DE2558535A1

DE2558535A1 - Regler mit halbleitern, insbesondere fuer einen generator eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE2558535A1
Application number: DE19752558535
Authority: DE
Inventors: Michel Gruson
Original assignee: Ducellier et Cie
Current assignee: Ducellier et Cie
Priority date: 1974-12-27
Filing date: 1975-12-24
Publication date: 1976-07-08
Also published as: NL7515110A; GB1527756A; US4040115A; IT1054669B; FR2296296A1; ES442898A1; JPS5184013A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. W ι -ckhanm, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Inc;. F. A.Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XI

8 MONCHF-N 86. DKN

POSTFACH Kf.0 820

MÖHLSTRASSE 22, "RUFNUMMER 983921/22

DUCELLIER ET CIE

23, rue Alexandre Dumas

F-75 526 Paris Cedex 11

Regler mit Halbleitern, insbesondere für einen Generator eines Kraftfahrzeugs

Die vorliegende Erfindung bezieht sich aul Halbleiter verwendende Regler und insbesondere auf Regler, deren Ausgangsstufe durch eine Darlingstonschaltung gebildet ist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung derartiger Regler in elektrischen Anlagen von Kraftfahrzeugen, welche Anlagen insbesondere eine Akkumulf? torbattorie und einen die betreffende Batterie ladenden Wechselstromgenerator aufweisen,

Das Prinzip der Arbeitsweise derartiger Regler ist für sich bekannt und kann wie folgt zusammengefaßt v/erden: Der Regler ist an dem Induktor des Wechselstromgenerators angeschlossen und regelt die Spannung zwischen dem Pluspol und dem Minuspol der Anlage. Diese Spannung tritt im den Anschlüssen eines aus Widerständen bestehenden Spannungsteilers auf; eine ZENER-Diode ist dabei zwischen dem Mittelpunkt dieses Spannungsteilers und der Basis eines, die Darlingtonschaltung steuernden Transistors angeschlossen.

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Wenn die an den Batteriepolen mit Hilfe des Spannungsteilers festgestellte Spannung unterhalb des das Leitendsein der ZENER-Diode bestimmenden Wertes liegt, verbleibt der Steuertransistor im nichtleitenden Zustand. In diesem Fall wird mittels eines Widerstandes, der zwischen dem Pluspol und dem Eingang der Darlingtonschaltung liegt, diese Darlingtonschaltung leitend gemacht. Dadurch fließt ein Strom in dem Induktor des Wechselstroiiigenerators und ruft einen Spannungsanstieg hervor.

Sobald diese Spannungserhöhung aufgrund der zunehmenden Erregung des Wechselstromgenerators den für das Leitendsein der ZENER-Diode bestimmten Wert erreicht, v/ird diese ZENER-Diode leitend, und die Basis des Steuertransistors ist vorgespannt. Dieser Transistor wird damit leitend, und in der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors fließt ein Strom. Infolgedessen wird die Darlingtonschaltung nichtleitend gesteuert.

Der Induktor gibt dann nicht mehr die Spannung an die Anschlüsse des Wechselstromgenerator und demgemäß an die Batteriepole ab; die betreffende Spannung sinkt soweit ab, bis sie die Schwelle des Nichtleitendseins der ZENER-Diode erreicht hat. Dann beginnt der zuvor beschriebene Zyklus wieder von neuem. Der Steuertransistor und die Darlingtonschaltung arbeiten als Kippschaltung, und die Regelspannung wird durch Einstellung der Werte der Widerstände des Spannungsteilers erhalten.

Es ist bekannt, daß in der Mehrzahl der derzeitigen elektrischen Anlagen von Kraftfahrzeugen unter bestimmten Gebrauchsbzw. Betriebsbedingungen Übergangs-Hochspannungen mit erhöhten

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Werten auftreten. Die durch diese Übex-sj aui.ungen freigesetzte Energie ist bedeutend, und die in ^ er Speiseleitung untergebrachten bzw. liegenden Halb] eite-ratiordnungen können erheblich beschädigt werden. Es isL aus Lrlahrung bekannt, daß bei Spannungsspitzen bzw. Überspannungen über 100 Volt eine Gefahr für die Mehrzahl der Dariingtonschaltungen vorhanden ist, die als Ausgangsstufe in den bekannten, Halbleiter verwendenden Reglern verwendet sind.

