DE3040459C2 - Spannungsregler für Wechselstrom-, insbesondere Drehstromgeneratoren zum Aufladen einer Batterie - Google Patents
Spannungsregler für Wechselstrom-, insbesondere Drehstromgeneratoren zum Aufladen einer BatterieInfo
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Description
65
Die Erfindung betrifft einen Spannungsregler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Spannungsregler
ist aus der US-PS 36 24 482 bekannt Mit der Erfindung ist beabsichtigt, hauptsächlich die
Spannungsregler der Lichtmaschine, insbesondere Drehstromlichtmaschinen von Kraftfahrzeugen zu
verbessern, wobei bei dem bekannten Regler vorgesehen ist:
1. Eine Spannung zwischen Phasen aufzuspüren, sei es
mit Hilfe einer dreiphasigen Brücke mit Dioden und/oder mittels auf die Phasen geschalteten
Widerständen, um durch das Aufleuchten einer Signallampe Störungen anzuzeigen, wie z. B.
Reißen des Antriebsriemens der Lichtmaschine, Unterbrechung des Erregerstroms des Generators
usw.
2. Die Spannungsanzeige für die Regelung an den Pluspolen des Generators oder des Zündschlüssels
anzuschließen.
Man hat festgestellt daß bei einer derartigen Anordnung des Störungsanzeigers das Aufleuchten der
Signallampe durch gewisse Zustände hervorgerufen werden konnte, die keine eigentliche Störungen
darstellen.
So kann z. B. wenn die Batterie voll aufgeladen ist und kein Verbraucher eingeschaltet ist, die Regelfrequenz,
d. h. die Frequenz der Umschaltung des Leistungsverstärker, i. B. Transistor, der die Erregerspule versorgt,
sehr niedrig werden, z. B. 1 Hz, wodurch momentan die
Spannung zwischen Phase verschwindet, so daß der Störungsanzeiger die Signallampe zum Aufleuchten
oder wenigstens zum Aufflackern bringt.
Dasselbe Ergebnis kann auch eine »Strom-Entlastung« mit sich bringen; wenn man z. B. einen starken
Verbraucher plötzlich abschaltet und die Batterie aufgeladen ist, kann die noch im Generator gespeicherte
Energie die Batteriespannung erhöhen. Dadurch schaltet der Regler die Erregung ab. Bis die Batteriespannung
wieder unter den Wert der Vergleichsspannung abfällt, können mehrere Sekunden vergehen, wodurch ebenfalls
vorübergehend die Spannung zwischen Phasen verschwindet, was auch das Aufleuchten der Signallampe
hervorruft.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen, also bei den vorstehend erläuterten
Umständen das unangebrachte Aufleuchten der Signallampe zu vermeiden.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind Hilfsmittel zur Aufschaltung eines Zusatzsignales auf den Ausgang des
Reglers oder des Leistungsverstärkers vorgesehen derart, daß bei jedem Verhältnis zwischen der
Batteriespannung und der Vergleichsspannung ein mittlerer Mindeststrom durch die Erregerwicklung des
Generators fließt.
Selbstverständlich muß dieser Strom so gewählt werden, daß er nur dem Wert entspricht, der notwendig
ist, um die Spannung für den Leerlaufbetrieb des Generators zu erhalten. Hierdurch wird vermieden, daß
ein Fehlen der Phasenspannung angezeigt wird, wenn der Generator läuft und seine Erregerwicklung nicht
beschädigt ist.
