DE2009880A1 - Overvoltage protection - Google Patents

Description

Überspannungsschutz Die Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungsschutz für Fahrzeug-Bordnetzenlagen, die von selbsterragten Klauenpol-Drehstromgeneratoren mit Transist@rspannungsregler und nachgeschalteten Gleichrichtern versorgt werden, wobei ab definierter Generatorüberspannung ein Steuerkreis anspricht und mittels eines den Ausgangsklemmen des Generators quergeschalteten Thyristors ein künstlicher Kurzschluß zwischen diesen bei gleichzeitiger Sperrung des Errsgerstrom@ erfolgt, nach Patent ....... Overvoltage Protection The invention relates to overvoltage protection for vehicle electrical systems from self-raised claw-pole three-phase generators are supplied with transistor voltage regulators and downstream rectifiers, where from a defined generator overvoltage a control circuit responds and by means of an artificial thyristor connected across the output terminals of the generator Short-circuit between these occurs with simultaneous blocking of the exciter current @, according to patent .......

(Patentanmeldung P 18 17 669.7).(Patent application P 18 17 669.7).

Durch den vorgenannten Überspannungsschutz wind verhindert, daß bei sinem äußeren Lastabwurf, durch den der Generatoratrom ganz unterbrochen oder wesentlich verändert wird, die daraus resultierenden Überspannungen an der Maschine nachgeschaltete Verbraucher, insbesondere rechnet hierzu auch der Transistorregler selbst, gefährden. Der Regler wird alsoo geschützt.The above-mentioned overvoltage protection prevents wind at sinem external load shedding, by which the generator power is completely or substantially interrupted is changed, the resulting overvoltages on the machine downstream Consumers, especially the transistor controller itself, are at risk. The controller is also protected.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, noch einen Schritt weiterzugehen und auch die Batterie in den Schutz miteinzubeziehen. Es ist bei enpfindlichen Haibleitern durchaus möglich, daß trotz aller Sorgfalt bei der Typenauswahl und Schutzmaßnahmen gegen Überspannungen diese im Betrieb aus anderen Gründen, s.B- durch hohe Temperatureinflüsse, plötzlich versagen bzw.The invention has set itself the task of going one step further and also to include the battery in the protection. It is with sensitive semiconductors It is quite possible that despite all the care taken with the type selection and protective measures against overvoltages these during operation for other reasons, see B- due to high temperature influences, suddenly fail or

durchschlagen, Bei Transistor-Spannungereglern bedeutet dies im allgemeinen, daß der oder die Leistungstransistoren nicht mehr sperren, also durchgsschaltet wird, und daß, auf den vorliegenden Fall bezogen, der Generator ständig volle Erregung erhält, Dabei würde bei hohem Strom, bei dem die Spannung noch unter der Nennspannung liegt, die Batterie ausreichen ohne daß es der normale Überspannungsschutz feststellen könnte.breakdown, with transistor voltage regulators this generally means that the power transistor or transistors are no longer lock, so is switched through, and that, based on the present case, the generator constantly receives full excitation, where there would be a high current at which the voltage is still below the nominal voltage, the battery is sufficient without it being the normal Overvoltage protection could determine.

Die Aufgabe, hier Abhilfe zu schaffen wird für einen Überapannungsschutz der eingangs genannten Art dadurch gelöst; daß dem kurzschließendenThyristor ein weiterer, jedoch auf die Generatorspannung träger reagierender Steuerkrein mit herabgesetztem Ansprechwert zugeordnet ist.The task of remedying this is for overvoltage protection of the type mentioned at the outset thereby solved; that the short-circuiting thyristor further control circuit with a reduced rate, however, which reacts more slowly to the generator voltage Response value is assigned.

Beide Steuerkreise sind dabei voneinander entkoppelt an die Zündelektrode des Thyristors geschaltet.Both control circuits are decoupled from one another at the ignition electrode of the thyristor switched.

In weiterer Ausgestaltung der Erflndung sind die Steuerkreise jeweils aus einer an der Generatorspannung liegenden RC-Kombination mit einem zwischen deren Elementen angeschalteten Referenzspannungsglied unterschiedlichen Durchbruchswertes aufgebaut.In a further embodiment of the invention, the control circuits are each from an RC combination connected to the generator voltage with one between them Elements connected reference voltage member with different breakdown values built up.

