DE1538323A1

DE1538323A1 - Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE1538323A1
Application number: DE19661538323
Authority: DE
Inventors: Dietl Dipl-Ing Franz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1966-02-15
Filing date: 1966-02-15
Publication date: 1969-04-10
Also published as: GB1174488A; DE1538323B2; FR1508849A

Description

Regeleinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einen mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbaren Generator, insbesondere für die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Spannungsregler, der über einen Halbleiterschalter den Erregerstrom in der Feldwicklung des Generators steuert, wobei in Serie mit diesem Halbleiterschalter ein Serienwiderstand liegt und der Spannungsabfall an diesem Serienwiderstand über einen Zwischentransistor einen Thyristor steuert, der im eingeschalteten Zustand eine Reduzierung des Erregerstroms bewirkt.

Bei Halbleiter-Regeleinrichtungen dieser Art ist es aus Preisgründen üblich, den Leistungstransistor im Erregerkreis so auszulegen, daß er gerade noch für den höchsten im Betrieb vorkommenden Erregerstrom ausreicht. Tritt nun in der Feldwicklung des Generators ein Kurzschluß auf, z« B. ein WindungsSchluß zwischen mehreren Wicklungen, so steigt der Erregerstrom über diesen Wert hinaus an. Erfolg: der Leistungstransistor wird durch thermische Überlastung innerhalb kurzer Zeit zerstört.

Die deutschen Auslegeschriften 1 176 752 und 1 186 548 der Robert Bosch GmbH zeigen Schutzeinrichtungen zum Schutz eines solchen Leistungstransistors, und zwar einmal für Regeleinrichtungen mit npn-Transistoren und einmal für Regeleinrichtungen mit pnp-Transistoren. Diese Schutzeinrichtungen arbeiten an sich s&r zuverlässig, doch hat sich gezeigt, daß bei diesen Schutzeinrichtungen zum Aussteuern des Thyristors ein ziemlich großer Shunt im Erregerkreis notwendig ist, was die Verluste erhöht und den Gesamtwirkungsgrad herabsetzt. Außerdem ist die Restspannung zwischen Anode und Kathode eines Thyristors in vielen Fällen so

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groß, daß die Sperrung des Leistungstransistors nur mit ausgewählten Thyristorexemplaren möglich ist.

Ferner ist aus der US-Patentschrift 3 032 701 eine Regeleinrichtung bekannt, bei der ein Überstrom in der Erregerwicklung über einen Zwischentransistor einen Thyristor einschaltet, der die Erregerwicklung überbrückt und dadurch eine Reduzierung des Erregerstroms bewirkt, jedoch keinen Schutz für die Leistuhgs-Halbleiter-Schaltelemente im Erregerkreis bietet.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Regeleinrichtungen zu vermeiden und insbesondere eine Schutzeinrichtung zu schaffen, die bei gutem Wirkungsgrad, d. h. geringen Verlusten im Erregerkreis, den Leistungstransistor sicher vor Überströmen schützt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer eingangs genannten Regeleinrichtung dadurch erreicht, daß dieser Thyristor an den Eingang eines de?a Halbleiterschalter vorgeschalteten ■Vorstufentransistors angeschlossen ist und im eingeschalteten Zustand über diesen Vorstufentransistor den Halbleiterschalter sperrt und damit den Erregerstrom abschaltet. Über den Vorstufentransistor wird also der Leistungstransistor schnell und sicher abgeschaltet, wenn im Erregerkreis ein Überstrom auftritt, z. B. durch einen Kurzschluß in der Erregerwicklung. Durch die Verwendung eines Thyristors, also eines Schaltglieds mit nichtreversibler Schaltcharakteristik, wird verhindert, daß bei sinkendem Erregerstrom der Leistungstransistor immer wieder von neuem eingeschaltet wird, was zu seinem raschen Ende führen würde. Andererseits hat die erfindungsgemäße Anordnung trotzdem den Vorteil, daß sie - im Gegensatz etwa zu Anordnungen mit Schmelzsicherungen nach kurzzeitigem Abschalten des zugehörigen Generators automatisch wieder in ihre Sperrstellung zurückkehrt. Wurde inzwischen der Fehler in der Erregerwicklung behoben oder ist dieser, z. B.

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durch, die Fathr erschütterung en, von selbst wieder verschwunden, so arbeitet der Generator« ohne weiteres Zutun wieder völlig normal.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die richtung mit Vorteil so ausgebildet, daß der Spannungsabfall am Serienwiderstand über eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstands und eines Heißleiterwiderstands der Eingangselektrode des Zwischentransistors,zugeführt wird. Durch den Heißleiterwiderstand wird der Temperaturgang der Halbleiterstrekken kompensiert* Die Ansprechstromstärke wird hierdurch weitgehend temperaturunabhängig*

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Weiterhin ist es vorteilhaft, zur Stabilisierung der spannung am Zwisohentransistor eine Zenerdiode vorzugehen. DieB gilt besonders dann, wenn die Ausgangsspannung des Generators eine große Wenigkeit zeigt* wie dies Zo B. bei einem Drehstromgenerator mit naohgeeohaltetem Oleichrichter der PaIi ist, wenn der Generator im Leerlauf betrieben wird. Dabei hat es eich als günstig erwiesen, den steuerbaren Olelohrichter an die von der Zenerdiode stabilisierte Spannung anzuschließen, Dadurch wird es möglich, den Erregerstrom sehr genau einzustellen, bei dem der Leistungetransistor abgeschaltet wird» » ■ '

Weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbi!düngen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen,

i. Es zeigen

Fig. 1 die Schaltung eines Generators räit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Transistorregler und

Pig« 2 eine Schaltung entsprechend Fig. 1, die besonders für 'stark wellige Spannungen geeignet ist.