Die vorgenannten Mittel bestehen vorteilhafterweise aus einem Taktgeber bzw. Impulsgeber in Verbindung
mit einem Impulsformer, dessen Ausgangssignale auf die Signale aufgeschaltet werden, die vom Regelverstärker
ausgehen und in den Leistungsverstärker, wie z. B. einen Transistor geleitet werden. Bei einer derartigen
Anordnung verursacht die Aufschaltung eine Änderung
des Steuersignals, so daß die Erregerwicklung während sehr kurzer und genügend rasch aufeinander folgenden
Intervallen versorgt wird, wodurch der benötigte minimale mittlere Strom erhalten wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform dieses Prinzips wird dem Reglerausgang ein Signal mit einer minimalen
festen Frequenz von z. B. 25 Hz überkgert Zu diesem ί Zweck besteht der Impulsformer aus einem monostabilen
Multivibrator, der sehr kurze Impulse mit der Frequenz des Impulsgebers aussendet, und einem
Transistorschaltkreis, der diese Impulse auf das vom '■:■. Fehlerversiärker ausgehende Signal aufschaltet. Auf
diese Weise wird die Erregerwicklung wenigstens mit . der Frequenz des Impulsgebers versorgt, auch wenn die
j Regelfrequenz, die vom Fehlerverstärker ausgeht, Vi niedriger ist Entsprechend einem Anwendungsbeispiel
enthält die Schaltung einen Transistor, dessen Basis mit ;ί dem Ausgang des Fehlerverstärkers verbunden ist, und
f. einen zweiten Transistor, dessen Basis mit dem Ausgang If des Impulsformers (Monoflop) und dessen Kollektor
ί oder Emitter mit der Basis des ersten Transistors verbunden ist, der seinerseits den Leistungsverstärker,
wie ζ. Β. einen Transistor steuert
Gemäß einer zweiten Ausführungsform desselben Prinzips wird dem Regler eine bestimmte, gleichbleibende
Frequenz aufgezwungen. Hierzu weist die Impulsformerschaltung einen Sägezahnimpulsformer mit der
Frequenz des Impulsgebers und einen Vergleicher auf, der an einem Eingang die Sägezahnsignale und an einem
anderen Eingang das Signal empfängt, welches der Fehlerverstärker abgibt und welches durch eine
Schwelle begrenzt wird. Diese Schwelle kann z. B. einen Höchstwert für die an einem Eingang des Vergleichers
auftretenden und mit den Sägezahnsignalen verglichenen Signale derart festlegen, daß der Vergleicher
mindestens bei jeder Spitze des Sägezahnsignales einen kurzzeitigen Impuls abgibt, der die Erregerwicklung mit
der gegebenen festen Frequenz versorgt
Statt das aus dem Fehlerverstärker kommende Steuersignal durch periodische Signale zu modulieren,
ist es möglich, einen schwachen Strom ständig durch die Erregerwicklung zu schicken, woraus sich zwei Varianten
der vorliegenden Erfindung ableiten lassen, nämlich:
— In einer Variante besteht das oben genannte Hilfsmittel einfach aus einem parallel zum Leistungsverstärker
geschalteten Widerstand, der geeignet ist, die Erregerwicklung des Generators
zu versorgen;
— in der anderen Variante steuert das vorgenannte Hilfsmittel den Leistungsverstärker, wie z. B.
Transistor derart, daß ein Mindeststrom erzeugt wird und ständig durch die Erregerwicklung des
Generators fließt.
Es ist offensichtlich, daß auch diese Varianten zu dem gewünschten Ergebnis führen, nämlich dem Aufrechterhalten
einer Mindestspannung zwischen den Phasen des Generators, wodurch das unangebrachte Einschalten
der Signallampe durch den Störungsanzeiger vermieden wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der schematischen Darstellungen, die als nicht ausschließliche
Beispiele einige Ausführungsformen des Spannungsreglers darstellen, erläutert.
F i g. 1 ist das Schaltschema einer ersten Ausführungsform und stellt gleichfalls eine Variante der Erfindung
dar.
Fig.2 ist das Schaltschema einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Spannungsreglers.
Fig.3 ist ein Diagramm zur Erläuterung der
Schaltung der F ig. 2.
In den F i g. 1 und 2 sind die Wicklungen 1 der drei Phasen des Generators eines Kraftfahrzeuges und die
Erregerwicklung 2 dieses Generators dargestellt, sowie eine Brücke-Gleichrichter 3 mit sechs Dioden, der dazu
dient, den gleichgerichteten Strom für das Laden der
Batterie zu erzeugen, die hier nicht dargestellt ist und an
die Klemmen + und — des Gleichrichters 3 angeschlossen wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß in den Figuren, die die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, einer
der üblichen Dreiphasengeneratoren dargestellt ist Die Erfindung kann jedoch ohne irgendwelche Änderungen
aucb auf Generatoren angewandt werden, die eine beliebige Phasenzahl besitzen.
