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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 12V-Trafo mit Gleichrichterschaltung


Autor: Thomas E. (tomedl)
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Hallo!

Folgendes Problem: Ich möchte einen Bleiakku laden, habe aber nur einen 
12V-Transformator übrig. Die Gleichrichterschaltung ist eine normale 
Brückengleichrichterschaltung mit zwei Gläätungskondensatoren zu je 
4700µF. Der Akku soll mit einem konstantem Strom von 1A geladen werden 
und bei der Ladeschlussspannung von 13,8V abschalten. Die 
Konstantstromquelle besteht aus einem LM317 mit der üblichen 
Standard-Kontantstromquellen-Beschaltung aus dem Datenblatt. Die 
Batteriespannung wird von einem µC gemessen, dieser sorgt auch für das 
abschalten des LM317 (über Relais).

Rein rechnerisch ergibt sich meiner Meinung nach folgendes:

Leerlaufsspannung Trafo: 13,35V
Nennspannung Trafo: 11,8V
Nennstrom Trafo: 5,2A

Gleichspannung nach dem Gleichrichter im Leerlauf: (13,35V * wurzel2) - 
1,4V) = 17,48V


Gleichspannung nach dem Gleichrichter unter Last: (11,8 * wurzel2) - 
1,4V = 15,29V

Der LM317 braucht ja mindestens eine gewisse Spanungsdifferenz, 
allerdings ist die - so denke ich - gegeben, da ja nur 1A gezogen werden 
und der Strom bei 13,7V, also kurz beim Abschalten), ja nicht mehr die 
vollen 1A haben muss. Wenn der LM317 da nicht mehr ganz den Strom halten 
kann soll es mir auch egal sein.

Stimmen meine Berechnungen und würde das so funktionieren?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Die Spannung unter Last ist denke ich sehr knapp:
Der Faktor mit Wurzel 2 passt nicht ganz, denn da nur Strom während des 
Scheitelwerts der Sinuskurve fließt, wird dieser mehr oder weniger stark 
abgeflacht und somit ist die Spannung etwas niedriger.
Damit kann man sowas schön simulieren:
http://www.duncanamps.com/psud2/index.html

Autor: Peter R. (pnu)
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Auch die Toleranz der Netzspannung sollte berücksichtigt werden, 
kleinster anzunehmender Wert ist dann Nennspannung -10%, deshalb werden 
hier für die Scheitelwertspannung gleich weitere 1,4 V 
Sicherheitszuschlag notwendig.
Für halbwegs richtiges Arbeiten des LM317 (siehe Datenblatt)dürften wohl 
mindestens 2V nötig sein, auch das muss dazugerechnet werden.
Allein diese zwei Gründe bringen mindestens 3V notwendige Reserve.

Autor: R. B. (blackbirdo00)
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Hallo Peter,

Also ich denke das wird ne sehr kappe sache mit deinem Trafo.

Aus eigener Erfahrung kann man gewisse Daumenregeln ableiten und die ist
bei normalen Brückengleichrichtern ca. 1,2 mal U~ ist ungefähr die zu 
erwartende Gleichspannung unter Last .
Dazu kommt noch wie viel "Saft" dein Trafo liefern kann .
Wenn er an der Sättigung betrieben wird , kann die Spannung wieder 
ziemlich in den Keller gehen , d.h. du hast gar keine 12 V mehr an der 
Sekundärwindung.....

Ich hoff es klappt
mfg
blacky

Autor: eProfi (Gast)
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Mach es Dir so einfach wie möglich, Trafo, Grätz-Gleichrichter, R 
(Glühlampe wirkt als Display, Strombegrenzung und Sicherung), Akku, 
fertig.

Ohne C und IC. Dem Akku ist doch völlig egal, ob er mit 900 oder 1100 mA 
geladen wird.

Ohne C ist die o.g. Spitzenbelastung und somit die thermische Belastung 
des Trafos noch am geringsten.

Außer Du baust eine PFC, aber bei dem Strom lohnt sich das nicht.

Laptopnetzteile haben oft 16-19V 3-5A, die eignen sich gut.

Autor: mhh (Gast)
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Wenn der Trafo unter allen Umständen verwendet werden soll (weil zu 
viele Nachteile sich daraus ergeben):

Niederohmigen belastbaren Vorwiderstand und einen 
Parallelspannungsregler für die 13,8 Volt nehmen. Der Widerstandswert 
bestimmt den Ladestrom (der aber nicht konstant ist). Der Parallelregler 
muß für Betrieb ohne Akku ausgelegt sein bzgl. Belastbarkeit.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Danke für eure Antworten.

