DE1146174B - Transistorregler fuer mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen - Google Patents

Transistorregler fuer mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen

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DE1146174B
DE1146174B DEB64474A DEB0064474A DE1146174B DE 1146174 B DE1146174 B DE 1146174B DE B64474 A DEB64474 A DE B64474A DE B0064474 A DEB0064474 A DE B0064474A DE 1146174 B DE1146174 B DE 1146174B
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DE
Germany
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transistor
resistor
collector
base
emitter
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DEB64474A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Franz Dietl
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/16Regulation of the charging current or voltage by variation of field
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304Overcurrent protection

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Transistorregler für mit stark wechselnden Drehzahlen. antreibbare Generatoren, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistorregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren, insbesondere für Fahrzeuglichtmaschinen, der einen mit der Nebenschlußfeldwicklung des Generators in Reihe geschalteten Leistungstransistor enthält, der mit seinem Emitter über einen niederahmigen Widerstand an eine Ausgangsleitung des Generators angeschlossen ist und der abwechslungsweise aus seinem voll stromleitenden in den nichtleitenden Betriebszustand durch einen Steuertransistor gebracht wird, dessen Emitter-Basis-Strecke an die zu regelnde Ausgangsspannung des Generators angeschlosten ist.
  • Bei derartigen Reglern wird der Leistungstransistor so angeschlossen, daß er beim Anfahren der Lichtmaschine aus dem Stillstand heraus die Selbsterregung der Lichtmaschine sicherstellt und so lange stromleitend bleibt, bis der einzuregelnde Sollwert der Lichtmaschinenausgangsspannungerreicht wird. Durch den dann stromleitend werdenden Steuertransistor wird der Leistungstransistor kurzzeitig gesperrt und dann wieder stromleitend gemacht, wobei sich ein zeitlicher Mittelwert der Erregung in der Lichtmaschine einstellt, durch den bei der jeweils vorherrschenden Drehzahl die derLichtmaschine entnommene Leistung unter Einhaltung des Sollwertes gedeckt werden kann. Wenn jedoch in der Lichtmaschine ein die Feldwicklung teilweise oder sogar ganz erfassender Kurzschluß eintritt, bleibt der Leistungstransistor dauernd stromleitend, ohne da.ß die Sollspannung erreicht wird. Infolge des Kurzschlusses über der Feldwicklung liegt dann an der Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungsgleichrichters nahezu die volle Ausgangsspannung der Lichtmaschine bzw. der zu dieser parallel geschalteten Sammlerbatterie. Dies hat zur Folge, daß der Leistungstransistor stark überlastet und zerstört wird.
  • Der Erfindung la# die Aufgabe zugrunde, bei einem Regler der eingangs beschriebenen Art eine Schutzanordnung zu schaffen, die in dem- geschilderten Fall den Leistungstransistor in seinen Sperrzustand oder wenigstens einen solchen Betriebszustand bringt, bei dem eine tlberlastung des Leistungstransistors vermieden wird. Diese Aufgabe lä.ßt sich gemäß dem Vorschlag der Erfindung dadurch lösen, daß der an dem Emitterwiderstand entstehende Spannungsabfall einem mindestens zwei in einer bistabilen Kippschaltung miteinander verbundene Transistoren enthaltenden Verstärker zugeführt wird, der auf den Steuerkreis des Leistungstransistors einwirkt.
  • Zweckmäßigerweise wird der Spannungsabfall zuerst verstärkt und dann mit einer vorzugsweise einstellbaren Teilspannung der mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Batterie verglichen. Wenn der hierbei entstehende Differenzbetrag einen festgelegten Mindestwert überschreitet, wird der Multivibrator umgeschaltet. Damit man mit einer möglichst kleinen Verstärkung auskommt, empfiehlt es sich, die am Multivibrator entstehende Ausgangsspannung als zusätzliche Steuerspannung im Steuerkreis des dem Leistungstransistor vorgeschalteten Steuertransistors zu verwenden.
  • Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Transistorreglers näher beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 in einem übersichtsbild eine Fahrzeuglichtmaschine mit zugehörigem Regler und einer an die Lichtmaschine angeschlossenen Sammlerbatterie, Fig. 2 das elektrische Schaltbild dieser Anlage.