Der Spannungsregler dieses Batterieladegerätes enthält in bekannter Weise einen Spannungsregelverstärker,
der im folgenden auch »Abweichungsverstärker« 4 oder kurz »Verstärker« 4 genannt wird und an
seinen Eingängen einerseits die wirkliche Batteriespannung Ub und andererseits eine Vergleichsspannung Ur
erhält Das Ausgangssignal S des Verstärkers 4 steuert über einen Leistungstransistor 5 die Versorgung der
Erregerwicklung 2 des Generators. Weiterhin enthält der Regler in bekannter Weise einen Fehlanzeiger 6, der
mit einer Phase der Baugruppe Generator-Gleichrichter verbunden ist und außerdem die Spannung an den
Klemmen der Batterie erhält Der Störungsanzeiger 6 ist mit der Signallampe 7 verbunden.
Der Verstärker 4 vergleicht die Batteriespannung Ub mit der Vergleichsspannung Ur. Als Folge dieses
Vergleichs gibt er ein Signal S ab, das, wenn Ub > Ur
die Versorgung der Erregerwicklung 2 unterbricht und das, wenn Ub < Ur die Versorgung der Erregerwicklung
2 freigibt Im Betrieb treten zeitliche Intervalle auf, während denen die Wicklung 2 versorgt wird, die mit
anderen Zeitintervallen abwechseln, während denen die Erregerwicklung 2 stromlos ist Daraus ergibt sich eine
»Regelfrequenz«.
Um die in der Einleitung erläuterten Nachteile zu vermeiden, sind in der Ausführungsform nach F i g. 1
Mittel vorgesehen, die im Regler eine Mindestfrequenz
aufzwingen. Der Ausgang des Verstärkers 4 ist mit der Basis eines Transistors 8 verbunden, der in dem
dargestellten Beispiel ein NPN-Transistor ist, dessen
Emitter mit dem Minuspol und dessen Kollektor
einerseits über einen Widerstand 9 mit dem Pluspol
verbunden ist und andererseits mit der Basis des Transistors 5. Außerdem ist ein Impulsgeber 10
vorgesehen, der einen monostabilen Multivibrator 11 steuert, der sehr kurze periodische Impulse /abgibt. Der
Ausgang des monostabilen Multivibrators 11 ist mit der
Basis eines dritten Transistors 12 verbunden, der im gewählten Beispiel ein NPN-Transistor ist, dessen
Emitter mit der Minusklemme und dessen Kollektor mit der Basis des Transistors 8 verbunden ist.
Der Impulsgeber 10 gibt seine Signale mit der gewünschten minimalen konstanten Regelfrequenz ab,
z. B. 25 Hz. Der Impulsgeber kann sich aufbauen aus einem Oszillator mit wesentlich höherer Frequenz und
einem Frequenzteiler. Der monostabile Multivibrator
bD 11, der die Signale des Impulsgebers erhält, gibt
seinerseits Impulse /ab, deren Frequenz identisch ist mit derjenigen der Signale des Impulsgebers und deren
Dauer der gewünschten Mindestdauer der Leitfähigkeit
des Transistors 5 entspricht, der die Erregerwicklung 2 versorgt.
Hieraus ergibt sich für die gesamte Schaltung folgender Funktionsablauf:
Wenn die Batteriespannung Ub höher ist als die Vergleichsspannung Ur, gibt der Abweichungsverstärker
4 ein stärkeres Signal 5 ab, das normalerweise den Transistor 8 leitend macht. Folglich ist der Transistor 5
gesperrt und die Versorgung der Erregerwicklung 2 wird unterbrochen. Gleichzeitig erreichen die Impulse /
die Basis des Transistors 12. Jeder Impuls / macht den Transistor 12 während einer sehr kurzen Zeitspanne
leitend, wodurch der Transistor 8, der normalerweise leitend ist, gesperrt wird. Folglich wird der Transistor 5
während einer sehr kurzen Zeit leitend. Selbst wenn der Zustand Ub > Ur länger anhält als die Dauer einer
Periode der gewählten Mindestregelfrequenz, so ist doch sichergestellt, daß der Transistor 5 jeweils
kurzzeitig leitend ist und folglich wird während dieser kurzen Zeiten die Versorgung der Erregerwicklung 2
sichergestellt. Folglich kann die Spannung zwischen den Phasen des Generators nicht zusammenbrechen und
über den Störungsanzeiger 6 das Aufleuchten der Signallampe 7 auslösen, wenn folgende Zustände
vorliegen:
Wenn die Batterie voll aufgeladen und kein Verbraucher eingeschaltet ist, wodurch die Regelfrequenz
sehr niedrig werden kann (z. B. 1 Hz), wenn keine Mindestfrequenz aufgezwungen wird.