Es sind bereits Regler des zuvor beschriebenen Typs bekannt, die einen Schutz durch eine ZENER-Diode p/--ren kurzzeitige Spannungsspitzen mit sich bringen. Gemäß den betreffenden Ausführungsformen ist diese ZENER-Diode am Ausgang des Reglers und direkt zwischen dem Pluspol und dein Minuspol der Anlage angeschlossen oder im Falle der Verwendung eines Widerstands zwischen dem Speiseanschluß des Reglers und der Basis der Eingangsstufe der Darlingtonschaltung bzw. des Darlingtontransistors.

In dem erstgenannten Fall ist die ZIiNER-Diode offensichtlich notwendigerweise eine Leistungsdiode, um ohne Zerstörungsgefahr ungefähr 100 V/att in einer Anlage mit einem Nennwert von 12 Volt ableiten zu können. Dies bringt, erhöhte Kosten mit sich sowie eine Anordnung auf eineI^-* Ableitfläche, was nicht immer verträglich ist mit der■Reglergröße. Dies führt daher zu einer äußeren Anbringung.

In dem zweiten Fall, bei dem der in Reihe zu der ZENER-Diode liegende Widerstand einen geringen V.'ert besitzt, wird die Leitschwelle der ZENER-Diode bei niedrigen Werten des Sperrstromes gewählt, d.h. bei etwa 15 bis 20 Volt. Aufgrund der Tatsache, daß die hohe Spannungsspitze bzw. Überspannung einen hohen Wert annimmt, ergibt sich eine Zerstörung der ZENER-Diode,

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wenn diese nicht eine Leistungsdiodo isI;.

Im Unterschied dazu wird in dem Fi¹Ii, daß der Widerstand einen hohen Wert■ besitzt und daf3 die Verwendung einer kostspieligen Leistungs-ZENER-Diode zu vermeiden ist, die Summe der Spannungen Uz-t-UR übermäßig hoch, wodurch die Darlingtonschaltung beschädigt wird.

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie ein die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten vermeidender Regler in besonders einfacher und wirksamer Weise zu realisieren ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Halbleiter-Regler mit einer Darlington-AusKangsstufe und einer durch eine ZEiMER-Diode gebildeten Schutzeinrichtung für die Darlington-Ausgangsstufe ei-findungsgemäß dadurch, daß die ZENER-Diode direkt zwischen der Basis des Eingangstransistors der Darlington-Ausgangsstufe und dem Regler-Speiseanschluß angeschlossen ist und daß die ZENER-Diode eine Leitschwelle besitzt, deren Wert zumindest gleich dem Fünffachen des Netzspannungswertes der Anlage von 12 Volt ist, derart, daß der dynamische Sperrwiderstnivl der betreffenden Z*ENER-Diode einen derart hinreichend hohen Wert besitzt, daß der Schutz der Darlington-Ausgangsstufe vor Übergangsspannungsspitzen gewährleistet ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen Schaltpläne zweier verschiedener bevorzugter Ausführungsformen einer Anordnung gemäß der Erfindung zur Regelung der Aufladung einer Batterie von einem Wechselspannungsgenerator her.

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Die Zeichnungen zeigen einen Wechselspannungsgenerator 1, der durch eine Induktorwicklung 2 erregt v/ird. Die Ankerbzw. Rotorwicklung und die Gleichrichteranordnung (in den Zeichnungen nicht dargestellt) der, .Vechoei Spannungsgenera tors sind an einer Akkumulatorbatterie 3 angeschlossen, durch welche eine Gruppe von induktiven Elementen od^r reinen Widerständen gespeist wird, die durch den Widerstand 4 dargestellt sind.

