DE1613983C - Halbleiter Spannungsregler - Google Patents

Description

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F i g. 6 eine Draufsicht auf die beim zweiten Aus- zuhalten, wie das besonders gut F i g. 5 zeigt. Zwi-

führungsbeispiel nach F i g. 3 verwendete Wider- sehen der Widerstandsplatte 47 und der Grundplatte

standsplatte, in vergrößerter Darstellung, 29 befindet sich so nur eine sehr dünne Schicht 57

F i g. 7 eine Seitenansicht der Widerstandsplatte aus Vergußmasse. Dimensionsänderungen dieser

nach F i g. 6, 5 Schicht haben keinen Einfluß auf die elektrischen

F i g. 8 eine schematische Darstellung der Anord- Verbindungen zur Widerstandsplatte 47. Außerdem

nung der Widerstände auf der beim ersten Ausfüh- ist die Widerstandsplatte 47 ziemlich nahe beim einen

rungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 verwendeten Längsende 58 der Grundplatte 29 und parallel zu

Widerstandsplatte und diesem Längsende angeordnet. Dimensionsänderun-

Fig. 9 die elektrische Schaltung der Halbleiter- io gen der Vergußmasse 26 bewirken also allenfalls eine

Spannungsregler nach den vorhergehenden Figuren. Parallelverschiebung der Widerstandsplatte 47, wo-

Der in F i g. 1 dargestellte Halbleiter-Spannungs- bei sich diese um ihre Anschlußstifte 51 bis 56 verregier 10 für einen Generator besteht im wesentlichen drehen kann. Wie man in F i g. 5 erkennt, sitzt die aus einem Reglergehäuse 11 und einem Bürstenhai- Widerstandsplatte 47 mit ihren Lötstellen auf der terteil 12 mit zwei Bürsten 13, 14, die im Betrieb auf 15 Grundplatte 29 auf.

entsprechenden, mit der Feldwicklung 15 des Gene- Die Widerstandsplatte 47 enthält insgesamt fünf

rators 16 verbundenen Schleifringen 17, 18 (F i g. 9) Widerstände R₁, R₃, R₅, R₆, R₇, die zusammen ein

aufliegen. Zur Verbindung mit diesem Generator sind Widerstandsnetzwerk bilden, wie es in F i g. 8 darge-

eine mit D+ bezeichnete Steckbuchse 19 und zwei stellt ist. Dieses Widerstandsnetzwerk ist in Fig. 9

mit D — bezeichnete umgebogene Kontaktfahnen 20, 20 mit dicken Linien hervorgehoben und umfaßt, wie

21 vorgesehen, die sich im eingebauten Zustand ersichtlich, alle Widerstände außer den beiden

gegen den Generator 16 legen und eine leitende Ver- Widerständen 39 und 40, die in der Kapsel 34 ange-

bindung nach Masse herstellen. ordnet sind. Die tatsächliche Anordnung der Wider-

F i g. 2 zeigt das Innere des Reglergehäuses 11, das Standsschichten (dunkel gezeichnet) geht aus F i g. 2 teilweise aufgebrochen dargestellt ist. Beim fertigen 25 hervor. Der Widerstand R₇ ist z.B. hufeisenförmig Regler ist es bis zu den strichpunktiert eingezeichne- gestaltet. Durch Vergrößern seiner mit 59 bezeichneten Linien 25 (F i g. 2 und 5) mit einer Vergußmasse ten Innenausnehmung kann sein Wert vergrößert 26, beispielsweise einem Epoxyharz, ausgegossen, das werden und damit der Sollwert der geregelten Spansämtliche Bauteile im Reglergehäuse 11 dicht ein- nung erhöht werden. Dies geschieht durch eine autoschließt und sie gegen mechanische Einwirkungen, 30 matisch gesteuerte und gepulste Laser-Anordnung, Feuchtigkeit und Gase schützt. . die so lange Material an der Ausnehmung 59 verr

