DE1117702B

DE1117702B - Lichtanlage fuer Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1117702B
Application number: DEB52808A
Authority: DE
Inventors: Hermann Mittag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1959-04-11
Filing date: 1959-04-11
Publication date: 1961-11-23
Also published as: JPS3716515B1; GB937226A; CH377913A; US3028537A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer nebenschlußerregten, unter stark wechselnden Drehzahlen angetriebenen Lichtmaschine und einer Regeleinrichtung, durch welche die Ausgangsspannung dei 5 Lichtmaschine bis zu einem festgelegten Höchstwert des Lichtmaschinenlaststromes wenigstens annähernd konstant gehalten, oberhalb dieses Höchstwertes jedoch durch eine Strombegrenzungsvorrichtung stark herabgesetzt wird mit Hilfe eines mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten Leistungstransistors, der von einem auf diesen einwirkenden Steuertransistor beeinflußt wird.

Bei bekannten Lichtanlagen dieser Art ist der auf den Leistungstransistor einwirkende Steuertransistor mit seiner Basis an einen über der zu regelnden Ausgangsspannung liegenden Spannungsteiler über eine Zenerdiode angeschlossen, die dann stromleitend wird, wenn die Ausgangsspannung ihren Sollwert erreicht. Zur Strombegrenzung ist in einer Verbindungsleitung von der Lichtmaschine zur Batterie und den an diese anschließbaren Verbrauchern ein niederohmiger Widerstand vorgesehen, an dem der Laststrom einen Spannungsabfall erzeugt. Dieser muß durch einen parallel zum Leistungstransistor geschalteten, mit weiteren Transistoren bestückten Verstärker so weit verstärkt werden, daß beim Erreichen des zulässigen Laststromhöchstwertes der Verstärker den Leistungstransistor in sein Sperrgebiet bringen kann. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den zur Spannungsregelung vorgesehenen Steuertransistor gleichzeitig als Verstärker für die Strombegrenzungseinrichtung zu verwenden und hierfür eine Schaltung vorzusehen, bei welcher die Stromregelung erst dann wirksam wird, wenn der Laststrom seinen zulässigen Höchstwert erreicht, während bei Laststromstärken unterhalb dieses Wertes die Spannungsregelung von der jeweiligen Größe des Laststromes nicht beeinflußt wird.

Diese Aufgabe ist bei einer Lichtanlage der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß die Basis des Steuertransistors außer an einen über der zu regelnden Spannung liegenden Spannungsteiler an einen mit einem Widerstand in Reihe ebenfalls an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Halbleiter angeschlossen ist, der einen durch ein äußeres Magnetfeld veränderbaren Innenwiderstand hat und in einem vom Laststrom der Lichtmaschine erzeugten elektromagnetischen Feld angeordnet ist, wobei in der Verbindungsleitung von der Basis des Steuertransistors zum Halbleiter eine Diode liegt, deren Durchlaßrichtung die gleiche wie Lichtanlage für Fahrzeuge,
insbesondere Kraftfahrzeuge

Anmelder:

Robert Bosch G.m.b.H.,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4

Hermann Mittag, Stuttgart-Botnang,
ist als Erfinder genannt worden

diejenige der mit ihr in Reihe liegenden Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors ist.

Durch die Verwendung einer in ihrer Durchlaßrichtung mit der Durchlaßrichtung der Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors übereinstimmenden Diode wird bezweckt, daß die Stromregelung erst dann wirksam wird, wenn der am magnetfeldabhängigen Halbleiter entstehende Spannungsabfall größer als die Summe der Schleusenspannungen der Emitter-Basis-Strecke des Transistors und der Diode wird. Man erreicht damit, daß der Strombegrenzungsvorgang erst bei einem vorgegebenen Höchstwert des Lichtmaschinenlaststromes einsetzt, während gleichzeitig die Spannungsregelung außer Wirkung kommt. Auf diese Weise entsteht eine praktisch konstant bleibende Lichtmaschinenausgangsspannung, solange der Lichtmaschinenlaststrom unterhalb des eingestellten zulässigen Höchstwertes bleibt. Von diesem Höchstwert ab bricht die Regelkennlinie mit einem scharfen Knick nach unten ab. Diese Regelcharakteristik ist beim Betrieb von Lichtmaschinen auf Kraftfahrzeugen besonders wichtig, weil man bereits nach kurzer Fahrzeit eine Wiederaufladung der Batterie erzielen will.

