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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Regler mit Einzel-OP


Autor: Gerolsteiner (Gast)
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Guten Tag,

ich möchte mit einem einzelnen OP (MCP601, +5V single) eine 
Steuerspannung von ca. 0 bis 2V auf einen Spannungsregler geben, um 
damit die Ausgangsspannung zu regulieren.
Habe den OP- mit einem Spannungsteiler 3K74 und 19K2 (Ub=+5V) auf ca. 
4,2V gelegt. Der OP+ Eingang bekommt eine Steuerspannung über einen 
Spannungsteiler 10K0 gegen Masse + 10K0 an Steuerspannungseingang. Es 
soll ab 8,4V eine stetig steigende Spannung über eine Sperrdiode an den 
Spannungsregler gekoppelt werden, damit dieser die 8,4V konstant hält.
Der Spannungsregler regelt mit steigender Steuerspannung nach unten.

Bei einem Versuchsaufbau stelle ich fest, daß der OP-Ausgang sofort 
'hoch' schaltet, sobald der pos. Eingang größer wird. Kann man das nicht 
feiner in kleinen Raten (stetig) hin bekommen??

Autor: Edi R. (edi_r)
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Es ist schwer, sich den Schaltplan vorzustellen, wenn man nur einen 
Beschreibungstext hat, aber soweit ich das verstanden habe, fehlt jede 
Rückkopplung, und Du betreibst den OP als Komparator.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Hui, das geht ja schneller als die Polizei erlaubt.

Ja, habe aber mal im positiven Zweig 220nF mit 10K in Reihe probiert. 
Kommen differenzierte Signale raus, aber nichts stetiges.

Autor: Edi R. (edi_r)
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Leg mal einen Widerstand vom OP-Ausgang zum invertierenden Eingang 
(OP-), etwa im Bereich 2-3 kOhm oder so. Dann müsste sich das Verhalten 
Schon mal ändern.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Habe mal eine Zeichnung drangehängt. War ehemals eine TIFF-Datei, ist 
jetzt plötzlich  'ne PNG. Konnte die Datei auch nicht wieder löschen.
Eeventl. muß ich vom Schaltplan ein Foto machen.

Werde den Widerstand mal einlöten. Dauert ein paar Minuten...

Autor: holger (Gast)
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>Habe mal eine Zeichnung drangehängt.

Schöne Mitkopplung hast du da gebaut. Such mal nach
"Nicht invertierender Verstärker mit OP".

So wird das nix;)

Autor: Edi R. (edi_r)
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Den R25 und den C28 würde ich erst mal weglassen, die könnten eine 
Schwingneigung verursachen.

Deien Schaltung läuft letzten Endes auf sowas hinaus:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Operations...
Nur dass Du noch einen Widerstand gegen Ub hast.

Autor: MaWin (Gast)
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> Bei einem Versuchsaufbau stelle ich fest, daß der OP-Ausgang sofort
> 'hoch' schaltet, sobald der pos. Eingang größer wird.

Das ist normal, man Leerlaufverstärkung.
Du solltest noch mal nachschlagen, wie OpAmps funktionieren,
und in deine Schaltung den geregelten Spannungsregler
mit einzeichnen, denn ohne eine geschlossene Regelschleife
wird das nichts.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Prima Rechteckgenerator habe ich jetzt, saubere Flanken, hi.

Das mit dem C28 ist mal ein Versuch gewesen. Habe vorher einen ganz 
normalen Subtrahierer aufgebaut mit 10-facher Verstärkung (R25 = 100K). 
Dann auf 10K reduziert. Die Steuerspannung ändert sich ganz langsam im 
uV-Bereich, weshalb ich erstaunt war, das der OP einfach nur schaltet.

OK, will mal schnell den gesamten Schaltplan zusammenstellen, 's wird 
wohl besser sein.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Irgendwas schief gegangen.
Hier der Schaltplan.

Autor: holger (Gast)
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>Hier der Schaltplan.

Hättest du ja mal mit nem Grafikprogramm drehen können.
Ist immer noch ein Komparator mit Hysterese.

