DE1464064C - Transistorzundanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Transistorzündanlage mit einem Schalttransistor, dessen Kollektor über die Primärwicklung einer Zündspule mit der einen Endklemme und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand mit der anderen Endklemme einer Gleichspannungsquelle und dessen Basis über einen Spannungsteiler mit den beiden Endklemmen verbunden ist und mittels eines motorsynchron betätigten Schalters zum Leiten bzw. Sperren des Schalttransistors umgeschaltet wird.

Bei einer bekannten derartigen Zündanlage hat die Zündspule außer der Hochspannungswicklung eine zweite Sekundärwicklung, die in Reihe mit einer eisengeschlossenen Drossel hoher Induktivität an die Endklemmen der Batterie geschaltet ist. Die Drossel soll den Magnetisierungsstrom der zusätzlichen Sekundärwicklung im Augenblick des Abschaltens des Primärstromes konstant halten, damit der Arbeitspunkt des Schalttransistors trotz der Wirkung der Primärwicklung an das Ende der Magnetisierungsschleife zurückkehrt, da ohne diese Wirkung das Umschalten des Transistors behindert würde. Nachteilig ist bei dieser Schaltung die Notwendigkeit einer speziellen Zündspule und der zusätzlichen Drosselspule.

Bei einer anderen bekannten Zündanlage ist der Emitter des Schalttransistors über eine in Durchlaßrichtung gepolte Diode an die eine Endklemme der Batterie angeschlossen, von der ein Widerstand zur Basis des Schalttransistors geführt ist. Die Basis ist ferner über die Kollektor-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors mit der anderen Endklemme der Batterie verbunden, und dieser weitere Transistor wird an seiner Basis-Emitter-Strecke mit Hilfe von Impulsen angesteuert, welche auf magnetischem Wege synchron

ίο mit der Motordrehung erzeugt werden: Durch diesen Transistor wird die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors also periodisch ein- und ausgeschaltet, womit gleichzeitig der durch die Primärwicklung der Zündspule fließende Kollektorstrom des Schalttransistors umgeschaltet wird. Die in der Emitterleitung des Schalttransistors liegende Diode dient als Stabilisierungsmittel für die Emitterspannung zur Reduzierung der Wärmeentwicklung im Schalttransistor.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einerseits einen möglichst schnellen Aufbau des Zündspulenprimärstromes zu ermöglichen, damit auch bei hohen Drehzahlen die volle Energie der Zündspule zur Verfügung steht, andererseits aber den Endwert des Primärstromes zu begrenzen, um Beschädigungen der Zündspule bei niedrigen Drehzahlen oder beim Stillstand und eingeschalteter Zündung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einer Transistorzündanlage der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler aus das Potential der Basis des Schalttransistors in leitendem Zustand gegenüber den Potentialen der Endklemmen festlegenden Schaltungselementen besteht und daß der Emitterwiderstand so dimensioniert ist, daß der Schalttransistor zu Beginn des Einschaltvorganges in den gesättigten und vor Erreichen des Endstromes in den ungesättigten Zustand gesteuert wird.

Infolge der Sättigungssteuerung des Schalttransistors zu Beginn des Einschaltvorganges kann sich der Primärstrom der Zündspule sehr schnell aufbauen, während er infolge des Zurücksteuerns des Schalttransistors auf einen Arbeitspunkt unterhalb der Sättigung auf einen durch diesen Arbeitspunkt bestimmten gewünschten Wert begrenzt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß der Schalttransistor sich aus seinem ungesättigten Zustand schneller in den Sperrzustand schalten läßt und daher keine unerwünschte Schaltverzögerung verursacht. Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transistorzündanlage,