  • Die Lichtmaschine nach Fig. 1 enthält in ihrem Gehäuse 10 drei feststehende Wechselstromwicklungen 11,12 und 13 (Fig, 2) sowie eine Feldwicklung 15, die auf einer im Lichtmaschinengehäuse gelagerten Ankerwelle 16 sitzt und über eine Riemenscheibe 17 von einem nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotor gegenüber den Wechselstromwicklungen 11 bis 13 in umlaufende Bewegung versetzt werden kann. Jede der Wechselstromwicklungen ist über einen von drei Gleichrichtern 18 mit der gemeinsamen Plusleitung 19 über einen von drei weiteren Gleichrichtern 20 mit der gemeinsamen, an Masse angeschlossenen Minusleitung 21 verbunden. Mit der Plusleitung 19 ist der Pluspol einer mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Batterie 22 von 12 V verbunden. Der Regler ist in einem auf der Lichtmaschine 10 sitzenden Gehäuse 23 untergebracht und enthält einen Leistungstransistor 30, der mit seinem Kollektor an ein Wicklungsende der andererseits mit Masse verbundenen Feldwicklung 15 angeschlossen ist. Von der Plusleitung 19 zum Emitter des Leistungstransistors führt ein Widerstand 31, während die Basis des Leistungstransistors mit der Minusleitung 21 über einen Widerstand 32 verbunden ist. Über der. zu regelnden Spannung zwischen der Plusleitung 19 und der Minusleitung 21 liegt ein einstellbares Potentiometer 34. Zwischen dem Abgriff 35 des Potentiometers und der Basis eines zweiten, zur Steuerung des Leistungstransistors dienenden Transistors 33 ist eine als Sollwertgeber dienende Zenerdiode 36 vorgesehen, die in Sperrichtung beansprucht ist und erst dann stromleitend wird, wenn die zwischen dem Abgriff 35 und der Plusleitung 19 wirksame Spannung den Durchbruchswert der Zenerdiode von etwa 8 V überschreitet. Dieser Fall tritt dann ein, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine über den einzuregelnden Sollwert von 14 V hinaus anzusteigen droht. Dann. macht der über die Emitter-Basis-Strecke des Steuertransistors 33 fließende Strom der Zenerdiode 36 den Steuertransistor stromleitend. Der Kollektorstrom des Steuertransistors 33 ist über die Primärwicklung 37 eines Transformators 38 geführt, der zwei Sekundärwicklungen 39 und 40 hat. Der Verbindungspunkt P beider Sekundärwicklungen ist über einen Widerstand 42 an die Minusleitung 21 angeschlossen. Von den anderen beiden Enden der Sekundärwicklungen führt je ein Gleichrichter43 und 44 zur Basis des Leistungstransistors 30. Zwischen der Basis des Leistungstransistors 30 und dem Verbindungspunkt P liegt ein Kondensator 45 von etwa 10 J, zwischen der Plusleitung 19 und dem Verbindungspunkt P eine in dieser Richtung stromdurchlässige Siliziumdiode 46, die zusammen mit dem Widerstand 42 einen Spannungsteiler bildet und das Potential des Verbindungspunktes P auf einem um ungefähr 0,7 V unter dem Potential der Plusleitung 19 liegenden Wert hält. An das mit dem Gleichrichter 43 verbundene Ende der Wicklung 39 ist der Emitter des Steuertransistors 33 angeschlossen.
  • Sobald beim Erreichen des Sollwertes der Ausgangsspannung der Lichtmaschine der Steuertransistor 33 stromleitend wird, erzeugt er in den Wicklungen 39 und 40 je eine positive und eine negative Spannungshalbwelle einer selbsterregten Schwingung. Während dieser Spannungshalbwellen werden dem Kondensator 45 Ladestromstöße zugeführt, die eine die Basis des Leistungstransistors ins Positive anhebende Spannung ergeben und diesen daher so lange sperren, bis die während der Sperrschwingung zugeführte Ladung sich über die Widerstände 32 und 42 ausgeglichen hat. Der Steuertrandstor33 bleibt stromleitend und erzeugt so lange die zur Sperrung des Leistungstransistors dienenden, selbsterregten Schwingungen, bis wegen des gesperrten Leistungstransistors die Erregung der Lichtmaschine auf einen Wert abgeklungen ist, bei dem die Ausgangsspannung ihren Sollwert unterschreitet und der Transistor 33 in seinen Sperrzustand zurückkehrt. Dann kann der Leistungstransistor erneut stromleitend werden und das beschriebene Reglerspiel von neuem beginnen.