Gibts eigentlich Stepup-Schaltregler, die aus 12V Eingangsspannung 15V 
machen und eine Strombegrenzung von 2A haben? Damit ließe sich die Sache 
natürlich einfacher machen und ich kann sogar mit 2A laden, was dann 
aber auch der maximale Strom wäre, denn die anderen 2A, die noch übrig 
bleiben , brauche ich für was anderes (der Trafo leifert zwar maximal 
5,2A, allerdings würde ich lieber die Grenze bei 4A setzen).

Autor: eProfi (Gast)
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Es bleiben Dir aber keine 2A mehr, denn die angegebene Belastbarkeit von 
5,2A gilt für sinusförmige Last. Sobald ein Gleichrichter dahinterhängt, 
hast Du eine impulsförmige Last, die mag der Trafo gar nicht gern.

D.h. hier ist die Belastbarkeit deutlich geringer. Es gibt in den 
E-Formelsammlungen einen Korrekturfaktor dafür, der je nach Lasttyp 
verschieden ist.

Suche mal nach dem Thema Stromflusswinkel.

PFC ist eigentlich nichts anderes als ein Gleichrichter und ein StepUp.

Autor: mhh (Gast)
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Mit 3,5A kannst Du ungefähr planen.

Autor: Hektor (Gast)
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Ich kann nur empfehlen mindestens einen Brückengleichrichter mit 
Schottky-Dioden einzusetzen, das bringt gleich 1 V mehr am Ladeelko, 
dann reichts vielleicht sogar schon, z.B. 4x MBR2020 dürfte genügen. 
Wenn nicht dann eben ein Synchrongleichrichter, der kann noch sehr viel 
weniger Spannungsabfall haben.

Autor: Ben (Gast)
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ein recht einfacher schaltregler könnte sein problem lösen... die 12V 
vom trafo sieben und rein in den schaltregler. für die 12V/3A reicht ein 
sperrwandler, ferrittrafo aus einem alten fernseher-netzteil (wichtig, 
daß das auch als sperrwandler aufgebaut war) luftspalt beachten bzw. 
nach dem neu wickeln wieder herstellen zb. durch folie zwischenlegen. 
steuerung kann z.b. ein TL494 werden, da hats auch gleich zwei 
fehlerverstärker. einen für die spannungsregelung, den zweiten für die 
strombegrenzung.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wenn man den alten LM317 durch einen Low Drop Regler ersetzt, ggf. noch 
shottkydioden beim Gleichrichter, solle es gerade reichen. Statt eine 
Spannungsregelung könnte man auch den Strom zu den Akkus regeln. Die 
einfache Art, mit wenig Spannungsabfall ist ein Bipolarer Transistor 
(z.B. 2N3055) der nur einen begrenzten basisstrom bekommt. Das ist nicht 
besonders stabil, aber zum Akku laden sollte es reichen.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Thomas E. schrieb:
> Hallo!
>
> Folgendes Problem: Ich möchte einen Bleiakku laden, habe aber nur einen
> 12V-Transformator übrig. Die Gleichrichterschaltung ist eine normale
> Brückengleichrichterschaltung mit zwei Glättungskondensatoren ...
> ...Die
> Batteriespannung wird von einem µC gemessen, dieser sorgt auch für das
> abschalten des LM317 (über Relais).


Da es Pb ist, ist der Lm317 vollkommen überflüssig.

Mach es daher so einfach:
Einzig den Ladestrom per Widerstand so im Maximalwert begrenzen, dass 
weder Akku noch Trafo/Gleichrichter Schaden nehmen.

Den Rest erledigt die Ladespannungsüberwachung. Die hast Du sowieso.

Die Temperatur des Akkus überwachen professionelle Systeme auch, und 
passen die Abschaltspannung an. Das sollte der chronisch 
unterbeschäftigte uC also gleich mit erledigen.


>  Der Akku soll mit einem konstantem Strom von 1A geladen werden

Irgendwann kommt der Tag da begreift es auch der Letzte: 
Kontantstromladung bitte nicht bei Pb-Akkus.



> Stimmen meine Berechnungen und würde das so funktionieren?

Ohne LM317 funktioniert das sehr gut, s.o.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Hallo!

Danke für eure Antworten.

Mir ist noch eine andere Idee gekommen, die die ganze Sache ein wenig 
umgestaltet. Ich habe mir mal genauer angesehen und durchgerechnet 
(beziehungsweise überschlagen) was der Akku dann versorgen soll und 
denke, die ganze Sache lässt sich vereinfachen.

Ich benötige nämlich die ganze Zeit über nur 0,01A und nur kurzzeitig 
(so um die 2h am Tag) 2-3A. Aus diesem Grunde dachte ich mir, ich lade 
den Akku mit 0,5A nach dem UI-Ladeverfahren und speise parallel die 
Schaltung. Nehmen wir an, der Akku ist vollgeladen und der Ladestrom ist 
minimal (durch U-Regler begrenzt), um die 0,01A, die aus dem Akku 
genommen werden auszugleichen. Dann schaltet sich der größere 
Verbraucher für zwei Stunden ein und zieht 2A, währenddessen der 
Ladestrom wieder auf seinen begrenzten Wert von 0,5A steigt. Somit 
werden 1,5A aus dem Akku genommen. Nach dem sich der große Verbraucher 
abgeschaltet hat bleibt ausreichend Zeit (die ganze Nacht über), den 
Akku wieder vollzuladen, wobei der kleine Verbraucher fortwährend 0,01A 
zieht.