Die Verwendung von Halbleitern mit sogenanntem Halleffekt zur Messung und Regelung von Strömen ist bereits bekannt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine besonders einfache und wirkungsvolle Schaltungsanordnung, mit welcher ein derartiger Halbleiter zur Erzielung einer geknickten Stromspannungskennlinie bei Gleich- und Wechselstromlichtanlagen verwendet werden kann, wobei der Steuertransistor sowohl zur Spannungsregelung als auch zur Strombegrenzung dient.

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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einen solch hohen Spannungsabfall erzeugt, daß die

des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt zwischen dem Emitter und der Basis des Leistungs-

Fig. 1 das Schaltschema des ersten Ausführungs- transistors 20 verbleibende Restspannung nicht mehr

beispiels, ausreicht, um den Leistungstransistor in seinem seit-

Fig. 2 einen zur Stromregelung dienenden Halb- 5 herigen stromleitenden Zustand zu halten. Dies hat

leiter im Schnitt und zur Folge, daß der durch die Erregerwicklung 11

Fig. 3 das Schaltbild des zweiten Ausführungsbei- fließende Erregerstrom I_e rasch auf einen wesentlich

spiels. niedrigeren Wert abklingt und die Klemmspannung

Die Lichtanlage nach Fig. 1 enthält eine Gleich- der Lichtmaschine ebenfalls absinkt. Wegen der verstromlichtmaschine 10, deren im Nebenschluß arbei- io hältnismäßig großen Verstärkung durch den Steuertende Erregerwicklung mit 11 bezeichnet ist. Die transistor 22 genügt schon ein geringfügiges UnterErregerwicklung ist zusammen mit der an Masse an- schreiten der Sollspannung, um den Steuertransistor geschlossenen Minusleitung 12 der Regeleinrichtung 22 wieder zu sperren, da in diesem Fall die Zeneran die Minusklemme b der Lichtmaschine ange- diode 27 wieder stromlos wird. Gleichzeitig wird der schlossen. Von der Plusklemme α der Lichtmaschine 15 Leistungstransistor 20 wieder in seinen stromleitenführt eine Leitung 13 zu der bei 14 angedeuteten, mit den Zustand gebracht, und das beschriebene Spiel der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Sammler- kann von neuem beginnen.

batterie. Aus dieser können auch bei stillstehender Unabhängig von dieser Spannungsregelung erfolgt

Lichtmaschine elektrische Verbraucher versorgt wer- die Begrenzung des Laststromes I_L auf einen durch

den, von denen einer bei L angedeutet ist. ao die Baugrößen der Lichtmaschine festgelegten Höchst-

Die Regeleinrichtung der Lichtmaschine enthält wert durch die im folgenden näher beschriebene

einen Leistungstransistor 20 vom p-n-p-Typ, an Stromregelung.

dessen Kollektorelektrode das freie Ende der Erreger- Solange der Laststrom I_L sehr klein ist, wird das

wicklung 11 angeschlossen ist. Von der Basis dieses Potential der Minuselektrode 36 des Hallgenerators

Transistors führt eine Leitung über einen Widerstand 25 durch den über den Hallgenerator und den Wider-

21 zur Plusleitung 12. Außerdem ist an die Basis stand 34 fließenden Strom I₀ auf einem Potential ge-

des Leistungstransistors 20 der Kollektor eines Steuer- halten, das um etwa 0,4 V unter dem Potential der

transistors 22 angeschlossen, dessen Emitter ebenso Plusleitung 13 liegt. Da jedoch die Siliziumdiode eine

wie derjenige des Leistungstransistors an der Plus- verhältnismäßig hohe Schleusenspannung hat und

leitung 13 liegt. Zur Spannungsregelung ist ein zwi- 30 erst bei einer zwischen ihren Elektroden wirksamen

sehen der Plusleitung 13 und der Minusleitung 12 Spannungsdifferenz von 0,7 V stromleitend wird,

liegender Spannungsteiler 25 vorgesehen, dessen ver- kann sich kein von der Basis des Steuertransistors

stellbarer Abgriff 26 über eine Zenerdiode 27 mit der über die Siliziumdiode 30 zur Minuselektrode des

Basis des Steuertransistors verbunden ist. Von dieser Hallgenerators 31 fließender Steuerstrom einstellen.