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung ist die positive Endklemme 10 der Batterie über die Primärwicklung 18 der Zündspule mit dem Kollektor eines npn-Schalttransistors 12 verbunden,, dessen Emitter über einen Emitterwiderstand 14 mit der an das Chassis geschalteten negativen Endklemme 16 der Batterie verbunden ist. Die Basis des Schalttransistors 12 liegt am Abgriff eines Spannungsteilers, der aus einem über den Zündkontakt 32 mit der positiven Endklemme 10 verbundenen Widerstand 64 und mehreren zwischen die Basis des Schalttransistors 12 und die negative Endklemme 16 in Reihe geschalteten Halbleiterdi-

öden 48 gebildet ist. Die Halbleiterdioden 48 sind in gleicher Durchlaßrichtung wie die Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors 12 gepolt. Bei geöffnetem Zündkontakt 32 liegt die Basis praktisch auf dem Emitterpotential, während bei geschlossenem Zündkontakt die Basis positiv gegenüber dem Emitter ist und der Schalttransistor 12 zunächst im Sättigungszustand ist. Die zwischen Basis und Emitter wirksame Steuerspannung ergibt, sich aus der Differenz der Spannungsabfälle an den Dioden 48 und am Emitterwiderstand 14. Der Kollektorstrom des Schalttransistors 12, der die Primärwicklung 18 durchfließt, wächst mit einer Geschwindigkeit, welche durch die Zeitkonstante dieses Stromkreises bestimmt ist, und im gleichen Maße steigt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 14. Nachdem der Schalttransistor 12 anfänglich im Sättigungszustand gearbeitet hat, reduziert sich infolge der ansteigenden Emitterspannung die Steuerspannung des Schalttransistors, so daß er nach anfänglicher Sättigung aus dem Sättigungszustand herausgesteuert wird. Auf diese Weise wird der Kollektorstrom und damit der Endstrom der Primärwicklung 18 auf einen gewünschten Wert begrenzt. Der Kollektorstrom steigt also nach dem Einschalten des Zündkontaktes 32 zunächst schnell an und wird dann auf einen Höchstwert begrenzt. Auf diese Weise steht in kurzer Zeit stets die volle Energie in der Spule zur Erzeugung eines kräftigen Zündfunkens zur Verfügung, während andererseits weder die Zündspule noch der Schalttransistor überlastet werden, da infolge des begrenzten Spulenstromes auch die Spitzenspannung an der Kollektorsperrschicht begrenzt ist.

Der Wert des Emitterwiderstandes 14 ist so gewählt, daß sein Spannungsabfall bei maximalem Transistorstrom zuzüglich der Schwellenspannung der Basis-Emitter-Strecke des Transistors gleich der Durchlaßschwellenspannung der Dioden 48 ist. Auf diese Weise wird die gewünschte Begrenzung des Kollektorstromes erreicht.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung ist parallel zur Primärwicklung 18 der Zündspule ein Kondensator 42 geschaltet, welcher eine weitere Reduzierung der beim Abschalten induzierten Spannungsspitze bewirkt. Ferner enthält der Spannungsteiler einen Vorstufentransistor 24, dessen Emitter über einen Widerstand 22 mit der positiven Endklemme 10 verbunden ist, während sein Kollektor über die Dioden 48, zu denen ein Widerstand 26 parallel geschaltet ist, an die negative Endklemme 16 angeschlossen ist. Die Basis des Vorstufentransistors 24 liegt am Abgriff eines weiteren Spannungsteilers, dessen einer Widerstand 30 über den Zündkontakt 32 an der negativen Endklemme 16 liegt und dessen anderer Widerstand 28 an der positiven Endklemme 10 liegt. Parallel zum Widerstand 28 ist eine Diode 34 in gleicher Polung wie die Emitter-Basis-Strecke des Vorstufentransistors 34 geschaltet.