Ein Halbleiter enthaltender, auch als Ii'¹) bJLeiter-Regler zu bezeichnender Regier 5 steuert bz^T.·.·. revolt die Erregung des V/echselspannungsgenorators 1.

In bekannter Weise enthält der Regler ^Lj einen Spannungsteiler, bestehend aus Widerständen 6 und 7, die zwischen dem Speiseanschluß 8 des Reglers und dem Masseanschluß 9 des Reglers angeschlossen sind.

Ein Unterbrecher Iu, der in vorteilhafter V.-oise der Zündunterbrecher sein kann, ist zwischen dem Anschluß 8 und der Batterie 3 angeordnet.

Eine ZENER-Diode 11 liegt zwischen dem Mittelpunkt des Spannungsteilers und der Basis eines Steuertransistors 12, dessen Kollektor über einen Begrenzungswiderstand 13 an dem Anschluß 8 liegt und dasten Emitter an dem Anschluß 9 liegt.

Der Kollektor des Transistors 12, nur vom npn-Leitfähigkeitstyp ist, ist in gleicher Weise an der¹ B^rr'is eines Transistors 14 vom npn-Leitfähigkeitstyp anger.; oh lossen. Dieser Transistor 14 ist seinerseits mit einem Transistor 1^l3 vom npn-Leitfähigkeitstyp entsprechend einer bii rung ton ,schaltung verbunden .

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Eine Diode 16, die dem Induktor 2 paral'lelgeschaltet ist, absorbiert gewissermaßen während des Abschalten^ des Erregerstroms den Entladestrom der S^Ibst.i.induktivität.

Eine erste Rückkopplungsschaltung, bestehend aus dem Widerstand 17 und dem Kondensator 18, und eine zweite Rückkopplungsschaltung, bestehend aus dem Kondensator 19 verbessern das Umschalten der Transistoren und vermindern damit die Erwärmungen.

Eine Diode 20 schützt den Transistor 12 vor· den Überspannungen bzw. Spannungsspitzen. Ein Widerstand 21 gewährleistet die thermische Stabilisierung des Transistors 12.

Gemäß der Erfindung ist eine ΖΕΝΕκ-Diode 22 zwischen der Basis des Transistors 14 und dem Gneisenm-ohluß des Reglers (siehe Fig. 1) oder zwischen der Bnsis des Transistors 14 und dem Masseanschluß des Reglers (siehe Fig. 2) angeschlossen, und zwar je nachdem, ob der Induktor 2 an seinen beiden isolierten Enden (.siehe Fig. 1) angeschlossen ist oder ob der eine Anschluß über den Wechselspannungsgenerator direkt an Masse liegt (siehe Fig. 2).

Die ZENER-Diode 22 besitzt eine Leitschwölle, deren Wert zumindest gleich dem Fünffachen des Nenngleichspannungswertes der Anlage ist. Dior; bedeutet, daß für eine Anlage mit einem Nennspannungswert von 12 Volt die Loitschwelle nicht über 60 Volt liegen soll. Die Wahl eines derartigen V/er te s ist durch die Tatsache bedingt, daß es erforderlich ist, daß der dynamische Sperrwiderstand der ZEIJ ο ι {-Diode einen solchen hinreichend hohen Wert besitzt, dai3 zum einen die Zerstörung der betreffenden Diode durch einen zu bedeutenden Sperrstrorn vermieden ist und daß zum anderen der Basicstrom des Darlington-Transistors wähl "end des Leitendseins unter der Wirkung

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ZENER-Diode 22 begi'enzt ist, damit, dessen/deren Zerstörung vermieden ist.