Autor: A. K. (prx)
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Der von dir als "REF" bezeichneter Pin des LM2576 ist keineswegs eine 
Referenzspannung, sondern der Feedback zur Messung der Ausgangsspannung. 
Woher soll er die sonst kennen.

Nope, so kann das nicht funktionieren.

Autor: MaWin (Gast)
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Du hast was anderes gebaut, siehe deren R11/dein R25&C28,
und du musst FEEDBACK schon an BAT1 anschliessen, sonst regelt sich da 
nichts aus.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Anhängend der komplette Schaltplan. Die Rückführspannung zum steuern des 
Reglers liegt je nach Ladezustand zwischen 6 und 8,4V. Diese 8,4V sollen 
dann auch konstant gehalten werden, was dazu führt, daß der Ladestrom in 
den Li-Ion-Akku sinkt. Dafür muß die Ladespannung aus dem Schaltregler 
aber ca. 0,3 - 0,5V größer sein, damit die Diode im Akku kompensiert 
wird.
Die Stromkonstanschaltung ist wg. der Übersichtlichkeit entfernt. Am 
REF-Eingang ist normalerweise ein Widerstand von U-Batt als Rückführung. 
Diese soll aber aus dem Akku kommen und mit einer Spannungsreferenz 
verglichen werden!

Autor: A. K. (prx)
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Nochmal ganz vor vorne für Doofe: Soll das nun ein Ladegerät sein, etwas 
arg umständlich beschrieben, oder soll das ganz etwas Anderes sein was 
ich noch nicht verstanden habe?

Es wäre übrigens besser, wenn du deine mysteriöse Salamitaktik aufgibst, 
und nicht die Hälfte "der Übersichtlichkeit halber" weglässt.

Als Ladegerät ergibt diese umständliche Feedback-Methode nämlich 
keinerlei Sinn. Feedback kann der Regler ganz gut selber, besonders wenn 
man die Rückflussverhinderungsdiode woanders unterbringt.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Das soll ein Ladegerät für einen Li-Ion-Akku werden. Der pos. 
Ladekontakt ist im Akku über eine Diode mit der Zelle verbunden.
Wenn ich nun mit der Ladeelektronik eine Spannung von 8,7V einstelle, 
kann ich die Li-Zellen zwar auf 8,4 Volt laden, es können aber auch 8,45 
werden, je nach Ladestrom. Jetzt hat der Akku aber noch einen direkten 
Kontakt zur Zelle, welcher wegen einer PTC-Sicherung nicht zum Laden 
geeignet ist.
Dort kann ich exakt die Spannung messen und diese als Feedback zum 
Regler führen. Vorher muß diese aber noch mit einer Referenz verknüpft 
werden, das direkte Feedback zum Schaltregler nützt also nichts.

Autor: A. K. (prx)
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Roger Knoll schrieb:

> Dort kann ich exakt die Spannung messen und diese als Feedback zum
> Regler führen. Vorher muß diese aber noch mit einer Referenz verknüpft
> werden, das direkte Feedback zum Schaltregler nützt also nichts.

Ich sehe immer noch nicht, weshalb der Regler die 8,4V nicht selber 
regeln soll. Wozu dient diese 100mA Diode vor dem Akku eigentlich? Wenn 
die den Rückfluss in den Regler verhindern soll: Da fällt mir ein 
besserer Platz ein, wo sie die Spannungsregelung nicht behindert: direkt 
am Ausgang des Reglers.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Es tut mir leid, wenn ich es so schwer mache. Die Diode habe ich in der 
Eile nicht umbenannt, ist einfach 'ne Kopie mit 'Cut' und 'Paste' aus 
dem Eagle.

Es geht hier um einen fertigen, käuflichen Akku. In einem solchen können 
außer der Rückflußdiode auch weitere Schutzmaßnahmen eingebaut worden 
sein, an welchen Spannung abfällt. Es ist also eine seriöse Sache, kein 
Schnick-Schnack.