Am Boden 27 des Reglergehäuses 11 sind insge- dampft, bis der gewünschte Widerstandswert von R₇

samt vier Auflagen 28 vorgesehen (in F i g. 2 sind nur erreicht ist. Statt einer Lageranordnung kann auch

zwei dieser Auflagen sichtbar), auf denen eine Grund- eine Elektronenstrahlanordnung verwendet werden,

platte 29 liegt, die auf ihrer dem Boden 27 zugewand- 35 Auf der Grundplatte 29 ist ferner ein Kondensator

ten Seite mit einer gedruckten Schaltung versehen ist. 63 angeordnet; außerdem sind zwei zusätzliche An-

Auf ihrer Oberseite weist sie verschiedene Bau- und schlußfahnen 64 und 65 in die Anschlußplatte 29 ein-

Anschlußelemente auf, die aus den F i g. 2 und 4 gepreßt und mit der gedruckten Schaltung auf ihrer

deutlich erkennbar sind. Unterseite verlötet.

, Mit zwei Nieten 32, 33 ist eine Kapsel 34 samt 4° Die Grundplatte 29 weist verschiedene Ausneh-

ihrer im Querschnitt U-förmigen Kühlplatte (Wärme- mungen auf, um ein schnelles und sicheres Verteilen

senke) 35 auf die Grundplatte 29 aufgenietet. Die des Gießharzes 26 im Gehäuse 11 zu ermöglichen.

Kapsel 34 enthält drei npn-Transistoren 36, 37, 38, An den Längsrändern der Grundplatte 29 sind hier-

zwei Widerstände 39, 40 und eine Zenerdiode 41 als für insgesamt vier Ausnehmungen 66 bis 69 vorge-

sogenannte hybride Schaltung. Sie enthält also, wie 45 sehen; ferner sind in ihr drei Durchfiußlöcher 70, 71,

die in F i g. 9 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt, 72 vorgesehen. Hierdurch vermeidet man das Bilden

alle aktiven Halbleiterbauelemente 36, 37, 38 des von Lufttaschen in der Vergußmasse 26 und kann

Reglers. Diese sind dadurch in sehr vorteilhafter andererseits die Grundplatte 29 mit nur geringen

Weise gegen mechanische Spannungen im Verguß- seitlichen Toleranzen in das Gehäuse 11 einpassen,

material 26 geschützt. 50 Zur Durchführung der verschiedenen Fahnen bzw.

Auf der Grundplatte 29 sind weiterhin drei Dioden Anschlüsse 19, 20, 21, 64, 65 ist die Sockelplatte 73 44, 45, 46 angeordnet, von denen die Diode 44 beim des Bürstenhalterteils 12 mit vier Ausnehmungen 74 Einbau in den Generator 16 zu dessen Feldwicklung bis 77 versehen (Fig. 1). Ist die Grundplatte 29 mit 15 als sogenannte Leerlaufdiode parallel geschaltet ihren verschiedenen Bauteilen fertig abgeglichen ist, während die Siliziumdioden 45, 46 in Serie ge- 55 (durch Verändern des Widerstands R₇) und mit Verschaltet sind und zur Temperaturkompensation für gußmasse 26 vergossen, so wird als Verschluß die die Zenerdiode 41 dienen. Sockelplatte 73 aufgesetzt und befestigt. Dann wer-

Weiterhin ist eine Widerstandsplatte 47 vorge- den die Fahnen 20 und 21 so umgebogen, daß ihre

sehen, die an ihrem einen Rand mit sechs aufgelöte- Löcher, wie in F i g. 1 dargestellt, mit Befestigungs-

ten Anschlußstiften 51 bis 56 (Fig. 4) versehen ist, 60 löchern 78, 79 fluchten, die im Gehäuse 11 und der

welche mit entsprechenden Punkten der gedruckten Sockelplatte 73 vorgesehen sind. Die Fahne 64 wird