Wenn die Übergangs-Spannungsspitzm aufgrund des Vorhandenseins von induktiven Verbrauchern f-inen .."yrt besitzen, der unterhalb der Leitschv/elle der ZEuK-R-Di od ο ZZ liegt, so verbleibt diese ZENICK-Diode im nichtleitendem Zustand, und der Regler arbeitet normal. Wenn im Unterschied dazu diese Übergangs-Spannungsspitzen bzw. -Überspnnnum~en höher sind, wird die ZENER-Diode 22 leitend, und demgemäß wird die Darlington-Schaltung leitend. Dadurch wird d.ie Über.spannung bzw. Spannungsspitze über den Induktor ,' nach Jinr.se abgeleitet.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsforin unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten AusJ Uhrungsform im wesentlichen dadurch, daß der Pluspol den- Akkumulatorbatterie 3 an Masse der Anlage liegt und daß der Induktor 2 mit einem seiner Enden über den Wechselr.pannungsgenerator 1 an Masse liegt.

Es dürfte einzusehen sein, daß ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken Modifikationen bei den oben beschriebenen Ausführungsformeη vorgenommen werden können. Diese-Modifikationen können z.B. den Ersatz der npn-Transistören durch pnp-Transistören in dem Fall umfassen, daß eine Anlage vorliegt, deren Batterie mit dem Iiiuuspol -m Masse liegt und bei der eines der Enden des Induktors über den Wechselspannungsgenerator an Masse liegt, oder in dem FiQX,daß eine Anlage vorliegt, bei der die Batterie mit dem Pluspol an Masse liegt und bei der ein Induktor vorgesehen ist, dessen beide Enden isoliert sind.

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Durch die Erfindung ist also eine Verbesserung bei Halbleiter verwendenden Reglern für Generatoren bzw. Lichtmaschinen von Kraftfahrzeugen geschaffen v.'oi'den. Die Regler 5 umfassen ,jeweils eine Au .<; ^u ng sr- huf e , bestehend aus Transistoren. Wi und 15, die in. einer· Darlingtonschaltung angeordnet sind, ferner ist eine ZI¹UjER-Diode 22 zum Schutz der Darlingtonschaltung vorgesehen. Die Besonderheit dieses Reglers liegt darin, daß die ZENEi'-Diode ?2 direkt zwischen der Basis des iiiin;'/ingutransistors 1'i der Darlingtonschaltung und dem Speisearu-.chJ uß 8 des Reg]'.· fr. Ii:-/', L.

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Claims

Patentansprüche

Regler mit Halbleitern, insbesondei-e für Generatoren von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung einer durch eine Darlingtonschaltung gebildeten Ausg^mci-^tufe und unter Verwendung einer Schutzschaltung mit ; in-³r ZENER-Diοde, dadurch gekennzeichnet, daß die ZJ¹JiJER-Di ode (22) direkt zwischen der Basis des Eingangstronsir.tor;j (14) der Darlingtonschaltung (1Λ, 15) und dem Porcler-Spo i seanschluß (8)

angeschlossen ist und daß die ZiiKJ:ii-L'.i.ode (22) eine Leitschv/elle besitzt, deren Wert ziuiuiiuerit gleich dem Fünffachen des liunnspannungswerher; der Anlage ist, derart, daß der dynamische Sperrwiderstand der ZENER-Diode (22) einen solchen aiii-reichend hohen V/ert besitzt, daß der Schutz der Darlingtonschaltung (14, 13) vor Übergangsspannungsspitzen gewährleistet ist.
2. Regler mit Halbleitern, insbesondere für Generatoren von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung einer durch eine DarlingiLjDnschal tung gebildeten Λ us g-i 115.^r- bufe und unter Verwendung einer Schutzschaltung mit einer ZENER-Diode, dadurch gekennzeichnet, daß die ZJSNER-Diode (22) direkt zwischen der Basis des Eingangstransistors (14) der Darlingtonschaltung (14, 15) und dem Regler-Masseanschluß (9) liegt und daß die ZJ-.'I-iüIl-Diode (22) eine Leitschwelle besitzt, deren Wert zumindest, gj eich dem Fünfachen des Nennspannungsv/ertes der· Anlage ist, derart, daß der dynamische SperrwidersUmd der Zl-JiIER-Diode (22) einen solchen hinreichend hohen V'ert besitzt, daß der Schutz der Darlingt_onschaltung (14, !'i) vor Übergangsspannungsspitzen gewährleistet ist.

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