In Fig. 1 iet mit 10 ein Generator bezeichnet, der über eine Rück-Stromdiode 11 eine Batterie 12 sowie gegebenenfalls v/eitere, nicht dargestellte Verbraucher speist, über einen Schalter I? ist en ihn eine Minusleitung 14 angeschlossen!, während eine Pluslfeitung 15 direkt mit dem Generator 10 verbunden ist«

Zum Regeln der zwischen den Leitungen 14 und 15 liegenden Ausgangs*» Spannung des Generators 10 dient ein p-n-p-LalstungatPaneifitof 16, der in Serie mit einer Nebeneohluö-Feldwicklung 17, deren einer An-· Schluß an der Minusleitung 14 liegt, und einem Serienwiderstand 18, der mit einem Anschluß an der Plusleitung 15 liegt, an der Ausgangsspannungdes Generators 10 lioist. Wie .dargestellt, ißt sein Kollektor mit der Feldwicklung 17 verbunden.« zn der eine* Löschdiode 19 parallel«

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geschaltet istj sein Emitter ist mit dem Widerstand 18 und Über einen ohmschen Widerstand 22 und einen Heißleiter 23, die einander parallel« geschaltet sind, sowie ein mit diesen Widerständen in Serie geschal« tetes Potentiometer 24 mit der Basis eines p-n^p.-Transistors 25 verbunden, -.dessen Emitter an der Plusleitung 15 liegt. Die Basis des Transistors 16 steht mit der Anode einer Schutzdiode 26 sowie über einen Kondensator 27 mit dem Kollektor" eines p-n^p-Transistors 28 in Verbindung, dessen Emitter an der Plusleitung 15 liegt. Die Kathode der Schutzdiode 26 liegt über einem-Widerstand. 29 am Kollektor des Transistors 2B₃ der seinerseits.über einen Kollektorwiderstand 32 mit der Minusleitung 14 verbunden ist. ...."'

Die Basis des Transistors 28 ist über einen Widerstand 33 mit der piusleitung 15 verbunden und liegt außerdem an der Kathode einer Zenerdiode 34* deren Anode mit dem Abgriff eines an den Leitungen 14 und 15 liegenden Potentiometers 35 liegt. Das Potentiometer 35 dient in üblicher Weise dazu, den Sollwert der Spannung zwischen den Leitungen 14 und 15 einzustellen.

Der Kollektor des Transistors 25 ist über zwei.in Serie geschaltete Widerstände j56, 37 mit der Minusleitung ,14 verbunden. An der Verbindung dieser Widerstünde liegt die Steuerelektrode eines steuerbaren Gleichrichters 38.* der eine thyratronartige Charakteristik hat, ÜU h. nurmehr durch Abschalten aslner Anodenspannung wieder in den sperrenden Zustand zurückgebracht werden kann. Seine "Kathode ist mit der Minusleitung 14 und seine Anode Über einen.Widerstand 41 mit der Plusleitung 15 und über einen Widerstand 39 mit der Basis des Transistors 28 verbunden. Die Basis des Transistors 25 liegt Über einen Widerstand an der Minusleitung l4.

Die beschriebene Anordnung nach pig. i arbeitet wie folgt: Der LeI-stungstranslstor 16 und-der Vorstufentranslstor 28 bilden ssusammen... einen üblichen Traiisi'storreglerj solange die Spannung am Abgriff* de»

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Potentiometers 35 unfcer einem bestimmten wert liegt, ist die - Zener* diode 34 gesperrt und es fließt kein Basisstrom im Vorstuf entrails!» stor 28, so daß dieser ebenfalls gesperrt ist und sein Kollektorpotentlal stark negativ ist« Dadurch Wird der Leistungstransistor 16 leitend gehalten und es fließt ein Erregerstrom in der Feldwicklung 17. ■·.·■-

Erreicht die spannung am Abgriff des Potentiometers 35 einen bestimmt ten Wert, so wird die" zenerdlotle 34 leitend, und-mit" ihr auch der Vorstufentransistor 28» wodurch sein ICollektorpotential positiv wird und ρ der Leistungstransistor 16 über üan Widerstand 29 und die Diode 26"gesperrt wirdο padureh wird der Erregörstrom. in der Feldwicklung 17 solange unterbrochen, Ms die Ausgangs spannung des Generators 3.0 wieder auf einen Wert gesunken .ist, bsi dem die Zenerdiode 34 sperrt.