Schaltung auf der Unterseite der Grundplatte 29 ver- in einen Halterungsschlitz 83 am Bürstenhalterteil 12

lötet sind. Das Lot, mit dem die Stifte an die Wider- eingelegt; dieser Schlitz dient als Zugentlastung,

standsplatte 47 angelötet sind, hat einen wesentlich Dann werden die flexiblen Anschlußlitzen 85 und 86,

höheren Schmelzpunkt als das Lot, mit dem die Stifte 65 die zu den Bürsten 14 und 13 führen, in die Fahnen

in die gedruckte Schaltung eingelötet sind. Hierdurch 64 und 65 eingelötet oder eingeschweißt. Der Regler

wird es möglich, mit der Widerstandsplatte 47 einen ist dann einbaufertig,

sehr geringen Abstand von der Grundplatte 29 ein- F i g. 9 zeigt die Schaltung eines solchen Reglers

zusammen mit der Schaltung eines entsprechenden Drehstromgenerators 16 von z. B. 2 kW Leistung. Wie schon erwähnt, sind die auf der Widerstandsplatte 47 befindlichen Verbindungen durch dicke Linien hervorgehoben. S

Der Generator 16 hat drei Ausgangswicklungen, die mit U, V, W bezeichnet sind und die über einen Drehstrom-Brückengleichrichter 87 eine Batterie 88 und über einen Schalter 89 Verbaucher 90 speisen. Die Verbraucher 90 können z. B. die Scheinwerfer eines Automobils sein.

Der Minuspol der Batterie 88 ist hier mit Masse (Klemme D-) verbunden, an die auch der Regler 10 angeschlossen ist. Ferner ist über drei zusätzliche Gleichrichter 93, die ebenfalls an die Wicklungen U, V, W angeschlossen sind, die Steckbuchse 19 (D+) an den Generator 16 angeschlossen. Die Steckbuchse 19 ist über die Fahne 65 mit der Bürste 13 und dem Schleifring 17 der Feldwicklung 15 verbunden; außerdem ist sie mit dem Knotenpunkt 51 (entsprechend dem Anschlußstift 51) und mit der Kathode der Diode 44 verbunden, deren Anode mit der Bürste 14 (DF) und über diese mit dem Schleifring 18 verbunden ist. Die Anode der Diode 44 ist ferner mit dem Knotenpunkt 55 (entsprechend dem Anschlußstift 55) und den Kollektoren der Transistoren 36 und

37 verbunden. Der Emitter des Transitors 36 ist mit Masse und über diese mit dem Knotenpunkt 56 (entsprechend dem Anschlußstift 56) verbunden. Der Emitter des Transistors 37, welcher als Treiberstufe für den Leistungstransistor 36 dient, ist mit" der Basis des Transistors 36 sowie über den Widerstand 39 mit Masse verbunden, an die auch der Emitter des Transistors 38 angeschlossen ist, dessen Kollektor an die Basis des Transistors 37 und an den Knotenpunkt 52 (entsprechend dem Anschlußstift 52) angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 38 ist an die Anode der Zenerdiode 41 angeschlossen und über den Widerstand 40 mit Masse verbunden. Die Kathode der Zenerdiode 41 ist an die Kathode der Diode 46 angeschlossen, deren Anode ihrerseits mit der Kathode der Diode 45 verbunden ist; die Anode der Diode 45 ist an den Knotenpunkt 54 (entsprechend dem Anschlußstift 54) angeschlossen. Der Kondensator 63 ist zwischen dem Knotenpunkt 56 und dem Knotenpunkt 53 (entsprechend dem Anschlußstift 53) angeschlossen. Der Widerstand R₁, der als Mitkopplungswiderstand dient, liegt zwischen den Knotenpunkten 54 und 55, der Widerstand R₃ zwischen den Knotenpunkten 51 und 52, der Widerstand R₅ zwischen den Knotenpunkten 51 und 53, der Widerstand R_a zwischen den Knotenpunkten 53 und 54, und der Widerstand R₁ zwischen den Knotenpunkten 54 und 56, wie das auch aus F i g. 8 hervorgeht.

