angeschlossen, die die Versorgungsspannungsquelle für die (in der Zeichnung nicht dargestellten) elektrischen Lasten des Kraftfahrzeugs darstellt, wenn der Wechselstromgenerator keinen Strom liefert. Während der Generator in Betrieb ist, stellt die Batterie eine Last dar.

Die drei Wicklungen L1-3 sind außerdem an drei Hilfs-Gleichrichterdioden T1-3 angeschlossen, wodurch ein Hilfs-Ausgangsanschluß 2 gebildet wird. Die Anschlüsse 2 und 1 bilden einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluß für eine Erregerwicklung LE des Wechselstromgenerators und einen Spannungsregler des Generators. Die Erregerwicklung LE ist einen Endes an den Anschluß 2 und anderen Endes an den Kollektor eines NPN-Transistors T1 angeschlossen. Parallel zu der Erregerwicklung LE liegt eine Rückstromdiode D, die mit ihrer Kathode an den Anschluß 2 gekoppelt ist. Der Transistor T1 ist an einen NPN-Transistor T2 angeschlossen und bildet mit diesem eine Darlington-Schaltung, die Bestandteil einer Ansteuerschaltung des Spannungsreglers des Generators ist.

Der Emitter des Transistors T1 ist an den Anschluß 1 angeschlossen, seine Basis ist an den Emitter des Transistors T2 angeschlossen, dessen Kollektor wiederum an den Kollektor des Transistors T1, und dessen Basis an einen Ausgang einer Regelstufe des Spannungsreglers, welche in der Fig. 1 durch einen Block C dargestellt

ist, angeschlossen ist. Die Regelstufe liegt zwischen den Ausgangsanschlüssen 2 und 1 des Generators. Die Ausbildung der Regelstufe C ist dem Fachmann bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden. Eine Kontrollampe S liegt zwischen dem Anschluß 2 und dem

Zündschalter T des Kraftfahrzeugs, welcher seinerseits an den positiven Pol 3 des Generators angeschlossen ist.

· Im Betrieb wirkt die Regelstufe C des Reglers auf die Darlington-Schaltung T1, T2 derart ein, daß der Erregerstrom für die Erregerwicklung LE auf einen vorbestimmten Wert eingeregelt wird, welcher einer vorgewählten Stromstärke entspricht, die von dem Wechselstromgenerator geliefert wird.

Im Betrieb des Generators haben die Anschlüsse 2 und 3 gleiches Potential, so daß die Kontrollampe S nicht brennt, und die Erregerwicklung LE sowie der Regler werden von dem Generator über den Hilfsanschluß 2 gespeist. Beim Anlaufen oder In-Gang-Kommen liefert der Generator keinen Strom, und die Erregerwicklung sowie der Regler werden über den Anschluß 3 von der Batterie gespeist, so daß die Kontrollampe S aufleuchtet und die Spannung V2 am Anschluß 2 bestimmt ist durch die Differenz zwischen der Batterie-Polspannung zwischen den Anschlüssen 3 und 1 und dem Spannungsabfall an der Kontrollampe S. In dieser Situation muß der Spannungsabfall an der Darlington-Schaltung T1 , T2, die bestimmt wird durch die Summe der Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors T2 und der Basis-Emitter-Spannung des Transistors T1, ausreichend niedrig sein, so daß man einen Erregerstrom erhält, wie er für das Anlaufen des

^ΔΌ Wechselstromgenerators bei niedriger Drehzahl benötigt wird. Im Stand der Technik wird die Ansteuerstufe durch eine diskret aufgebaute Darlington-Schaltung gebildet, die einen Spannungsabfall von etwa 0,8 V erzeugt, was ausreicht, um die oben genannte Bedingung zu erfüllen. Mit den üblichen Integrationsverfahren läßt sich eine integrierte Darlington-Schaltung realisieren, die einen Spannungsabfallvon etwa 1,2V erzeugt. Dieser Wert ist zu hoch, um ein zufriedenstellendes Anlaufen des Generators zu ermöglichen.

Das obige Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Regler eine Hilfsstufe eingefügt wird, welche den Spannungsabfallan der Ansteuerstufe beim An-

laufen des Generators reduziert.

Der erfindungsgemäße Regler ist in Fig. 2 dargestellt. Er besitzt eine Hilfsstufe, bestehend aus zwei NPN-Transistoren T3 und T4, einem PNP-Transistor T5, einer Zenerdiode Z und vier Widerständen R3, R4, R5 und R6. Der Transistor T5 ist mit seinem Emitter an den Anschluß 2 angeschlossen und steht mit seinem Kollektor, der den Ausgangsanschluß der Hilfsstufe bildet, mit der Basis des Transistors Tl in Verbindung, Die Basis des Transistors T5 ist über den Widerstand R6 an den Kollektor des Transistors T4 angeschlossen. Die Basis von T4 liegt am Kollektor des Transistors T3 und über den Widerstand R5 am Anschluß 2.