Sinn der ganzen Sache ist eine Pufferung des kleinen Verbrauchers, und 
notfalls eine Speisung beider Verbraucher ohne Netzspannung.

Würde das so funktionieren?

Danke für eure Hilfe
Thomas

Autor: Ben (Gast)
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konstantstromladung ist wenigen ampere schon okay wenn beim erreichen 
von 14,4V abgeschaltet wird. hab ich selbst lange zeit mit einem 
vor-µC-Zeiten-Regler so gemacht (nur schon bei 14,2V abgeschaltet) und 
dem akku hats nicht geschadet.

wenn man mit 10-20A laden will was bei größeren bleiakkus ja durchaus 
normal ist sollte man das nicht machen, da gehört der ladestrom gegen 
ende runtergefahren sonst wird zu schnell abgeschaltet und der akku 
nicht ganz voll.

eigentlich ist dem akku völlig egal was er an strom bekommt. den könnte 
man sogar ohne siebung laden, solange die spannung nicht die 
gasungsspannung erreicht alles kein problem.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Würde denn die Schaltung so funktionieren?

Bei der Ladschlussspannung von 13,8V (oder 14V) wird abgeschaltet und 
bei einer Akkuspannung von 13,5V wieder eingeschaltet. Der 
Spannungsteiler zur Messung der Akkuspannung ist noch nicht 
eingezeichnet.

Gruß
Thomas

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Der vorhandene Spannungsteiler ist übrigens für eine spätere Messung 
gedacht.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Weiß keiner, ob das so funktioniert?

Autor: MaWin (Gast)
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So braucht dein LM317 noch mehr Spannung.

Ist Stromverbrauch so wichtig, du sagst, deine Schaltung braucht im 
Mittel 260mA.

Wenn dein Trafo nach dem Brückengleichrichter maximal 12V*1.414-2V = 15V 
liefert, dein Akku nicht mehr als 13.8V haben sollte, begrenze doch den 
Strom per Widerstand von sagen wir 1.5 Ohm/2W, Siebelko sparst du dir 
(der Akku siebt auch, und besser).

Sollte der Akku über 13.8V geladen werden, leitest du den Strom ab, per 
dem Akku parallelgeschaltetem Shuntregler. Das ist oft ein TL431, den 
man für 1A mit einem Transistor (maximal 15W) verstärken müsste.

Trafo -> Gleichrichter -> Akku -> ab 13.8V belasten

und schon kommst du gut hin mit deiner niedrigen Eingangsspannung.

Ladestrom wird also per Vorwiderstand begrenzt.
Ladespannung per Shuntregler.

So braucht die Schaltung bei vollem Akku zwar genau so viel Stromk als 
wenn sie laden würde, aber stäört das wirklich?

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Hallo!

Danke für deine Antwort.

Nun, bei der letzten von mir geposteten Schaltung habe ich einen 15V 
(!)-Trafo eingezeichnet. Also nix mehr mit 12V. Meine Frage bezüglich 
des Funktionierens der Schaltung bezog sich auf den von mir geposteten 
Schaltplan. Also einen 15V Trafo. Somit sollten mindestens um die 17V 
Gleichspannung zur Verfügung stehen.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Keiner ne Vorstellung davon, was ich meine?

Autor: mhh (Gast)
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Ja, dann probiere es doch aus. (Empfehlen tue ich dir aber 18V)

Autor: MaWin (Gast)
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> Ja, dann probiere es doch aus

Vorher rechnen hilft auch:

15V *1.414 = 21.21 - 2V (Gleichrichter) = 19.21, -2.5V (LM317) = 16.71V 
- 1.25V (Shunt) = 15.46V - 0.7V (Diode) = 14.76V, und 13.8V müssen 
mindestens rauskommen (wer überwacht das eigentlich?). Reicht schon 
nicht mehr, wenn der Siebelko pro 1/100sec Periode mehr als 1V verliert, 
oder die Netzspannung um mehr als 8% einbricht, oder gar beides 
zusammen.

Ich empfehle einen Widerstand zur Strombegrenzung.

Autor: Thomas E. (tomedl)
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Hallo!

Überwachen tut ein Mega8, der noch einige andere Dinge zu tun hat.

Also du meinst den LM317 als Spannungsquelle schalten und vor dem LM317 
einen Widerstand einzubauen?!

lg
thomas

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