Neben der Anwendung von Zenerdioden itt nachgeschalteten Entkopplungsdioden ist insbesondere die Verwendung von Triggerdioden, sogenannten Diacs, die gleich die Kreise selbst entkoppeln, besonders vorteilhaft.In addition to the use of Zener diodes, itt decoupling diodes connected downstream in particular, the use of trigger diodes, so-called diacs, is the same decouple the circles themselves, particularly advantageous.

Anhand einiger schematischer Schaitheispiele wire die Erfindung näher erläutert.The invention is described in greater detail on the basis of a few schematic examples explained.

Pig. 1 zeigt den Anschlußplan für einen Überspannungsschutz ; Pig. 2 die Schaltung eines m Zenerdicden Aufgubauten Überspannungsschutzes ; Fig. 3 die Schaltung eines mit Triggerdioden aufgebauten Überspannungsschutzes, der einem Regler direkt intergriert ist. Pig. 1 shows the connection diagram for a surge protector; Pig. 2 the circuit of a m Zenerdicden superstructure overvoltage protection; Fig. 3 the Circuit of an overvoltage protection built up with trigger diodes, which a regulator is directly integrated.

In Figur 1 ist mit 1 eine bekannte Drehstrom-Klauenpollichtmaschine nit feststehender Drehstromwicklung 2, nachgeschaltetem L@stgleichrichter 3 und separatem Erregergleichrichter 4 beseichnet. 5 deutet die Erregerwicklung an. Die Fahrzeugbatterie 6 ist an die Ausgangsklemmen 7 und 8 des Generators angeschlossen. Die "Plus"-Ausgangsklemme 8 ist dabei über eine Ladeanzeigeleuchte 9 mit einer auch vom Erregergleichrichter 4 gespeisten "Plus"-Anschlußklemme 10 für den Anschluß eines synboolisierten Transistorreglers 11 verbunden. Mit 12 ist eine weitere Anschlußkkemme für den Regler bezeichnet, Itetztere führt Minuspotential und ist mit der Ausgangsklemme 7 verbunden. Zwischen Anschlußklemme 12 und einer weiteren Anschlußklemme 13, die vom Regler 11 an das positive Potential von Klemme 10 gelegt; werden kann, ist die Erregerwicklung 5 des Generators gelegt. In Figure 1, 1 is a known three-phase claw pole light machine with fixed three-phase winding 2, downstream rectifier 3 and separate exciter rectifier 4 designated. 5 indicates the excitation winding. the Vehicle battery 6 is connected to output terminals 7 and 8 of the generator. The "plus" output terminal 8 is via a charge indicator light 9 with a too "Plus" terminal 10 fed by the exciter rectifier 4 for the connection a synboolized transistor regulator 11 connected. At 12 there is another connection terminal Designated for the controller, Itetztere carries negative potential and is connected to the output terminal 7 connected. Between terminal 12 and another terminal 13, the applied by controller 11 to the positive potential of terminal 10; can be is that The field winding 5 of the generator is placed.

Der Regler 11 weist drei Eingänge A,B,C auf, die mit den Ele@@en 10,12,13 verbunden sind. Zwischen den Kle@@en 10 und 12 liegt der symbolisierte Überspannungaschutz mit einem auf Kursschluß steuerbaren Thyristor 14. The controller 11 has three inputs A, B, C, which start with the Ele @@ en 10,12,13 are connected. Between the Kle @@ en 10 and 12 is the symbolized one Overvoltage protection with a thyristor 14 that can be controlled to close the course.