Zwischen dem Pluspol der Batterie 88 und der Steckbuchse 19 liegt die Serienschaltung eines Zündschalters 94 und einer Ladekontrollampe 95. Der Regler nach F i g. 9 arbeitet wie folgt: Beim Anfahren wird der Zündschalter 94 geschlossen und der Regler 10 wird so über die — dabei aufleuchtende — Ladekontrollampe 95 an die Batterie 10 angeschlossen. Die Spannung an dem aus den Widerständen R₅, R_tt, R₇ bestehenden Spannungsteiler ist dabei so niedrig, daß die Zenerdiode 41 und mit ihr der Transistor

38 gesperrt bleiben. Der Transistor 37 erhält deshalb

über den Widerstand R_s einen Basisstrom und wird leitend, ebenso der Leistungstransistor 36, so daß ein Strom durch die Feldwicklung 15 fließt und der Generator 16 beginnt, eine Spannung abzugeben. Diese Spannung steigt so lange an, bis die Zenerdiode 41 leitend wird. Ist dies der Fall, so wird der Transistor 38 leitend und verbindet die Basis des Transistors 37 mit Masse, so daß dieser sperrt und auch der Transistor 36 gesperrt wird. Der Strom von der Steckbuchse 19 zur Feldwicklung 15 wird dadurch unterbrochen, doch fließt weiterhin ein — exponentiell abklingender — Strom in dem von der Feldwicklung 15 und der Diode 44 gebildeten Stromkreis. Da in diesem Zustand der Transistor 36 gesperrt ist, hat der Knotenpunkt 55 ein stark positives Potential, so daß der Widerstand R₁ praktisch zu den Widerständen R₅ und R₆ parallel geschaltet ist und das Potential des Knotenpunkts 54 ebenfalls positiver wird. Die Zenerdiode 41 bleibt also zunächst leitend und sperrt erst wieder, wenn das Potential an der Steckbuchse 19 genügend gefallen ist. Dann sperren Zenerdioden 41 und Transistor 38 wieder, während die Transistoren 36 und 37 leitend werden. Der Knotenpunkt 55 hat dann nahezu Massepotential, und der Widerstand R₁ wirkt so, als ob er zu Widerstand R₇ parallel geschaltet wäre, d. h., auch das Potential des Knotenpunkts 54 wird negativer.

Auf diese Weise wechselt der Transistor 36 ständig zwischen seinem voll eingeschalteten und seinem voll ausgeschalteten Zustand, und die Feldwicklung 15 wird mit einem ständig zu- und abnehmenden Gleichstrom versorgt. Hierbei wird die Ausgangsspannung des Generators 16 im wesentlichen konstant gehalten.

Der Kondensator 63 glättet Spannungsschwankungen am Spannungsteiler R₅, R₆, R₇.

Die F i g. 3, 6 und 7 zeigen Einzelheiten eines zweiten Ausführungsbeispieles für einen Halbleiter-Spannungsregler, der schaltungstechnisch mit dem Regler nach den F i g. 1, 2, 4, 5, 8 und 9 übereinstimmt; für gleiche oder gleichwirkende Teile werden deshalb dieselben Bezugszeichen verwendet.

Als Widerstandsplatte wird hier eine Platte 99 mit sechs Stiftfüßen 151, 152, 153, 154, 155, 156 verwendet. Dabei entspricht in der Schaltung nach Fig. 9 der Stiftfuß 151 dem Knotenpunkt 51, der Stiftfuß 152 dem Knotenpunkt 52 usw. Diese Stiftfüße sind durch entsprechende Ausnehmungen 151' bis 156' der Grundplatte 29 durchgesteckt und mit der gedruckten Schaltung auf deren Unterseite verlötet.