Um die verschiedenen Akkuversionen alle unter gleichen Bedingungen laden 
zu können, muß diese Rückführung sein. Egal, was auf dem Weg zur Zelle 
als Spannungsabfall verloren geht, die Zelle selbst darf max. 8,4V + 
0,5% sehen.
Deshalb der OP mit der Referenz von 4,2V.
Es ging vielleicht auch mit einem LM3420-4.2 einfach in Reihe als 
Shunt-Regler, nur der ist teuer und z.Zt. kaum zu bekommen.

Autor: A. K. (prx)
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Was spricht eigentlich dagehen, den Spannungsteiler des 
Feedback-Anschlusses des LM2576 direkt an den Akku dranzuhängen? Also 
ohne den ganzen Zirkus mit dem OPV.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Nochmal kurz zum Schaltregler. Der R12=10K zieht den Regler auf, ohne 
die 'Einspeisung' der Feedbackspannung würde die max. Spannung aus dem 
Regler kommen. Über die Diode D7 (und weitere Dioden) speise ich die 
Feedbackspannung ein. Diese reguliert sich hier typischerweise auf 
1,23V.
Damit sich die zusätzlichen Einspeiser nicht gegenseitig beeinflussen, 
sind sie durch Dioden entkoppelt.
Der Einfachheit halber habe ich das alles aus dem Plan rausgeschmissen; 
als Li-Ion-Lader (ohne Strombegrenzung) ist das übersichtlicher.

Autor: A. K. (prx)
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Sorry, ich mag Salami sonst zwar, aber nicht hier. Viel Glück.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Diese Idee hatte ich auch sofort. Woher weiß dann Schaltregler, daß er 
nicht mehr als 8,4V (an der Li-Zelle) darf. Die Li-Zelle frißt, was sie 
kriegt, bis sie abfackelt.
Da muß eine Referenz drüber wachen.
Ich könnte auch einen uProz. mit AD- und DA-Wandler nehmen. Schauen, 
wann 8,4V an der Zelle sind, Spannung am Schaltregler merken und 
konstant halten. Ist wieder 'ne Woche Programmierarbeit und der uP 
kostet mehr als der OP.

Autor: MaWin (Gast)
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> Das soll ein Ladegerät für einen Li-Ion-Akku werden.

Wo hast du denn den Schrott her ?

Tonne auf, Schaltung rein, Tonne zu.

Ein 78L05 hat niemals eine ausreichend präzise Spannung für das direkte 
laden eine LiIon Akkus ohne Schutzschaltung. LiIon will 0.5% 
Genauigkeit, nicht 5%.

Und wenn das Akkupack eine Schutzschaltung hätte, dann müsste man nicht 
auf 8.4V regeln, sondern halt etwas über 8.4V (so 9V passen), und DAFÜR 
täte es dann der LM2575ADJ ohne weiteren OpAmp.

Wer verbreitet denn so lebensgefährliche Schwachsinnsschaltungen ?

Wenn man den 78L05 gegen eine präzise Referenzspannungsquelle ersetzen 
würde (sagen wir LM4120) und auch keine blöden 1% Widerstände im 
Spannungsteiler verwendet sondern 0.1%er, dann bräuhte man immer noch 
einen Balancer bzw. Akku-Protection-IC damit gewährleistet werden kann, 
daß nicht EINE Zelle weniger und die andere mehr (und damit zu viel) 
bekommt.
Die Lösung, 2 Zellen ohne weitere Elektronik in Reihe zu laden, taugt 
also so oder so nichts.

Autor: R. K. (gerolsteiner)
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Ich will hier niemanden verärgern.
Habe oben geschrieben: 8,4V +0.5%!
Weiterhin, daß das ein fertiger, käuflicher Li-Ion-Akkus ist. Dieser hat 
bereits die Schutzelektronik (mit IC S8232 und SO8-FET) drin.
Diese Akkus werden von seriösen Firmen gebaut, das ist nicht so ein 
billiger China-Mist, wo einem die Taschen heiß werden, wenn der 
Schlüsselbund mit drin ist.
Ich wollte doch nur mal 'nen Tipp, wie man mit einem einfachen OP eine 
simple Schaltung aufbauen kann.