Basis zweigt außerdem eine Siliziumdiode 30 ab, die 35 Dies ist erst dann möglich, wenn der vom Last-

zu einem Hallgenerator 31 führt. Die positive Steuer- strom I_L erzeugte magnetische Fluß Φ einen solchen

elektrode 32 des Hallgenerators liegt unmittelbar an Wert erreicht, daß die infolge dieses Magnetfeldes

der Plusleitung 13, während seine negative Steuer- erzeugte Hallspannung zwischen der nicht näher be-

elektrode 33 über einen fest eingestellten Widerstand zeichneten Pluselektrode und der Minuselektrode 36

34 mit der Minusleitung 12 verbunden ist. Von den 40 mindestens einen Wert von 0,3 V erreicht. In diesem

beiden Spannungselektroden des Hallgenerators ist Fall wird die Schleusenspannung der Siliziumdiode

nur die in der Zeichnung mit 36 angedeutete Minus- überwunden, und der über die Diode 30 einsetzende

elektrode mit der Siliziumdiode 30 verbunden, wäh- Steuerstrom /_s macht den Transistor 22 auch dann

rend die andere Elektrode nicht angeschlossen ist. stromleitend, wenn die Lichtmaschinenspannung

Zur Steuerung des Hallgenerators 31 wird ein 45 unterhalb ihres Sollwertes liegt. Hierdurch wird die elektromagnetisches, in der Zeichnung mit Φ ange- gewünschte, beim Höchstwert des Laststromes I_L eindeutetes Feld verwendet. Dieses wird von dem zu der setzende Spannungserniedrigung erzielt.
Batterie 14 und den Verbrauchern L fließenden Last- Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeistrom/i der Lichtmaschine erzeugt und wirkt auf spiel ist an Stelle des Hallgenerators ein Hallwiderden Hallgenerator ein. Wie Fig. 2 besser erkennen 50 stand 50 vorgesehen, der in Reihe mit einem Widerläßt, ist um die mit einem rechteckigen Querschnitt stand 34 an die zu regelnde Spannung angeschlossen ausgeführte Plusleitung 13 ein Eisenbügel 40 herum- ist. Soweit hier gleiche oder gleichwertige Bauteile gelegt. Dieser wird von einem entsprechend geboge- verwendet sind, haben sie die gleichen Bezugszeichen nen Weicheisenblechband gebildet und umgreift die wie in Fig. 1. In ähnlicher Weise wie der Hallgeneramit einer dünnen Isolierschicht 41 versehene Verbin- 55 tor 31 beim vorher beschriebenen Ausführungsbeidungsleitung 13 auf einem kurzen Stück ihrer Länge. spiel ist der Hallwiderstand 50 einem magnetischen

Zwischen den annähernd parallel zueinander und Feld Φ ausgesetzt, das von dem Laststrom I_L er-

im Abstand von etwa 0,2 mm verlaufenden freien zeugt wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel

Schenkelstücken des Eisenkerns 40 sitzt der Halb- verhindert die verhältnismäßig hohe Schleusenspan-