Die Einzelheiten des neuen Überspannungsschutzes sind der Fig. 2 entnehmbar. Danach weist der neue Überspannungsschutz wie bisA her zwei Eingänge auf, hier mit A' und Bt bezeichnet, die auf des gleichen Potential liegen wie die Reglereingänge A und B. Die Eingänge A' und B' sind verbunden mit einer ersten RC-Kombination, bestehend aus dem Widerstand 30 und dem Kondensator 31, einer zweiten RC-Kombination, bestehend aus dem Widerstand 32 und acs Kondensator 33 und dem die Klemmen A' , B' bzw. A,B kurzschlicßenden Thyristor 14. Der erste Steuerkreis mit der RC-Kombination 30,31 weist ferner eine Zenerdiode 34 und eine Entkopplungsdiode 35 auf. Dem zweiten Steuerkreis mit der RC-Kombination 32,33 ist in gleicher Weise eine in mittlerer Ansapfung der Widerstandskondensatorkette liegende Zenerdiode 36 und eine Entkopplungsdiode 37 zugehörig. Über die Entkopplungsdicden 35,37 wird di. Zündelektrode 19 des Thyristors 14 beaufschlagt. Mit 40 und 41 sind noch Anpassungswiderstände strichpunktiert angedeutet. Mit diesen Widerständen kann der Ansprechwert der Zenerdioden eingestellt werden. The details of the new overvoltage protection are shown in FIG. 2 removable. After that, the new overvoltage protection has two inputs as before on, here denoted by A 'and Bt, which are at the same potential as the Controller inputs A and B. The inputs A 'and B' are connected to a first RC combination, consisting of resistor 30 and capacitor 31, a second RC combination, consisting of the resistor 32 and acs capacitor 33 and the terminals A ', B 'or A, B short-circuiting thyristor 14. The first control circuit with the RC combination 30, 31 also has a Zener diode 34 and a decoupling diode 35. The second Control circuit with the RC combination 32,33 is in the same way one in the middle Zener diode 36 and a decoupling diode lying on top of the resistor capacitor chain 37 associated. About the decoupling dicden 35,37 di. Ignition electrode 19 of the thyristor 14 applied. With 40 and 41 are matching resistors with dash-dotted lines indicated. The response value of the Zener diodes can be set with these resistors will.

Zur Funktion ist folgendes zu sagen: Liegt eine gefährdende Generator-Überspannung vcr, dann wird bei einem Ansprechen eines der Steuerkreise wie bisher der Thyristor 14 die Klemmen A,B bzw. A', B' und damit die Ausgangsspannung des Generators, kurzschließen. Die Erregung des Generators wird durch Überbrücken des Reglereinganges ebenfalls gesperrt.The following can be said about the function: If there is a dangerous generator overvoltage vcr, when one of the control circuits responds, the thyristor is activated as before 14 short-circuit terminals A, B or A ', B' and thus the output voltage of the generator. The excitation of the generator is also achieved by bridging the controller input locked.

Die RC-Kombinationen der einzelnen Steuerkreise weisen bun erheblich unterschiedliche Werte und damit Zeitkonstanten auf, so daß die Ansprechzeiten sehr verschieden sind. Im Beispiel ist für die RC-Kombination 30,31 eine kleine Zeitkonstante gewählt. Der Steu erkreis ist also flinker und arbeitet mit der.,' Zenerdiode 34 zusammen, die hier für eine höhere Durchbruchsspannung vorgesehen ist. Nimmt man eine Generatornenn- und Ladespannung von 28 V an, so kann diese Durchbruchsspannung etwa zwischen 38 und 42 V liegen. Die Zeitverzögerung des Steuerkreisen soll dabei etwa 0,3 ms betragen. Die trägere RC-Kombination 32,33 ist dagegen an die Zenerdiode 36 mit gegenüber der Zenerdiode 34 niedrigerer Durchbruchsspannung, z.B. zwischen 31 und 32 V geschaltet. Die Zeitverzögerung beträgt hier jedoc@ @@@@ das Zweihundertfache, ca. 60 ms. Treten im Betrieb aus irgendwelchen Gründen Spannungsspitzen über 38 V ad (z.B durch Schalth@ndlungen bedingte Überspannungen), dann spricht der erste Steuerkreis praktisch sofort, d.h. innerhalb weniger in an, wis bereits im Hauptpatent beschrieben.The RC combinations of the individual control circuits show considerable bun different values and thus time constants, so that the response times are very are different. In the example there is a small time constant for the RC combination 30,31 chosen. The control circuit is therefore more nimble and works with the., 'Zener diode 34 together, which is provided here for a higher breakdown voltage. Taking a generator nominal and charging voltage of 28 V, then this breakdown voltage between 38 and 42 volts. The time delay of the control circuit should be be about 0.3 ms. The slower RC combination 32, 33, on the other hand, is connected to the Zener diode 36 with a lower breakdown voltage than the Zener diode 34, e.g. between 31 and 32 V switched. The time delay is here jedoc @ @@@@ the two hundredfold, approx. 60 ms. If, for any reason, voltage peaks over 38 occur during operation V ad (e.g. overvoltages caused by switching operations), then the first speaks Control circuit practically immediately, i.e. within a few in an, wis already in the main patent described.