Transistorregler dieser Bauweise sind bekannt und werden hauptsächlich bei Spannungsreglern für Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendete

Steigt infolge eines Schadens in dar Feldwicklung 17, z. B. eines Kurzschlusses .zwischen einigen wicklungen derselben, der Brregerstronr durch den Leistungstransistor 16 über einen bestimmten Wert, ao wird der Spannungsabfall am Serienwidex^ifcand 18 so groß, daß der Zwischentransistor 25, der bisher gesperrt war, leitend wird. Mit a&m Potentiometer 24 kann der Erregeratroiü eingestellt werden.« .bei dem dies eintritt, wenn der zwischöntranslübor 25 leitend geworden-ist,'wirdsein vorher negatives Kollektorpotential positiv, und damit auch die Verbindung der Widerstände % umi 37.« so daß die Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters 58 ein positives Potential erhält und dieser Gleichrichter leitend wird. Der· leitende Zustand des Gleichrichters 38 bleibt dabei so lange erhalten, wie zwischen den Leitungen 14 und eine Spannung liegt, auoh wenn die Spannung an der steuerelektrode des Gleichrichters wieder auf Null absinkt. .

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Der Strom im steuerbaren Gleichrichter 38 hat einen Spannungsabfall am Widerstand 41 zur Folge, so daß die Basis des Vorstufentransistors 28 über den Widerstand 39 ein negative» Potential erhebt und dieser Transistor leitend wird. Hierdurch wird* wie bereits oben beschrieben, der Transistor 16 gesperrt, so daß er infolge des Schadens in der Feldwicklung 17 nicht überlastet werden kann.

Wenn der Schaden an der Feldwicklung 17 behoben ist, ist der Transistorregler ohne weitere Maßnahmen sofort wieder verwendungsfähig; es ist also nicht notwendig, beispielsweise Sicherungen auszutauschen oder sonstige Bauteile auszuwechseln·

In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, die besonders für Generatoren geeignet ist, deren Ausgangsspannung eine große Welligkeit aufweist» Dies ist z. B. bei Drehstromgeneratoren, der Fall, deren Aus« gangsepannung über einen Drähstrom-Brüekengleiohrichter gleichgeriöhttt wird, wenn diese im Leerlauf laufen. Die Schaltung nach Fig. 2 stimmt weitgehend mit der nach Fig. 1 tibereinj deshalb wurden für gleiohe oder ähnliche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. verwendet} diese Teile werden nicht nochmals beschrieben.

Da die Ansprechgenauigkeit der Schutzvorrichtung für den Leistungstransistor 16 wesentlich von der Spannung am Zwisohentransistor 25 abhängt« ist diese Spannung. Über eine zenerdiode 44 stabilisiert, die in Serie mit einem Widerstand 45 zwischen den Leitungen 14 und 15 liegt. Die Zenerdiode hk liegt dabei parallel zur Etnitter-Kollektor-Strecke den Zwischentransistors 25 und parallel zum steuerbaren Gleichrichter 58. Dadurch wird sichergestellt, daQ die der Steuerelektrode des Gleichrichters 38 zugeführte Spannung gegenüber der Kathode dieses Gleichrichters das richtige Vorzeichen hat.

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Bei Spannungen mit nur geringer V/elligkeit kann anstelle der Zenerdiode 44 auch ein Kondensator tnit einem größeren Kapazitätswert vorgesehen " werden»

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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 entspricht dor bei Flg. 1 beschriebenen Wirkungsweise} durch die Zenerdiode 44 wird die Spannung am Zwischeritransistor 25 und dem -steuerbaren Gleichrichter 38 stab5.1i» sierfc* Der Erregerstrom » bei dem der Leistmigstransistor I6 gesperrt wird, kann deshalb noch genauer eingestellt werden.

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Claims

P 15 38 323.0 (B 85 806 VIIIb/21c) R.' 8577

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■» ■ ' " Ansprüche

■1. Regeleinrichtung für einen mit stark wechselnden Drehzahlen antreibbaren Generator, insbesondere für die Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Spannungsregler, der über einen Halbleiterschalter den Erregerstrom in der Feldwicklung des Generators steuert, wobei in Serie mit diesem Halbleiterschalter ein Serienwiderstand liegt und der Spannungs- Ί abfall an diesem Serienwiderstand über einen Zwischentransistor einen !Thyristor steuert, der im eingeschalteten Zustand eine Reduzierung des Erregerstroms bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Thyristor (38) an den Eingang eines dem Halbleiterschalter (16) vorgeschalteten Vorstufentransistors (28) angeschlossen ist und im eingeschalteten Zustand über diesen Vorstufentransistor den Halbleiterschalter sperrt und damit den Erregerstrom absehaltet.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall am Serienwiderstand (18) über eine Parallelschaltung eines ohmschen Widerstands (22) und eines Heißleiterwiderstands (23) der Eingangselektrode des Zwischentransistors (25) zugeführt wird.

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3. Regeleinrxchtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Spannung am Zwischentransistor (25) eine Zenerdiode (44·) vorgesehen ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thyristor (38) an die von der Zenerdiode (44) stabilisierte Spannung angeschlossen ist.

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