Akkupack-"Schaltung" - so OK?

OP #2866279
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Guten Abend,

trau mich kaum fragen mit der Einfachst-Schaltung hier, aber ich bin 
heut schon etwas unkonzentriert und möchte euch bitten, kurz 
drüberzuschauen, obs so passt.

Soll die Strombegrenzung fürs Aufladen eines 14-Zellen NiMH Akkupacks 
werden. Da ich nicht zwischen Aufladen (strombegrenzt ~80mA) und 
Entladen (Begrenzung durch Verbraucher) manuell umschalten möchte, hab 
ich die zwei Dioden vorgesehen. Akkupack: entnommener Strom ~60mA, 
Kapazität Einzelzelle ~800mAh, Standard-AAA.


Naja, eben "keep it simple" ^^


Wird das so funktionieren?
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Gast #2867814
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Passt schon in etwa.
Bei vollem Akku (14x1,5V) passen Anzeige und Ladestrom vmtl. nicht mehr 
zusammen, aber egal.
Du überlädst den Akku natürlich ganz ordentlich, für ein paar Stunden 
sollte das ganze aber auch längerfristig funktionieren.

Die "Ein"-LED würd ich mit evtl. sparen (Akkulaufzeit).
Was macht der Schalter eigentlich?


Stephan
OP #2867832
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Wieso überlade ich den Akku? Ich habe jetzt 1100mAh Zellen vorgesehen. 
Der Ladestrom von ~105ma entspricht also etwa C/10. Wird halt ne normale 
14h-Ladung. Das Netzteil wird ja nur zum Laden drangehängt und dann 
abgesteckt.

Die Ein-LED wird ja nur 2mA brauchen, das gönn ich mir dann schon.

Der Schalter soll die Ausgangsbuchse des Akkupacks "abschalten", so dass 
beim Transport im Rucksack nicht irgendwie ein Kurzschluss mit 
metallischen Gegenständen entstehen kann.

Aber meine eigentliche Sorge ist, dass überhaupt Strom durch die 
Lade-LED fließt?! Oder nimmt der Strom den "bequemeren" Weg über den 
LM317?
OP #2871581
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So, habe die Schaltung jetzt nochmal ergänzt.

An dem Akkupack wird als Verbraucher nur ein Lüfter hängen, der maximal 
60mA benötigt. Entladen wird die Schaltung hauptsächlich auf Stufe 2, 
geladen wird immer auf Stufe 2. Stufe 1 dient nur dazu, den Luftstrom 
des Lüfters zu drosseln, wenn erwünscht.

Passt das alles so? Insbesondere die "Power good"- und die 
"Ladevorgang"- Anzeige über die LEDs?
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Gast #2872083
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Florian S. schrieb:
> Passt das alles so? Insbesondere die "Power good"- und die
> "Ladevorgang"- Anzeige über die LEDs?

Jein.
"Ladevorgang" wird an meistens 24V leuchten. Bei vollem Akku 
(14*1,45V+-0,05V) evtl. nur sehr schwach. Auf die Spannungen kann man 
sich bei NiMH aber nicht wirklich gut verlassen.

"Power Good"

R3/R4 sind relativ groß. 28µA Querstrom bei 2-4µA Last durch den TL 
(statisch durch Poti wegjustieren). ca. 0,5µA Schwankung des 
Eingangsstrom machen 250mV Schwankung an 500kOhm. Noch Ok.

Den TL431 willst du auf ca. 12V einstellen? Dann sollte die LED bei 
14V+-200mV aus sein. Toleranz insgesamt also so +-450mV. Schon 
ordentlich.

R2 ist zu groß und nicht gut auslegbar. Für 24V@10mA wärens 1kOhm; macht 
bei 15V noch 1mA. Unter 1mA ist der TL431 dann nicht mehr spezifiziert.

Was im Bereich unter 15V (mit Toleranzen unter 15,5V) passiert ist damit 
unklar. Vmtl. wird der Ausgangstransistor des TL431 komplett sperren und 
durch den Eigenverbrauch fließt weiterhin ein Strom von ein paar 100µA 
durch die Diode. Ist dann etwas dunkler als bei 15V und nicht mehr 
brauchbar.

Ich würde die Referenz etwas niederohmiger anfahren und die LED per 
Komparator ansteuern. Alternativ auch Differenzverstärker mit 
Arbeitsbereich 14V:aus ... 15V:100%.


Schalter direkt vor dem Akku um den bei längerer Nichtbenutzung von 
Leckströmen zu befreien?
Entladeschlussspannung würd ich bei der geringen Belastung mit mind. 
1,1V/Zelle ansetzen. Die 1,0V kommen dann je nach Akku maximal ein paar 
Minuten später. Wirklich aussagekräftg wird die Spannung bei NiMH aber 
nie sein.
Unter 1.0V/Zelle evtl. ganz trennen. Bei 14 Zellen ist da eine 
tiefentladene/umgepolte Zelle schon recht wahrscheinlich.