Die Emitter von T3 und T4 sind an den Anschluß 1 angeschlossen. Die Basis von T3 liegt an der Anode der Zenerdiode Z sowie über den Widerstand R4 am Anschluß Die Kathode von der Zenerdiode Z ist über den Widerstand R3 an den Anschluß 2 angeschlossen. Beim Anlaufen des Generators liegt die Spannung am Anschluß 2 unterhalb einer vorbestimmten Bezugsspannung, welche den Durchbruch der Zenerdiode Z veranlaßt, so daß der Transistor T3 sperrt, während der Transistor T4 leitet und das Leiten des Transistors T5 und deshalb das Leiten auch des Transistors T1 der Darlington-Schaltung veranlaßt, während der Transistor T2 gesperrt bleibt. Die Ansteuerstufe des Reglers arbeitet jetzt also derart, als bestände sie lediglich aus einem einzigen

Transistor und nicht aus einer Darlington-Schaltung.

Demzufolge ergibt sich eine beträchtliche Verringerung des Spannungsabfalls an dieser Stufe, mit der Folge, daß der Strom in der Erregerwicklung LE eine Stärke hat, die ein Anlaufen des Generators bei niedriger Drehzahl

ermöglicht.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Regler-Typ, der eine integrierte Ansteuerstufe enthält, beträgt der Bpannungsab-

fall zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors T1 während der Anlauf-Phase etwa 0_f4V, so daß man ein besseres Anlaufverhalten des Wechselstromgenerators erhält als mit einem herkömmlichen Regler, der eine diskret aufgebaute Ansteuerstufe enthält, in der, wie oben erwähnt, ein Spannungsfall von etwa 0,8V entsteht.

Wenn das Potential am Anschluß 2 denjenigen Wert übersteigt, bei dem die Zenerdiode Z zündet, beginnt der

Transistor T3 zu leiten, und die Transistoren T4 und T5 sperren. Die Regelstufe C macht den Transistor T2 leitend, so daß anschließend der Regler in herkömmlicher Weise arbeitet.
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Die in Fig. 2 dargestellte Hilfsstufe läßt sich einfach realisieren und wird gebildet von Bauelementen, die im Vergleich zu den Bauelementen der Ansteuerstufe, bei der es sich typischerweise um eine Leistungsstufe handelt, eine sehr geringe Verlustleistung aufweisen. Die Schaltung nimmt nur sehr wenig Platz ein, etwa zwanzig mal weniger als die Darlington-Schaltung T1, T2. Aus dem gleichen Grund ist die Stromverteilung im Transistor T3 während des Normalbetriebs des Generators absolut vernachlässigbar im Hinblick auf die Betriebsströme des Reglers.

Der niedrige Spannungsabfall an der Ansteuerstufe während der Anlauf-Phase verbessert außerdem auch die

Betriebsweise der Kontrollampe S im Vergleich zum Stand der Technik.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator/ mit einem ersten und einem zweiten Versorgungsanschluß (2, 1) für den Anschluß an den Generator, mit einer Regelstufe (C), die zwischen den ersten (2) und den zweiten (1) Versorgungsanschluß geschaltet ist und einen Ausgangsanschluß aufweist, der an die Basis eines ersten Transistors (T2) eines Paares von Transistoren (T2, T1) angeschlossen ist, welche zu einer Ansteuerstufe des Reglers gehören, als Darlington-Stufe geschaltet sind und mit ihren Kollektoren an eine Erregerwicklung (LE) des Generators angeschlossen

dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfsstufe (T3-5, R3-6, Z) vorgesehen ist, die zwischen den ersten (2) und den zweiten (1) Versorgungsanschluß geschaltet ist, daß die Hilfsstufe mit einem Ausgangsanschluß an die Basis des zweiten Transistors (T1) des Transistor-Paars (T2, T1) der Ansteuerstufe geschaltet ist, und daß die Hilfsstufe Schaltungselemente (Z, R3, R4) aufweist, die eine Bezugsspannung festlegen, sowie Schaltungsmittel (T4, T5, R5, R6) besitzt, um das Leiten des zweiten Transistors (T1) des Transistor-Paars zu veranlassen, wenn die Spannung zwischen dem ersten (2) und dem zweiten (1) Versorgungsanschluß

unterhalb der Bezugsspannung liegt. 15

2. Regler nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T2) des Transistor-Paars der Ansteuerstufe mit seinem Emitter an die Basis des zweiten Transistors ^O (T1) angeschlossen ist, daß die Schaltungselemente (Z, R3, R4) der Hilfsstufe (T3-5, R3-6, Z) mindestens einen Widerstand (R3, R4) und mindestens eine Zenerdiode (Z), die dazu in Serie geschaltet ist, aufweisen/ die zwischen den ersten Versorgungsanschluß (2) und die Basis eines dritten Transistors geschaltet sind, der zu der Hilfsstufe gehört und zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungsanschluß (2, 1) liegt, und daß die Schaltungsmittel (T4, T5, R5, R6) der Hilfsstufe einen vierten Transistor (T4) aufweisen,

der mit seiner Basis an den ersten Versorgungsanschluß

(2) und an den dritten Transistor (T3) angeschlossen ist sowie zwischen dem zweiten Versorgungsanschluß (1) und der Basis eines fünften Transistors (T5) liegt, welcher zwischen den ersten Versorgungsanschluß (2) und den Ausgangsanschluß der Hilfsstufe geschaltet ist.