Wie Fig. 7 zeigt, haben die Stiftfüße 155 und 156 seitliche Verbreiterungen bzw. Anquetschungen 100, die beim Einstecken in die Grundplatte 29 als Anschlag dienen. Die Widerstandsplatte 99 steht also ähnlich wie eine Tischplatte auf ihren sechs Stiftfüßen 151 bis 156 auf der Grundplatte 29 und verläuft parallel zu ihr. Zweckmäßig wird der Abstand von der Grundplatte 29 möglichst klein gewählt, damit sich Dimensionsänderungen der Vergußmasse 26 zwischen Grundplatte 29 und Widerstandsplatte 99 nicht auf die Befestigungen der Stiftfüße auswirken.

Die Anordnung der Widerstände R₁, R₃, R₅, R₆, R₇ auf der Platte 99 geht aus F i g. 6 hervor. Sie sind in gleicher Weise geschaltet, wie das in F i g. 8 für die Widerstandsplatte 47 dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 differenzen auftreten. Beim einem Kraftfahrzeug tre- Patentansprüche: ten ζ. B. jahreszeitliche Schwankungen von —30 bis + 80° C auf, so daß hier besonders häufig mit der-

1. Halbleiter-Spannungsregler für einen Gene- artigen Störungen gerechnet werden muß.

rator, vorzugsweise für eine Drehstromlicht- 5 Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, die maschine eines Kraftfahrzeugs, dessen Bau- Nachteile der bekannten Regler zu vermeiden und elemente in einem mindestens teilweise mit einer einen Halbleiter-Spannungsregler zu schaffen, der beVergußmasse ausgegossenen Reglergehäuse an- sonders für den rauhen Kraftfahrzeugbetrieb geeignet geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, ist.

daß der gesamte Regler von der Vergußmasse ίο Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem umschlossen ist, wobei innerhalb der Verguß- eingangs genannten Regler dadurch gelöst, daß der masse mindestens ein Teil der aktiven Halbleiter- gesamte ■ Regler von der Vergußmasse umschlossen bauelemente (36, 37, 38) und ein Teil der Wider- ist, wobei innerhalb der Vergußmasse mindestens ein stände (39, 40) in einer Kapsel (34) und minde- Teil der aktiven Halbleiterbauelemente und ein Teil stens ein Teil der übrigen Widerstände (R₁, R₃, 15 der Widerstände in einer Kapsel und mindestens ein R₅, R₆, i?₇) auf einer nach Art einer gedruckten Teil der übrigen Widerstände auf einer nach Art einer Schaltung ausgebildeten Grundplatte (29) un- gedruckten Schaltung ausgebildeten Grundplatte unmittelbar oder mit Hilfe einer Widerstandsplatte mittelbar oder mit Hilfe einer Widerstandsplatte an-(47, 99) angeordnet ist. geordnet ist.

2. Halbleiter-Spannungsregler nach Anspruch 1, 20 Durch die Anordnung der besonders empfindlichen dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer aktiven Halbleiterbauelemente — hierunter sollen alle der Anschlüsse (155, 156) der Widerstandsplatte verstärkenden Halbleiterbauelemente verstanden zur Montage auf der Grundplatte (29) mit einer werden — in einem gemeinsamen Gehäuse werden seitlichen Verbreiterung (100) versehen ist, die diese von den in der Vergußmasse vorhandenen beim Bestücken der Grundplatte (29) als An- 25 Spannungen nicht erreicht. Die Widerstandsplatte schlag dient (F i g. 3, 6 und 7). kann stabil ausgebildet werden und wird mit Vorteil

3. Halbleiter-Spannungsregler nach einem der so angeordnet, daß in ihr keine Biegemomente erAnsprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zeugt werden, sondern daß sie etwa parallel zu sich die Widerstandsplatte (47) an einer Seitenkante selbst verschoben wird, wenn die Vergußmasse bei mit Anschlüssen (51 bis 56) versehen ist, durch 30 Temperaturänderungen ihr Volumen ändert.