Autor: MaWin (Gast)
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> Ich will hier niemanden verärgern.
> Habe oben geschrieben: 8,4V +0.5%!

Nach dem Artikel, auf den ich geantwortet habe,
tut mir leid, aber ich brauch auch einige Zeit
um Antworten zu tippen.

Aber:

Wenn es Akkupacks mit Schutzelektronik sind,
ist das genaue Einhalten von 8.4V witzlos,
denn wenn eine Zelle 4.0V hat, hat die andere
schon 4.4V und bumm.

NUR die Schutzelektronik überprüft jede Zelle einzeln
und schaltet ab, so bald die erste die 4.2V+0.5% erreicht.

Wenn der Akku noch einen Balancer enthält, der den vollen
Ladestrom balancieren kann, ist das zwar gut und schadet nicht,
aber einerseits ist so was selten, andererseits hat ihn deiner
nicht, und drittens forderst du das auch nicht.

Ein 2-Zellen Akku kann niemals ohne Balancer auf eine
Summenspannung von 8.4V als Abschaltkriterium geladen werden.

Halte dich an deine Schutzschaltung, die den Akku abklemmt,
so bald eine Zelle ihre Ladeschlusspannung erreicht
(und sogar genau auf die Chemie der Akkus, ob LiIon oder LiPoly,
eingestellt ist).
Deine Ladeschaltung muss dann bloss den begrentzen Ladestrom
liefern, mit einer Leerlaufspannung die über 8.4V liegt, aber nicht
mehr als die Ladeeelektronik des Akkus aushält (sicher 10V).
Die Schaltung funktioniert sogar mit Akkupacks, die ihrerseits
per internem Schaltregler den Ladestrom begrenzen.

Du erkennst den Abschaltmoment der Ladeelektronik ganz ohne
weitere elektrische Verbindungen zum Akku am plötzlichen
Absacken des Stromes und folglich ansteigen der Spannung
auf die Leerlaufspannung.

Um das zu bauen (effektiv als Schaltregler), reicht der
LM2576ADJ eingestellt auf 9V mit seiner eigenen Strombegrenzung.
Kein OpAmp. Keine "Referenzspannung" aus einem 78L05.
Und die Präzision der Widerstände im Spannungsteiler ist
unwichtig (na ja, besser 10% sollten es schon sein).


Ob du nach Abschalten der Akkuschutzschaltung mit dem Laden
für immer aufhörst (den Schaltregler abschaltest) oder
dranlässt als Erhaltungsladung, bleibt dir überlassen, eine
grüne LED kann das Anliegen der Leerlaufspannung und somit
des "Akku voll" Zeichens signalisieren.

Autor: Gerolsteiner (Gast)
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Guten Morgen,

die Diskusion geht über das hinaus, was ich eigentlich wollte: einen 
Schaltungsvorschlag für einen OP, welcher bei Erreichen der 
Referenzspannung nicht wie beim Komparator schlagartig auf 'High' geht, 
sondern stetig mit der Eingangsspannung steigt.

Der Li-Ion-Lader ist nun in den Vordergrund gerutscht, wilde Vermutungen 
über Dies und Jenes, Salamitaktik usw. Was soll das??!

Was im Einzelnen im Li-Ion-Akku passiert und wie die Zellen 
untereinander gesteuert, geschützt und abgesichert werden, kann ich auf 
Grund des Schaltbildes selbst ersehen. Wir müssen den Akku einfach so 
behandeln wie den OP, als Black Box, ohne zu wissen, welche Transistoren 
wie und mit welchen Widerständen zusammen geschaltet werden.
Ob da für einen Versuchsaufbau ein 78L05 drin ist, wird doch keinen 
Krieg auslösen. Dann sind's halt nur 4,97564V im Einzelfall, für den 
Versuch.

Nur zur Info. Ein Li-Ion-Akku hat auch einen bestimmten 
Lade-Algorithmus, und nur das Vorhandensein der z.B. 8,4V heißt noch 
lange nicht, daß der Akku voll ist.
..und die Ladung sollte nach einer bestimmten Zeit wirklich abgeschaltet 
werden.

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