Bei geöffnetem Zündkontakt 32 ist der Vorstufentransistor 24 und damit auch der Schalttransistor 12 gesperrt. Wird der Zündkontakt 32 geschlossen, dann leitet der Vorstufentransistor 24, wobei seine zwischen Emitter und Basis wirksame Steuerspannung durch die Differenz der Spannungsabfälle an der Diode 34 und dem Widerstand 22 derart bestimmt wird, daß der Vorstufentransistor 24 unterhalb seiner Sättigung betrieben wird. Seine Kollektorspannung gelangt auf die Basis des Schalttransistors 12, wobei der am Widerstand 26 entstehende Spannungsabfall durch die Wirkung der Dioden 48 begrenzt wird und die Steuerspannung für den Schalttransistor 12 durch die Differenz der Spannungsabfälle an den Dioden 48 und dem Emitterwiderstand 14 des Schalttransistors 12 bestimmt ist. Der Emitterwiderstand kann in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 Ohm liegen. Infolge dieser Steuerspannung wird der Schalttransistor 12 zunächst in die Sättigung gebracht, so daß sich der die Primärwicklung 18 der Zündspule durchfließende

ίο Strom sehr schnell aufbaut, bis die an der Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors 12 wirksame Steuerspannung bei mit dem Strom anwachsender Emitterspannung infolge der Wirkung der Dioden 48 auf einen Wert begrenzt wird, bei dem der Arbeitspunkt des Schalttransistors 12 an eine Stelle unterhalb der Sättigung verschoben wird und der Kollektorstrom dadurch auf einen Wert unterhalb des Sättigungsstromes begrenzt wird.

Durch die Wirkung der Diode 34 wird der Kollek-

ao torstrom des Vorstufentransistors 24, der die Parallelschaltung des Widerstandes 26 mit den Dioden 28 durchfließt, auf einen etwa konstanten Wert begrenzt. Infolge der Begrenzungswirkung der Diode 34 wird der Spannungsabfall an den Dioden 48 noch besser konstant gehalten, als es ohne diese Begrenzungswirkung der Fall wäre. Durch diese zusätzliche Stabilisierungswirkung wird eine noch bessere Konstanz des an den Dioden 48 entstehenden Spannungsabfalls von der Batteriespannung erreicht, so daß auch der vom Transistor 12 unterhalb des Sättigungswertes stabilisierte Strom durch die Primärwicklung 18 besser stabilisiert wird, als wenn der Vorstufentransistor 24 nicht mit Hilfe der Diode 34 stabilisiert wäre. Der Pri-• märstrom der Zündspule stellt sich damit bei jeder Motordrehzahl praktisch unabhängig von der Batteriespannung und den Schließzeiten des Zündkontaktes auf den gewünschten Betriebswert ein; auf dem er dann sicher gehalten wird. Dieser Wert wird im wesentlichen durch die Anzahl und Art der Dioden 34 und 48 bestimmt. Ferner wirken die Dioden 34 und 48 im Sinne einer Temperaturstabilisierung der Transistoren 24 bzw. 12. Aus diesem Grunde verwendet man auch zweckmäßigerweise Dioden und Transistoren aus dem gleichen Halbleitermaterial, beispielsweise Siliciumtransistoren und Siliciumdioden.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die positive Endklemme 16 der Batterie an Masse gelegt, während die negative Endklemme mit 10 bezeichnet ist. Alternativ zu dem parallel zur Primärwicklung 18 der Zündspule geschalteten Kondensator 42 nach F i g. 2 ist hier parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Schalttransistors 12 eine Zenerdiode 20 geschaltet, welche die Spannungsspitzen beim Unterbrechen des Zündspulenstromes auf ihre Zenerspannung begrenzt. Der Vorstufentransistor 24 ist hier im Gegensatz zu dem bei der Schaltung nach F i g. 2 verwendeten pnp-Tränsistor ebenso wie der Schalttransistor 12 ein npn-Transistor, Infolge der umgekehrten Polung der Batterie sind hier die Emitter beider Transistoren an die negative Endklemme 10 geführt, während ihre Kollektoren an die positive Endklemme 16 geführt sind. Parallel zum von der Basis des Vorstufentransistors 24 zur negativen Endklemme 10 geschalteten Widerstand 28 sind hier mehrere Dioden 34 geschaltet, deren Durchlaßrichtung ebenfalls mit der Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Strecke des Vorstufentransistors 24 übereinstimmt. Die in F i g. 2 zum Kollektorwiderstand 26

des Vorstufentransistors 24 parallelgeschalteten Stabilisierungsdioden 48 sind bei der Schaltung nach F i g. 3 nicht vorgesehen.