Wenn bei vollaufgeladener Batterie ein großer Verbraucher plötzlich abgeschaltet wird, wodurch
die Batteriespannung noch weiter steigt, was ein Abschalten während mehrerer Sekunden der
Erreger durch den Regulator zur Folge haben kann.
Im umgekehrten Fall, wenn die Batteriespannung niedriger ist als die Vergleichsspannung, gibt der
Verstärker 4 ein schwaches Signal S ab, das den Transistor 8 blockiert und damit den Transistor 5 leitend
macht, wodurch die Erregerwicklung 2 versorgt wird. Die Impulse /, die der Basis des Transistors 12 zugeleitet
werden, haben keinen Einfluß auf die Leitfähigkeit des Transistors 5. Folglich kann dieser so lange leitfähig
gehalten werden, wie es in Abhängigkeit des vom Fehlerverstärker 4 abgegebenen Signals 5 nötig ist und
die Umschaltfrequenz des Transistors 5 kann höher sein als der durch den Impulsgeber 10 gegebene feste
Mindestwert
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 ist die Reglerfrequenz konstant und wird dauernd von einem
Impulsgeber 13 gegeben, der auch in diesem Falle aus einer Kombination eines Oszillators mit höherer
Frequenz und einem Frequenzteiler bestehen kann. Der
Ausgang des Impulsgebers 13 ist mit einem Sägezahn- 55 praktischen Ausführung
impulsgeber 14 verbunden, der Signale D abgibt, dessen bringen, wie z.B. die
Frequenz der-des Impulsgebers entspricht und deren Form wie.oben in Fig.3 dargestellt sein kann. Die
Signale Ο werden den Eingängen eines Vergleichers 15 zugeleitet />
-
Das Äusgängssignal S des Verstärkers 4 wird dem
Eingang eines Schwellwert-Elementes 16 zugeleitet, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des
Vergleichers 15 verbunden ist Der Ausgang des Vergleichers 15 ist über einen Verstärker 17 mit der
Basis des Transistors 5 verbunden, der die Erregerwicklung 2 versorgt.
Der Vergleicher 15 ermöglicht das vom Abweichungsverstärker 4 abgegebene Signal aufzuteilen und
es in die Impulse C umzuformen, die durch die zweite Linie des Diagramms gemäß Fig.3 dargestellt sind. Je
höher die Batteriespannung Ub gegenüber der Vergleichsspannung ist, umso kürzer wird die Dauer dder
Impulse C im Verhältnis zur Periode Tder Sägezahnsignale.
Daraus ergibt sich, daß das zyklische Verhältnis d/Ts\ch dem Wert Null nähert, wenn die Batteriespannung
Ub steigt. Dies wird verhindert durch die Schwelle 16, die einen Höchstwert So für das vom Verstärker 4 an
den Vergleicher 15 geleitete Signal festlegt. Durch eine entsprechende Wahl dieses Höchstwertes erhält man
eine Mindestdauer do der Impulse am Ausgang des Vergleichers 15. Dieser gibt also mindestens Impulse
von der Dauer do (dargestellt durch die untere Linie des Diagramms in Fig.3) und mit der vom Impulsgeber 13
gegebenen Frequenz an den Transistor 5 ab. Dadurch ist auch in diesem Falle sichergestellt, daß der Transistor 5
kurzzeitig leitend ist und folglich die Erregerwicklung 2 kurzzeitig bei jeder Batteriespannung Ub versorgt wird,
wodurch das unbeabsichtigte Aufleuchten der Signallampe unter den oben bereits erläuterten Umständen
verhindert wird.
Ein weiterer Vorteil der Schaltung gemäß F i g. 2 liegt
in der Tatsache, daß durch das Vorhandensein einer konstanten Reglerfrequenz Spannungsabfälle und andere
unerwünschte Nebeneffekte vermieden werden können, die bei den bekannten Schaltungen auftreten
und umso störender sind, je höher die Regelfrequenz ist.
Daher verbessert die vorliegende Erfindung nicht nur die Fehleranzeige, sondern auch das Funktionieren der
Spannungsregelung an sich.