  • Zum Schutz des Leistungstransistors 30 gegen zu hohe Belastung, die bei einem in. der Erregerwicklung 15 auftretenden Kurzschluß entstehen kann, ist die in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien umrahmte Schutzanordnung 50 vorgesehen, die zusammen mit dem oben beschriebenen Spannungsregler im Reglergehäuse 23 untergebracht ist. Sie enthält einen Verstärkungstransistor 51 vom p-n-p-Typ und einen bistabilen Multivibrator mit einem Haltetransistor 52 vom p-n-p-Typ und mit einem Schalttransistor 53 vom n-p-n-Typ. Die Basis des Transistors 51 ist mit dem in der Emitterzuleitung des Leistungstransistors 30 liegenden Widerstand 31 verbunden. Ein im Kollektorstromkreis dieses Transistors angeordneter Arbeitswiderstand 54 ist an den Abgriff 55 eines Potemtiometers 56 angeschlossen, das zwischen der Minusleitung 21 und einer mit der Plusleitung 19 verbundenen Hilfsleitung 57 angeordnet ist. Die Anordnung 50 enthält außerdem einen zweiten aus drei Widerständen 60, 61 und 62 bestehenden Spannungsteiler über der zu regelnden Ausgangsspannung der Lichtmaschine. Die beiden Widerstände 61 und 62 sind durch einen Kondensator 63 von etwa 10 wF überbrückt. An dem Verbindungspunkt der Widerstände 60 und 61 ist der n-p-n Transistor 53 mit seinem Emitter angeschlossen. Die Basis dieses Transistors steht mit dem Kollektor des Transistors 51 über einen Widerstand 64 und mit dem Kollekt&"i!'p,des p-n-p-Transistors 52 über einen Wridierstand 65'`in Verbindung. Der Transistor 52 ist mit seinem Exnitter an den Verbindungspunkt der beiden Widerstände 61 und 62 angeschlossen. Seine Basis steht über einen Widerstand 66 mit dem Kollektor des p-n-p-Transistors 53 in Verbindung, der außerdem über einen Widerstand 67 an den Abgriff 35 des Potentiometers 34 und an einen von dort zur Plusleitung 19 führenden Kondensator 68 angeschlossen ist.
  • Der Widerstand 31 im Emitterkreis des Leistungstransistors ist so klein. gewählt, daß beim höchsten im ungestörten Betrieb der Lichtmaschine vorkommenden Wert des durch den Leistungstransistor 30 fließenden Erregerstromes ein Spannungsabfall von solcher Größe entsteht, daß der Transistor 51 nicht stromleitend werden und die beiden Transistoren'52 und 53, die beim Einschalten der Lichtanlage wegen des Kondensators 63 in ihrem Sperrzustand verbleiben bzw. in diesen zurückkehren, nicht stromleitend machen kann. Wenn der Transistor 51 aus Germanium besteht, soll der Widerstand im ungestörten Betrieb daher nur etwa 0,3 V Spannungsabfall liefom. Er darf daher bei einem Höchstwert des Erregerstromes von 6 A nicht grö&r als 0,05 Ohm gewählt werden. Sobald jedoch in der Feldwicklung 15 ein - wenn auch nur kurzzeitiger - Kurzschluß auftritt, steigt der über den Leistungstransistor @30 fließende Strom stark an. Schon wenn. dieser .den 1;5fachen Weit der höchsten Erregerstromstärke erreicht, bringt der Spannungsabfall am Widerstand 31 den Transistor 51 in stromleitenden Zustand. Sein über den Widerstand 54 fließender Kollektorstrom macht den seither gesperrten Transistor53 und dieser seinerseits den Transistor 52 stromleitend. Da der Kollektorstrom des Transistors 52 über den in der Basiszuleitung des Transistors 53 liegenden Widerstand 65 geführt ist und daher das Basispotential des n-p-n-Transistors 53 positiver macht, gelangt dieser in stark stromleitenden Zustand. Seine stromleitende Emitter-Kollektor-Strecke bildet dann zusammen mit dem Widerstand 67 einen Parallelstromkreis zu dem zwischen der Zenerdiode 36 und der Minusleitung 21 liegenden Teil des Potentiometers 34 und macht die Zenerdiode und auch den Steuertransistor 33 stromleitend. Dieser löst dann die sonst nur beim