Bei geöffnetem Zündkontakt 32 ist der Vorstufentransistor 24 gesperrt, so daß auch der Schalttransistor 12 gesperrt ist. Schließt der Zündkontakt 32, so wird die Basisspannung des Vorstufentransistors 24 positiv, so daß dieser Transistor in den leitenden Zustand geschaltet wird. Seine Basisspannung wird dabei durch den Spannungsabfall an den Dioden 34 festgelegt. Die Emitterspannung des Vorstufentransistors 24 liegt unmittelbar an der Basis des Schalttransistors 12 und ist positiv gegenüber dessen Emitterspannung, so daß der Schalttransistor 12 anfänglich in den Sättigungszustand gelangt. Der Strom durch die Primärwicklung 18 der Zündspule steigt daher sehr rasch an. Mit dem Ansteigen dieses Stromes steigt auch der Spannungsabfall am Emitterwiderstand 14 und damit die Emitterspannung des Schalttransistors 12, bis die an der Basis-Emitter-Strecke des Schalttransistors 12 wirksame Steuerspannung den Arbeitspunkt dieses Transistors auf einen Wert unterhalb der Sättigung verschiebt. Zu diesem Zweck ist der Wert des Emitterwiderstandes 14 so gewählt, daß die dann zwischen Basis und Emitter des Schalttransistors 12 auftretende Differenz der Spannungsabfälle an den Widerständen 22 und 14 etwa gleich der Schwellenspannung der Basis-Emitter-Strecke dieses Transistors bei dem maximal gewünschten Strom durch den Transistor ist.

ίο Der Widerstand 14 kann einen Wert von 0,1 bis 0,2 Ohm haben und wirkt hinsichtlich der Primärwicklung 18 der Zündspule praktisch nicht als Vorwiderstand.

Auch die Schaltung nach F i g. 3 zeigt eine weitgehende Stabilität gegenüber Schwankungen der Betriebsspannung (zwischen 3,5 und 14VoIt) und der Schließzeiten des Zündkontaktes. Infolge des schnellen Aufbaus des Zündspulenstromes bei jeglichen Drehzahlen wird stets ein kräftiger Zündfunken erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transistorzündanlage mit einem Schalttransistor, dessen Kollektor über die Primärwicklung einer Zündspule mit der einen Endklemme und dessen Emitter über einen Emitterwiderstand mit der. anderen Endklemme einer Gleichspannungsquelle und dessen Basis über einen Spannungsteiler mit den beiden Endklemmen verbunden ist und mittels eines motorsynchron betätigten Schalters zum Leiten bzw. Sperren des Schalttransistors umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (22,26; 48,64) aus das Potential der Basis des Schalttransistors (12) in leitendem Zustand gegenüber den Potentialen der Endklemmen (10, 16) festlegenden Schaltungselementen besteht und daß der Emitterwiderstand (14) so dimensioniert ist, daß der Schalttransistor zu Beginn des Einschaltvorganges in den gesättigten und vor Erreichen des Endstromes in den ungesättigten Zustand gesteuert wird. .

2. Transistorzündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus einem ohmschen Widerstand (64) und einer oder mehreren in Durchlaßrichtung gepolten Halbleiterdioden (48) besteht.

3. Transistorzündanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (22, 26) zusätzlich einen vom Zündköntakt (32) gesteuerten Vorstufentransistor (24) enthält.

4. Transistorzündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Vorstufentransistors (24) mit dem Abgriff eines' an die Endklemmen (10, 16) angeschlossenen Spannungsteilers (28,30,34) verbunden ist und daß der zur Basis-Emitter-Strecke des Vorstufentransistors gehörige Teilwiderstand eine oder mehrere in Durchlaßrichtung gepolte Halbleiterdioden (34) enthält.