Der andere Steuerkreis (Elemente 32,33,36,37) spricht dagegen nicht an, wenn die Zeitdauer des Impulses zu gering, d.h. hier unter 60 ms liegt. Bei 60 me überschreitender Impulsdauer würde auch dieser Steuerkreis ansprechen, doch hätte des auf die Funktion des Überspannungsschutzes selbst,keinen besonderen Einfluß; wichtig ist nur, daß wenigstens einer der beiden Steuerkreise auf Grund der unterschiedlichen Bedingungen ausgelöst wird.The other control circuit (elements 32,33,36,37) does not speak against it on if the duration of the pulse is too short, i.e. below 60 ms here. at This control circuit would also respond if the pulse duration exceeded 60 me, but this would not have any particular influence on the function of the overvoltage protection itself; important is just that at least one of the two control circuits due to the different Conditions is triggered.

Im allgemeinen treten Impulse höherer Spannungsspitze (> @ V) nur sehr kurz auf, so daß hierfür allein der Steuerkreis 1 in Funktion treton wird. Weniger hohe Überspannungen längerer Dauer sind dann zu verzeichnen, wenn der Regler, wie bereits eingangs erwähnt, durchgeschlagen ist, was, wie geschildert, für die Batterie schädlich ist. Stehen in einem solchen Fall, zwischen und 32 V, länger als die hier gewählten 60 ms ap so wird der Steuerkreis 2 ausgelöst und bewirkt den erläuterten Kurzschluß.In general, pulses of higher voltage spikes (> @ V) only occur very briefly, so that only the control circuit 1 is in function for this purpose. Less high overvoltages of longer duration are recorded when the controller, As already mentioned at the beginning, what, as described, for the Battery is harmful. In such a case, between and 32 V are longer than the 60 ms ap selected here, control circuit 2 is triggered and effected the explained short circuit.

Normale Spannungsschwankungen lassen weder den ersten noch den zweiten Steuerkreis ansprechen. Es hat sich gezeigt, daß mit Werten Um 0,3 ms Ansprechverzögerung und einer Ansprechspannung zwischen 38 bis 42 V für den ersten Steuerkreis ein genügender Schutz für den Regler auch bei, extrem steilen Spannungsspitzen erreicht wird. Normal voltage fluctuations leave neither the first nor the second Address the control circuit. It has been shown that with values around 0.3 ms response delay and a response voltage between 38 to 42 V for the first control circuit is sufficient Protection for the controller even with extremely steep voltage peaks is achieved.

In Fig. 3 ist die Schaltung eines mit Triggerdioden 38 und 39 ausgestatteten Überspannungsschutzes dargestellt, wobei dieser Überspannungsschutz zu gleich dem Regler integriert ist. Dadurch er-.In Fig. 3 the circuit of one equipped with trigger diodes 38 and 39 is Overvoltage protection shown, this overvoltage protection being equal to the Controller is integrated. Thereby he.

gibt sich eine Verringerung der Bauelemente, was für den Kundendienst, der statt zweier Teile nur nuch eins zu montieren hat, eine Vereinfachung bedeutet. Die Schaltung des in Fig. 3 dargestellten Überspannungsschutzes entspricht der der Fig. 2 bis auf die Jetzt fehlenden Teile 34,35,36 und 37, die durch nur zwei Triggerdicden 38 und 39 ersetzt wurden. Die Verwendung von riggerdioden bringt wegen der Vereinfachung der Entkupplung bei verringerter Bauelementenanzahl weiteren Vorteil. Die Triggerdioden sind entsprechen@ den Zenerdioden für verschiedene Ansprechspannungen ausgewählt, Die Wirkungsweise des Überspannungsschutzes ist bei vereinfachter Schaltung die gleiche wie bereits beschrieben.there is a reduction in the number of components, which is important for customer service, which only has to assemble one part instead of two, which means a simplification. The circuit of the overvoltage protection shown in FIG. 3 corresponds to that of Fig. 2 except for the missing parts 34,35,36 and 37, which by only two Triggerdicden 38 and 39 were replaced. The use of rigger diodes brings simplification the decoupling with a reduced number of components. The trigger diodes are selected according to the Zener diodes for different response voltages, The mode of operation of the overvoltage protection with a simplified circuit is as follows same as already described.