die sie mit der Grundplatte (29) verbunden ist Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt sich

(F i g. 2, 4, 5 und 8). nach einem weiteren Merkmal der Erfindung da-

4. Halbleiter-Spannungsregler nach Anspruch 3, durch, daß alle im Reglergehäuse vorgesehenen dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (51 Widerstände teils in dem für die aktiven Halbleiterbis 56) mit einem Lot an die Widerstandsplatte 35 elemente vorgesehenen Gehäuse, teils auf der Wider-(47) angelötet sind, dessen Schmelzpunkt höher standsplatte angeordnet sind. Hierbei sind sowohl die liegt als der Schmelzpunkt des zum Einlöten der aktiven Halbleiterbauelemente wie die Widerstände Anschlüsse in die Schaltung verwendeten Lotes. in optimaler Weise geschützt, und man erreicht eine

5. Halbleiter-Spannungsregler nach Anspruch 1, sehr hohe Lebensdauer.

dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (34) für _4O Mit der Erfindung wird es möglich, einen außer-

die Halbleiterbauelemente als an sich bekanntes ordentlich kompakten und dabei doch leistungsfähi-

Transistorgehäuse aus Metall ausgebildet und _gen und betriebssicheren Regler für Lichtmaschinen

vorzugsweise auf einer Kühlplatte (35) angeord- herzustellen. Selbstverständlich können auch Regler

net ist. ■ für Gleichstromgeneratoren in derselben Weise auf-

6. Halbleiter-Spannungsregler nach einem der 45 gebaut werden, wobei dann natürlich keine Bürsten vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- am Regler erforderlich sind. Auch kann mit Vorteil zeichnet, daß die Kapsel (34) für die Halbleiter- das gemeinsame Gehäuse der Halbleiterbauelemente bauelemente als Kühlkörper ausgebildet ist. _So ausgebildet werden, daß es gleichzeitig als Kühlkörper dient.

50 Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung darge-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter- stellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt
Spannungsregler für einen Generator, vorzugsweise F i g. 1 eine Gesamtansicht eines mit einem Bürfür eine Drehstromlichtmaschine eines Kraftfahrzeu- 55 stenhalter kombinierten Halbleiter-Spannungsreglers, ges, dessen Bauelemente in einem mindestens teil- in vergrößerter raumbildlicher Darstellung,
weise mit einer Vergußmasse ausgegossenen Regler- F i g. 2 eine aufgebrochene Darstellung des Halbgehäuse angeordnet sind. leiter-Spannungsreglers nach F i g. 1 vor seinem Ver-

Einen Regler dieser Art zeigt die österreichische gießen mit Vergußmasse, in vergrößerter raumbild-

Patentschrift 246 275. Der Regler enthält dort eine 60 licher Darstellung,

größere Zahl von Bauteilen (Widerstände; Transisto- F i g. 3 eine teilweise Darstellung eines zweiten

ren; Kondensatoren). Es hat sich nun gezeigt, daß Ausführungsbeispiels, dessen übriger, nicht darge-

nach dem Vergießen in der Vergußmasse Spannun- stellter Aufbau demjenigen nach F i g. 2 entspricht,
gen entstehen können, besonders dann, wenn hierfür F i g. 4 eine Draufsicht auf die Grundplatte des

Gießharz verwendet wird. Diese Spannungen erzeu- 65 Reglers nach den F i g. 1 und 2 und die auf ihr ange-

gen mechanische Kräfte auf die Bauteile und führen ordneten Bauelemente, etwa dreifach vergrößert,
zu Schäden an diesen. Dieser Vorgang wirkt beson- F i g. 5 eine teilweise Seitenansicht der in F i g. 4

ders dann sehr störend, wenn große Temperatur- gezeigten Grundplatte,