Selbstverständlich beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die beiden Ausführungsformen des
Spannungsreglers, die Obenstehend als Beispiele beschrieben wurden. Sie umfaßt alle Varianten, die nach
dem gleichen Prinzip aufgebaut werden können, d. h. die es gestatten, einen mittleren Mindeststrom durch die
Erregerwicklung 2 eines Generators zu schicken, um diesen zu erregen und dadurch eine Phasenspannung zu
erhalten, die ausreichend ist, um das unbeabsichtigte Aufleuchten der Signallampe 7 des Fehleranzeigers 6 zu
verhindern.
So besteht beispielsweise eine Variante der Erfindung, wie in F i g. 1 strichpunktiert dargestellt, darin, daß
ein Widerstand 18 parallel zu dem Transistor 5 geschaltet wird (wobei die Bauelemente 10, 11 und 12
entfallen können). Ein Mindeststrom, dessen Wert durch den Widerstand 18 bestimmt wird, versorgt dann
permanent die Erregerwicklung 2. Diese Variante, die scheinbar sehr einfach ist kann jedoch bei der
Schwierigkeiten mit sich Kühlung, die durch die Wärmeabgabe des Widerstandes notwendig wird
Eine weitere Variante, die nicht bildlich dargestellt ist
besteht darin, den Transistors, der die Erregerwicklung
w> 2 versorgt nicht vollständig umzuschalten, sondern mit
Hilfe dieses Transistors eine Art proportionale Verstärkung des Ausgangssignals 5 des Fehlerverstärkers 4 zu
erzeugen und zwar in dem Maße, daß ein Mindeststrom entsteht, der permanent durch die Wicklung 2 fließt
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Spannungsregler für Wechselstrom-, insbesondere Drehstromgeneratoren zum Aufladen einer
Batterie, insbesondere für Kraftfahrzeuge, an dessen
Ausgang ein Leistungsverstärker zur Versorgung der Erregerwicklung mit einer pulsierenden Spannung
angeschlossen ist, mit einem Fehleranzeiger, der auf mindestens eine Phase des Generators
geschaltet und mit einer Signallampe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfsmittel
(8—12, 13—17, 18) zur Aufschaltung eines Zusatzsignals auf den Ausgang des Reglers (4) oder des
Leistungsverstärkers vorgesehen sind derart, daß bei jedem Verhältnis zwischen der Batteriespannung
(Ub) und der Vergleichspannung (Ur) ein mittlerer
Mindeststrom durch die Erregerwicklung (2) des Generators (1) fließt
2. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsmittel, um einen
mittleren Mindeststrom durch die Erregerwicklung (2) zu schicken, einen Impulsgeber (10, 13) in
Verbindung mit einem Impulsformer (11, 14) aufweisen, dessen Ausgangssignale (I, D) auf das
Steuersignal (S), das aus dem Regler (4) kommt und dem Leistungsverstärker (5) zugeleitet wird, aufgeschaltet
wird.
3. Spannungsregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer,
einen monostabilen Multivibrator (U) aufweist, der mit der Frequenz des Impulsgebers (10) sehr kurze
Impulse ('(/aussendet.
4. Spannungsregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Schaltung
einen Transistor (8) enthält, dessen Basis mit dem Ausgang des Verstärkers (4) verbunden ist,
sowie einen weiteren Transistor (12) aufweist, dessen Basis mit dem Ausgang des monostabilen
Multivibrators (11) und dessen Kollektor oder Emitter mit der Basis des erstgenannten Transistors
(8) verbunden sind, der seinerseits den Leistungsverstärker, wie z. B. den Transistor (5) steuert.
5. Spannungsregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsformer aus einem
Geber (14) für Signale in Sägezahnform (D) mit der Frequenz des Impulsgebers (13) und aus einem
Vergleicher (15) besteht, welcher an einem Eingang die Sägezahnsignale (D) und an einem anderen
Eingang das vom Regler (4) ausgehende und durch eine Schwelle (16) begrenzte Signal (^erhält.
6. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um einen mittleren
Mindeststrom durch die Erregerwicklung (2) zu schicken, aus einem Widerstand (18) bestehen, der
parallel zu dem Leistungsverstärker, wie z. B. dem Transistor (5) geschaltet und geeignet ist, die
Erregerwicklung (2) mit dem Mindeststrom zu versorgen.
7. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgenannten Mittel den
Leistungsverstärker (5) derart steuern, daß ein minimaler Strom erzeugt wird, der ständig durch die
Erregerwicklung (2) des Generators (1) fließt.
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Family Applications (1)
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