Claims (8)

P a t e n t a n s p r ü c h e :P a t e n t a n s p r ü c h e: 1.) Überspannungsschutz für Fahrzeug-Bordnetzanlagen, die von selbsterregten Klauenpol-Drehstromgenerstoren mit Transistorspannungsregler und nachgeschalteten Gleichrichtern versorgt werden, wobei ab definierter Generatorüberspannung ein Steuerkreis anspricht und mittels eines den Ausgangs klemmen des Generators quergeschalteten Thyristors ein künstlicher Kurzschluß zwischen diesen bei gleichzeitiger Sperrung des Erregerstroms erfolgt, nach Patent t ...1.) Surge protection for vehicle electrical systems that are self-excited Claw-pole three-phase generators with transistor voltage regulator and downstream Rectifiers are supplied, with a control circuit from a defined generator overvoltage responds and by means of one of the output terminals of the generator cross-connected Thyristor creates an artificial short circuit between them with simultaneous blocking of the excitation current takes place, according to patent t ... (Patentanmeldung P 1 17 669.?), dadurch gekennzeichnet, daß dem kurzschließenden Thyristor (14) neben dem einen Steuerkreis ein weiterer, jedoch auf die Generatorspannung träger reagierender Steuerkreis (Elemente 32,33,36,37) mit herabgesetztem Ansprechwert zugeordnet ist. (Patent application P 1 17 669.?), Characterized in that the short-circuiting Thyristor (14) in addition to one control circuit another, but on the generator voltage Slowly reacting control circuit (elements 32,33,36,37) with reduced response value assigned. 2.) Überspannungsschuts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet.2.) surge protection according to claim 1, characterized. daß beide Steuerkreise voneinander entkoppelt an die Zündelektrode (19) des Thyristors ( geschaltet sind. that both control circuits are decoupled from each other to the ignition electrode (19) of the thyristor (are connected. 3.) Überspannungsschutz nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise Jeweils jus einer an der Generatorspannung liegenden RC-Kombination (30,31 bzw.3.) Surge protection according to claims 1 and 2, characterized in that that the control circuits each jus an RC combination connected to the generator voltage (30.31 resp. 32,33) mit einem zwischen deren Elementen angeschalteten Referenzspannungsglied unterschiedlichen Durchbruchswertes aufgebaut sind. 32,33) with a reference voltage element connected between their elements different breakthrough value are constructed. 4.) Überspannungsschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten der RC-Kombinationen unterschiedlich sind.4.) Surge protection according to claim 3, characterized in that the time constants of the RC combinations are different. 5.) Überspannungsschutz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzspannungsglieder Zenerdioden (34, 36) Verwendung finden, die über nachgeschaltete Entkoppelungsdioden (35 bzw. 37), deren Durchlaßrichtung der durchbruchsrichtung entspricht, an die Zündelektrode (19) des Thyristors (14) geschaltet sind.5.) Overvoltage protection according to claims 1 to 3, characterized in that that Zener diodes (34, 36) are used as reference voltage elements, which over downstream decoupling diodes (35 or 37), the direction of which is the direction of the breakdown corresponds to the ignition electrode (19) of the thyristor (14) are connected. 6.) Überspannungsschutz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Triggerdioden (Diacs 38,39) Verwendung finden, die anstelle von Zenerdioden mit nachgeschalteten Dioden direkt an die Zündelektrode (19) des Thyristors (14) geschaltet sind.6.) Overvoltage protection according to claims 1 to 3, characterized in that that trigger diodes (Diacs 38,39) are used instead of Zener diodes with downstream diodes directly to the ignition electrode (19) of the thyristor (14) are switched. 7.) Überspannungsschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Generatornennspannung von 28 V für den flinken Steuerkreis (Elemente 30,31,34,35) ein Ansprechen zwischen 38 bis 42 V bei einer Zeitverzödgerung von ca. 0,3 ms und für den trägen Steuerkreis (Elemente 32,33,36,37) ein Ansprechen zwischen 31 und 32 V bei einer Ansprechzeit von ca. 60 ms vorgesehen ist.7.) Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at a nominal generator voltage of 28 V for the fast control circuit (Elements 30,31,34,35) a response between 38 to 42 V with a time delay of approx. 0.3 ms and a response for the slow control circuit (elements 32,33,36,37) between 31 and 32 V with a response time of approx. 60 ms. 8.) Uberspannungsschutz nach einet der verhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsschutz dem zu schützenden Transistorregler (11) integriert ist.8.) Overvoltage protection according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the overvoltage protection corresponds to the transistor regulator to be protected (11) is integrated. L e e r s e i t eL e r s e i t e