Erreichen des Sollwertes auftretenden selbsterregten Schwingungen aus, die den Leistungstransistor sperren, wie dies oben bei der Erläuterung des ungestörten Reglerbetriebes beschrieben ist. Im Gegensatz zu dem bei ungestörtem Betrieb auftretenden periodischen Wechsel zwischen stromleitendem und gesperrtem Zustand des Leistungstransistors 30 bleibt dieser für die Dauer des Kurzschlusses gesperrt, bis die Lichtmaschine samt dem Regler von der Batterie abgeschaltet wird. Wenn auch bei der erneuten Anschaltung der Kurzschluß noch vorhanden ist, gelangt der Schalttransistor 53 in seinen leitenden Zustand und sperrt den Leistungstransistor 30 über den Steuertransistor 33 und die von diesem erzeugten selbsterregten Schwingungen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Transistorregler für mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren, insbesondere für Fahrzeuglichtmaschinen, der einen mit der Nebenschlußfeldwicklung des Generators in. Reihe geschalteten Leistungstransistor enthält, der mit seinem Emitter über einen niederohmigen Widerstand an eine Ausgangsleitung des Generators angeschlossen ist und abwechslungsweise aus seinem voll stromleitenden in den nichtleitenden Betriebszustand durch einen Steuertransistor gebracht wird, dessen Emitter-Basis-Strecke an die zu regelnde Ausgangsspannung des Generators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem Emitterwiderstand (31) entstehende Spannungsabfall einem mindestens zwei in einer bistabilen Kippschaltung miteinander verbundene Transistoren (52, 53) enthaltenden Verstärker (50) zugeführt wird, der auf den Steuerkreis des Leistungstransistors einwirkt.
  2. 2. Transistorregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Emitter des Leistungstransistors (30) die Basis eines Verstärkungstransistors (51) verbunden ist, dessen Kollektor über einen Arbeitswiderstand (54) an den Abgriff eines vorzugsweise einstellbaren Potentiometers (56) und außerdem an den Eingang der bistabilen Kippschaltung angeschlossen ist.
  3. 3. Transistorregler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Kippschaltung einen Schalttransistor (53) enthält, der mit seiner Basis über einen Widerstand (64) an den Kollektor des Verstärkungstransistors (51) und außerdem über einen weiteren Widerstand mit dem Kollektor eines Haltetransistors (52) verbunden ist, der einem zum Schalttransistor (53) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angehärL und mit seiner Basis an den Kollektor des Schalttransistors angeschlossen ist.
  4. 4. Transistorregler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des. Schalttransistors vorzugsweise über einen Widerstand (67) an den Abgriff eines über der zu regelnden Ausgangsspannung des Generators liegenden Spannungsteiler (34) angeschlossen ist, von dem eine als Sollwertgeber dienende Zenerdiode (36) zur Basis des Steuertransistors (33) führt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 862175.
DEB64474A 1961-10-21 1961-10-21 Transistorregler fuer mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbare Generatoren, insbesondere Fahrzeuglichtmaschinen Pending DE1146174B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3325992A1 (de) * 1982-08-04 1984-02-09 SGS-ATES Componenti Elettronici S.p.A., 95121 Catania Schutzschaltung gegen kurzschluss der erregerwicklung fuer einen niederspannungssynchrongenerator mit einem spannungsregler, insbesondere zum einsatz bei kraftfahrzeugen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2862175A (en) * 1954-11-15 1958-11-25 Gen Motors Corp Transistor controlled voltage regulator for a generator

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