Ieiter31. 60 nung der Siliziumdiode 30, daß von der Basis des

Die Spannungsregelung erfolgt in der Weise, daß Steuertransistors 22 zu dem Verbindungspunkt P

der Leistungstransistor 20 so lange stromleitend zwischen dem Hallwiderstand und dem Festwider-

bleibt, bis die Klemmenspannung der Lichtmaschine stand 34 ein Steuerstrom /_s fließt, solange der Last-

ihren Sollwert erreicht. In diesem Fall wird nämlich strom I_L unter seinem zulässigen Höchstwert bleibt,

die Zenerdiode 27 stromleitend und bewirkt, daß der 65 Erst wenn der Leitwert des Hallwiderstandes 50 in-

bisher gesperrte Steuertransistor 22 ebenfalls strom- folge des mit zunehmendem Laststrom ansteigenden

leitend wird. Er vermag dann über den Widerstand Magnetfeldes sich erniedrigt, kann der Steuerstrom /_s

21 einen Strom zu führen, der am Widerstand 21 über die Siliziumdiode 30 fließen und den Leistungs-

transistor 20 so weit sperren, daß die Lichtmaschinenspannung erheblich unter ihren Sollwert absinkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer nebenschlußerregten, unter stark wechselnden Drehzahlen angetriebenen Lichtmaschine und einer Regeleinrichtung, durch welche die Ausgangsspannung der Lichtmaschine bis zu einem festgelegten Höchstwert des Lichtmaschinenlaststromes wenigstens annähernd konstant gehalten, oberhalb dieses Höchstwertes jedoch durch eine Strombegrenzungsvorrichtung stark herabgesetzt wird mit Hilfe eines mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten Leistungstransistors, der von einem auf diesen einwirkenden Steuertransistor beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Steuertransistors (22) außer an einen über der zu regelnden Spannung liegenden Spannungsteiler (25) an einen mit einem Widerstand in Reihe ebenfalls an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Halbleiter (31, 50) angeschlossen ist, der einen durch ein äußeres Magnetfeld veränderbaren Innenwiderstand hat und in einem vom Laststrom (I₁) der Lichtmaschine (10) erzeugten elektromagnetischen Feld (Φ) angeordnet ist, wobei in der Verbindungsleitung von der Basis des Steuertransistors zum Halbleiter eine Diode (30) liegt, deren Durchlaßrichtung die gleiche wie diejenige der mit ihr in Reihe liegenden Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors ist.

2. Lichtanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter (31, 50) ein Hallgenerator verwendet ist.

3. Lichtanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter (31, 50) ein Hallwiderstand verwendet ist.

4. Lichtanlage nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter (31, 50) in Reihe mit einem vorzugsweise einstellbaren Widerstand (34) in Reihe geschaltet an die zu regelnde Spannung angeschlossen ist.

5. Lichtanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Zenerdiode (27) als Sollwertgeber eine Elektrode der Zenerdiode mit dem Halbleiter (31, 50) über eine Kristalldiode, vorzugsweise über eine Siliziumdiode (30) verbunden ist.

6. Lichtanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Halbleiter (31, 50) in Reihe geschaltete Widerstand (34) so gewählt ist, daß bei unterhalb des zulässigen Höchstwertes liegenden Lichtmaschinenlastströmen der am Halbleiter (31, 50) entstehende Spannungsabfall kleiner oder höchstens gleich groß wie die Schleusenspannung der Kristalldiode (30) ist.

7. Lichtanlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristalldiode (30) in Durchlaßrichtung, die Zenerdiode (27) dagegen in ihrer Sperrichtung betrieben wird und daß die miteinander verbundenen Elektroden dieser beiden Dioden an die Basis eines Steuertransistors (22) angeschlossen sind, dessen Kollektorelektrode mit der Basis des in den Erregerstromkreis eingeschalteten Leistungstransistors (20) gekoppelt, vorzugsweise galvanisch verbunden ist.

8. Lichtanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß um eine den Lichtmaschinenlaststrom (I_L) führende Leitung (13) eine bügeiförmige Weicheisenmanschette (40) gelegt ist, zwischen deren Schenkelenden (43, 44) der Halbleiter (31) festgeklemmt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1041 580;

deutsche Patentanmeldung D 10445 VIIIb/21c (bekanntgemacht am 30.4. 1953); britische Patentschrift Nr. 705 248;

Zeitschrift »Elektro-Technik«, 1957, H. 3, S. 183 bis 185.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen