DE2331887A1

DE2331887A1 - Spannungsregler fuer einen wechselstromgenerator

Info

Publication number: DE2331887A1
Application number: DE2331887A
Authority: DE
Inventors: Takehiro Shimonaka; Yasuo Taguchi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-03
Also published as: FR2189906B1; ES416181A1; GB1424590A; FR2189906A1; JPS4921606A; IT986206B; JPS5537174B2

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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Tokyo Shibaura Electric Co. Ltd.

Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator

Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler zum Regeln der Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerators und insbesondere einen Spannungsregler, der einen Schutzkreis aufweist.

Ein Wechselstromgenerator wird beispielsweise zum Aufladen der Batterie eines Kraftfahrzeuges verwandt. Venn der Generator mit der Maschine des Kraftfahrzeuges gekoppelt und von ihr angetrieben wird, ändert sich seine Ausgangsspannung stark mit der Drehzahl der Maschine. Daher wird während des Ladens der Batterie vom Generatorausgang ein Spannungsregler verwandt, sodass die der Batterie gelieferte Generatorausgangsspannung immer nahezu konstant wird.

Herkömmliche Spannungsregler sind so aufgebaut, dass der der Batterie gelieferte Gleichstrom gemessen und dann, wenn seine Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, der durch die Generatorfeldwicklung fliessende elektrische Strom unterbrochen wird und dann, wenn die Spannung unter den bestimmten Wert sinkt, der elektrische Strom fließen gelassen wird.

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Wenn bei einem so aufgebauten Spannungsregler aus irgendeinem Grunde die Verbindung zwischen der Spannungsmeßklemnie des Reglers und der Batterie gelöst wird, oder wenn die Bleileitung zwischen der Ausgangsklemme des Gleichrichters und der Batterie gelöst oder durchtrennt wird,wird die gemessene Spannung äußerst gering und ergeben sich gleiche Verhältnisse wie in dem Fall in dem die Ladespannung für die Batterie unter den bestimmten Wert gesunken ist. Da in einem solchen Fall der Regler ein Fließen des Feldstromes durch den Generator bewirkt,wird die Ausgangs spannung des Generators weiter ansteigen und werden als Folge d von die batterie wegen Überladung, die elektrische Ausrüstung, die mit der Batterie verbunden XSt₁ und schließlich der Generator selbst zusammen brechen.

Eä'/daher das Ziel der Erfindung, einen Spannungsregler für einen Wechselstromgenerator zu liefern, der ein en Schutz-, kreis aufweist , und bei dem dann, wenn de *- Ladekreis der Batterie oder der Spannungstneßkreis des Regulators nicht normal arbeitetj die Ausgangsspannung des Generators nicht ansteigt .

Der erfindungsgeniäße Regler weist einen Hauptgleichrichterkreis, der die Ausgangsspannung des /-. chselstromgenerators gleichrichtet und zum Laden der Batterie einen Gleichstrom erzeugt , einen Hilfsgleichrichter Zum Liefern eines Erregerstromes der Feldwicklung des Generators, einen Schalttransistor, der in Serie zwischen die Feldwicklung und die Erde geschaltet ist , einen Meßkreis, der mit der Ladeklemme der Batterie verbunden ist und einen Steuerkreis auf, der die Leitfähigkeit des Schalttran^istors so steuert, daß er dann, wenn die gemessene Spannung im Meßkreis einen bestimmten Wert überschreitet,abgeschaltet und wenn diese Spannung den bestimmten Wert unterschreitet, eingeschaltet wird, und ist durch einen Schutzkreis gekennzeichnet,der einen ersten und einen zweiten w'i/fders tand, die in Reihe zwischen die Ausgangsklemme des Hilfsgleichrichters und

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die Erde geschaltet sind , und eine Diode aufweist, die zwischen den Verbindungspunkt des ersten und zweiten derstandes und die Eingangskiemine des Steuerkreises für die gemessene Spannung geschaltet ist , wobei dann , wenn die Ausgangsspannung des Hilfsgleichrichters einen bestimmten Vert übersteigt,ein Betätigungssignal durch die Diode zum Steuerkreis gesandt wird und der Schalttransistor abgeschaltet wird.

werden

Im folgenden beispielsweise bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert _a

Fig. 1 zeigt in einem Schaltbild den Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung . Fig.2 zeigt das Schaltbild einer Änderung der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform . Fig.3 zeigtdas

der '

Schaltbild einer weiteren Anderungvin Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Und Fig. k zeigt das Schaltbild einer anderen Ausführungsform. In Fig.1 weist ein Wechselstromgenerator beispielweise für ein Kraftfahrzeug eine Drehstromwicklung (2) und eine Feldwicklung (3) auf. Der von der Ausgangswicklung(2) erzeugte Drehstroin wird durch einen Hauptgleichrichter (5) mit 6 Dioden (k) in Brückenschaltung zu Gleichstrom gleichgerichtet Die negative Klemme des Hauptgleichrichters (5) ist geerdet und seine positive Klemme ist über eine Bleileitung(33) mit der Ladeklemme oder der positiven Klemme der Batterie (6) eines Kraftfahrzeuges verbunden. Die negative Klemme der Batterie (6) ist geerdet . Die Batterie (b) liefert einen Gleichstrom zur Zündanlage des Kraftfahrzeuges, zur Lichtanlage und ai der anderen cilktrischen Ausrüstung, die in der Figxir als Last (L) dargestellt ist. Der von der Ausgangswicklung (2) erzeugte Drehstrorn wird weiterhin durch einen Hilfsgleichrichter (7) zu Gleichstrom gleichgerichtet und der \usgangsgleichstrom vom Gleichrichter (7) wird einem Ende der Feldwicklung (3) geliefert . ^r)as andere Ende der Feldwicklung(3) ist über den Kollektor und denl-initer eines Schalttransistors (8) geerdet. Zwischen dein Kollektor und die Basis des Schalttransistors (8) sind den Kollektor und der Emitter eines Transistors (9) geschal te t .xund mit den Transistoren (8+9) ist eine Darlingtonschaltung gebildet. Bekanntlich -hat die

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Darlingtonschaltung den Zweck die Strombelastbarkeit des Transistor; (8) auszugleichen . Zwischen die Basis des Transistors (8) und die Erde ist ein Vorwiderstand (1O) geschaltet. Zum Schutz der Transistoren (8+9) ist eine Diode (11) in Sperrrichtung parallel zur Feldwicklung (3) geschaltet.

Die Basis des Transistors (9) ist mit dem Kollektor eines Transistors (12) verbunden, der einen Steuerkreis bildet. Der* Kollektor des Transistors (12) ist über einen Wiederstand (13) mit der Ausgangsklemme des Hilfsgleichrichters (7) verbunden und sein E mitter ist geerdet. Die Basiselektrode des Steuertransistors (12) ist nacheinander über eine Zehnerdiode 14 und Dioden (I5+16) mit dem Verbindungspunkt von Spannungsteilerwi^derständen (17+I8) des Meßkreises verbunden. Das andere Ende des Widderstandes (17) ist mit der Meßkienime (2()) verbunden, die mit der positiven Klemme der Batterie (6) über eine ßleileitung (19) in Verbindung steht und das andere Ende des Wiederstandes (18) ist geerdet . Mit beiden Enden des rfi^derstandes (18) ist ein Kondensator (21) parallel geschaltet und so ausgebildet, daß er plötzliche Änderungen der Spannung am Verbindungspunkt der Wiederstände (17+I8) aufnimmt.

Zwischen die positive \usgangsklemtne des Hilf sgleichrichters (7) und die Erde ist ein Schutzkreis geschaltet, der aus ständen (23/31) besteht, die eine Spannungsteilerschaltung bilden. Zwischen den V^rbindungspunkt der Wie-erstände (23/31) und den Verbindungspunkt de >~ Dioden (15/16) ist eine Diode (32) in Durchlaßrichtung geschaltet.

Wenn sich bei dem in Fig.1 dargestellten Aufbau der Meßkreis, die derstände ( 1 7 +1 8) , den Bleidraht (19) und die Meßklemi'ie (20) oder die Dlnildtung (33) vom Hauptgleich^richter (5) zur Batterie (6) umfaßtj im normalen Zustand befindet, wird zu dem Zeitpunkt, antiem die an der Meßklemme (20) festgestellte Spannung den bestimmten Spannungswert übersteigtjdieZehnerdiodc Diode (1^0 leitend und wird der Steuertransistor(12) einge-

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schaltet. Als Folge davon nimmt das elektrische Potential der Basis des Transistors (9) nahezu das Erdpotential an, und wird der Transistor (9) sowie der .Schalttransistor (8), da sein Basisstrom gleich null wird, abgeschaltet. Infolge dessen wird der Pluss des Erregerstrornes durch die Feldwicklung (3) beendet und wird die Ausgangsspannung des Generators (1) herabgesetzt. Wenn die an der Meßkleinrne (20) festgestellte Spannung unter den bestimmten Wert sinkt, werden die Transistoren (8+9) eingeschaltet, da der Transistor (t2) abgeschaltet wird und fließt der Erregerstrom wieder durch die Feldwicklung.

Wenn nun die Verbindung zwischen der Bleileiturig (19) und der Meßklemme (2()) unterbrochen wird oder die Bleileitung (19) gelost wird oder wenn die Bleileitung (33) durchtrennt wird, wird im ersten Fall das elektrische Potential des Verbindungspunktes der Widerstände (17+I8) augenblicklich gleich null werden, während im zweiten Fall die elektrische Leistung der Batterie (6) durch die Last (l) verbraucht wird und allmählich absinkt. Da in'beiden fällen die Zehnerdiode ( 1 ^ ) nichtleitend wird, wird der Transistor (12) abgeschaltet und die Transistoren 8,9 werden eingeschaltet. Als Folge davon fließt ein elektrischer Strom durch die Feldwicklung (3) und steigt die Vusgangsspannung des Generator (1) an. rfenn diese Ausgangsspannung einen bestimmten Wert übernchreitet,wird diese Spannung vom Hilfsgleichrichter (7) über den Widerstand (31)» die Diode (32) und die Diode (15) an die Zehnerdiode (1U) gelegt und macht die Zehnerdiode (14) leitend. Infolgedessen wird der Steuertransistor (12) eingeschaltet, werden die Transit» stören (8+9) abgeschaltet und wird ein weiterer Anstieg der Ausgangsspaunung des Generators (1) beendet.

Bei der Herstellung; der in Fig. 1 dargestellten \nordnung können beispielsweise der Transistor (12), die Dioden (14/15/I6+32) und die Widerstände (23/31 ) in ^oriu einer integrierten Schaltung ausgebildet werden, sodaß der Aufbau der gesamten Anordnung einfach und kompakt wird.

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Im folgenden werden anhand der Figuren 2-4 geänderte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Dabei sind mit der in Fig. 1 dargestellten \usf ührungsf orin identische Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und ist ihre Erläuterung im einzelnen fortgelassen worden.

In Fig.2 ist zwischen die Basis des Transistors (9) und die Erde ein !Transistor (22) geschaltet und mit der Basis des Transistors (22) ist die geerdete Klemme des Widerstandes (23) verbunden. Ein Transistor (Zk) ist zwischen die Basis des Transistors (22) und die Erde geschaltet, wobei die Basis des Transistors (2h) über einen Widerstand (25) mit dem Verbindungspunkt der Widerstände (17+18) in Verbindung steht. Diese Transistoren (22+24) bilden einen Hilfsschutzkreis. Wenn das elektrische Potential der Meßklemme (2o) abfällt, beispielsweise infolge einer Ablösung der Bleileitung (l9)> wird infolge dieser Änderung des elektrischen Potentials der Transistor (2^) abgeschaltet, der demzufolge eine Einschaltung des Transistors (22) und ein Abschalten der Transistoren (8+9) bewirkt.

Bei der geänderten Ausführungsform in Fig. 3 ist die positive Klemme des Widerstandes (23) nicht über den Widerstand (31) geschaltet, sondern direkt mit der Ausgangsklemme des Hilfsgleichrichters (7) verbunden und sind der Verbindungspunkt des Widerstandes (31) und der Diode (32) über den Widerstand (25) mit der Basis des Transistors (2k) verbunden. Diese geänderte AusfÜhrungsform unterscheidet sich von der in Fig, 2 dargestellten Vusführungsform nur durch den Vorspannungskreis und seine Arbeitsweise ist mit der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform identisch.

Bei der in Fig. h dargestellten geänderten Ausführungsform ist die positive Klemme des Widerstandes (23) in Fig. 3 mit dem Kollektor des Transistors (12) verbunden und zwischen diesen Kollektor und die Basis des Transistors (9) ist eine Diode (2o in Durchlaßrichtung geschaltet. In diesem Fall

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kann ein noch kleinerer Widerstandwerts des Widerstandes (23) gewählt werden und die Schaltung darüber hinaus leicht in Form einer integrierten Schaltung aufgebaut werden.

Dei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind der Transistor ($) und der Schalttransistor (8) so angeordnet, daß sie eine Darlingtonschaltung bilden, jedoch kann eine ähnliche Arbeitsweise unter Verwendung nur eines Schalttransistors (8) erreicht werden.

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Claims

Patentansprüche

Spannungsregler für einen tfechselstrom_wgenerator mit einem Hauptgleichrichterkreis zum Gleichrichten der Ausgangsspannung des Wechsels troingenerators und zum Erzeugen eines Gleichstromes zum Laden einer Batterie, mit einem Hilfsgleichrichter zum Liefern eines Erregerstromes zur Feldwicklung des Generators, mit einem Schalttransistor, der in Reihe zwischen die Feldwicklung und die Erde geschaltet ist, mit einem Meßkreis, der mit der Ladeklemme der Batterie verbunden ist, und mit einem Steuerkreis zum Steuern der Leitfähigkeit des Schalt_wtransistors, wobei dann, wenn die gemessene Spannung im Meßkreis einen bestimmten Wert übersteigtj der Schalttransistor abgeschaltet und dann, wenn die gemessene Spannung unter den bestimmten Wert sinkt^der Schalttransistor eingeschaltet wird, gekennzeichnet durch einen Schutzkreis, der einen ersten und einen zweiten Widerstand, die in Reihe zwischen die Ausgansklemme des Hilfsgleichrichtezrs und die Erde geschaltet sind, und eine Diode aufweist, die zwischen den Verbindungspunkt des ersten und zweiten Widerstandes und die Eingangskleinme des Steuerkreises für die gemessene Spannung geschaltet ist, wobei dann, wenn die Ausgangs— spannung des Hilfsgieichrichters die bestimmte Spannung übersteigt, ein Betätigungssignal durch die Diode dem Steuerkreis geliefert wird und ein Abschalten des Schalttransistors verursacht wird.
2. Spannungsregler nach Anspruch ^gekennzeichnet durch einen Hilfskreis, der einen ersten Transistor, dessen Kollektor und Emitter zwischen die Basis des Schalttransistors und die Erde geschaltet sind, einen ersten V/ieders tand , der zwischen die Basis des ersten Transistors

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und die Anode der Diode geschaltet ist, einen zweiten Transistor, dessen Kollektor und Emitter zwischen die Basis des ersten Timnsistors und die Erde geschaltet sind und einen zweiten Wie'derstand aufweist, der zwischen die Basis des ersten Transistors und die Eingangskleinme des Meßkreises geschaltet ist.
3. Spannungsregler nach Anspruch 2^dadurch gekennzeichnet j daß ein Ende des ersten Widderstandes direkt mit der Ausgangsklemme des Hilfsgleichrichters verbunden ist und die Anode der Diode direkt mit der Eingangsklemme des Meßkreises in Verbindung steht.
k. Spannungsregler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dritten Transistor, der in Darlingtonschaltung mit dem Schalttransistor verbunden ist,und durch einen Hilfsschutzkreis, der einen zweiten Transistor, dessen Kollektor und Emitter zwischen die Basis des dritten Transistors und die Erde geschaltet sind, eine zweite Diode, die zwischen die Basis des dritten Transistors und den Kollektor des Steuertransistors geschaltet ist, und einen ersten Widerstand und einen vierten Transistor aufweist, die in Reihe zwischen den Kollektor des Steuertransistors und die Erde geschaltet sind, wobei die Basis des vierten Transistors über/einen zweiten Widerstand mit der Eingan^sklemme des Meßkreises in Verbindung steht.
5. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalttransistor mit einem dritten Transistor in Darlingtonschaltung verbunden ist, daß im Steuerkreis die J3asis desjdritten Transistors mit dem Kollektor eines Steuertransistors verbunden ist, und die Basis des Steuertransistors über eine Zehnerdiode und eine zweite und eine dritte Diode mit der Ausgangsklemme des Meßkreises in Verbindung steht.

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