Stephan
OP #2872224
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Stephan schrieb:
> Jein.
> "Ladevorgang" wird an meistens 24V leuchten. Bei vollem Akku
> (14*1,45V+-0,05V) evtl. nur sehr schwach. Auf die Spannungen kann man
> sich bei NiMH aber nicht wirklich gut verlassen.
Das wäre OK. Dann hätte ich ja einen Anhaltspunkt, dass der Akku fast 
voll oder voll ist. Wobei der Akku wohl eh pauschal 14h am Netzteil 
hängen wird.

> "Power Good"
>
> R3/R4 sind relativ groß. 28µA Querstrom bei 2-4µA Last durch den TL
> (statisch durch Poti wegjustieren). ca. 0,5µA Schwankung des
> Eingangsstrom machen 250mV Schwankung an 500kOhm. Noch Ok.
Welches Wertepaar wäre den empfehlenswert?

> Den TL431 willst du auf ca. 12V einstellen? Dann sollte die LED bei
> 14V+-200mV aus sein. Toleranz insgesamt also so +-450mV. Schon
> ordentlich.
Nein, die Unterspannung sollte eigentlich bei 14V angezeigt werden. Oder 
wie du vorschlägst, bei 14*1,1V=15,4V. Die 15,4 wären mir auch lieber, 
die Akkus sollen ja bisschen halten.

> R2 ist zu groß und nicht gut auslegbar. Für 24V@10mA wärens 1kOhm; macht
> bei 15V noch 1mA. Unter 1mA ist der TL431 dann nicht mehr spezifiziert.
Beim Aufladen ist mir der Strom fast egal, da könnens schon 10-20mA 
sein. Wichtig ist der reine Akkubetrieb. Wäre 1kOhm noch OK, oder lieber 
weniger?

> Was im Bereich unter 15V (mit Toleranzen unter 15,5V) passiert ist damit
> unklar. Vmtl. wird der Ausgangstransistor des TL431 komplett sperren und
> durch den Eigenverbrauch fließt weiterhin ein Strom von ein paar 100µA
> durch die Diode. Ist dann etwas dunkler als bei 15V und nicht mehr
> brauchbar.
Das fällt ja dann bei der Auslegung auf 15,4V nicht mehr ins Gewicht?!

> Ich würde die Referenz etwas niederohmiger anfahren und die LED per
> Komparator ansteuern. Alternativ auch Differenzverstärker mit
> Arbeitsbereich 14V:aus ... 15V:100%.
Ich möchte gerne bei der gezeichneten Schaltung bleiben. Das Ganze soll 
nicht zu umfangreich werden (Gewicht/Volumenaspekt)

> Schalter direkt vor dem Akku um den bei längerer Nichtbenutzung von
> Leckströmen zu befreien?
Man könnte ja den "TL431-Strang" mit "Power-good" einfach nach links vom 
Schalter schieben, oder? Wichtig ist mir vor allem Schaltstellung 2, da 
würds ja wenig Unterschied machen.

Vielen Dank soweit!

Florian
Gast #2872816
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Florian S. schrieb:
> Welches Wertepaar wäre den empfehlenswert?

47k/220k

Florian S. schrieb:
> Beim Aufladen ist mir der Strom fast egal, da könnens schon 10-20mA
> sein. Wichtig ist der reine Akkubetrieb. Wäre 1kOhm noch OK, oder lieber
> weniger?

Viel weniger Widerstand geht halt nicht (hängt von der LED ab). Mehr als 
20mA mögen die einfachen normalerweise nicht.
Im Datenblatt nachlesen.

Florian S. schrieb:
> Das fällt ja dann bei der Auslegung auf 15,4V nicht mehr ins Gewicht?!

Das wird sogar noch kritischer!
etwas vereinfacht:
840 Ohm für 10mA an 24V.
Bei Nennspannung (1,2V Zellenspannung) ca. 1.7mA für die LED.
Bei 1,15V Zellenspannung ca. 0.9mA für die LED und schon unterhalb der 
Spec des TL431.
Bei 1,1V Zellenspannung 0mA plus den Mindeststrom für den TL431.
Bei 0,8V Zellenspannung 0mA plus den Mindeststrom für den TL431.

Jetzt brauchst du den Mindeststrom für deinen TL431 in deinem 
Temperaturbereich. Bei 0.1mA kannst du Leer von Nennspannung noch 
unterscheiden. Bei 0.5mA eher nicht.
Der Hersteller sagt, dass das Teil unter 1mA macht was es will.

Stephan
Gast #2872931
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Florian S. schrieb:
> Wie kommst du denn auf die Werte? Ich habe die Formeln für "Low Limit"
> aus der Skizze im Anhang verwendet.

Schau dir R4 (und Note A) nochmal genau an. R4 sorgt genau für das 1mA 
das der TL431 braucht - auch wenn die Diode nicht mehr leuchtet (kein 
Strom mehr drüber fließt).
1,8k könnten für ne grüne LED passen. Praktisch wird weniger als mA 
fließen und damit auch weniger als 1.8V über der Diode (bzw. R4) 
abfallen.

Florian S. schrieb:
> Der TL431 ist doch eine Art einstellbare Zenerdiode, oder?

Erst ab dem Mindeststrom. Drunter wird nicht geregelt und der 
Mindeststrom bestimmt zusammen mit dem "Vorwiderstand" die Spanung.

Seh aber grad, das der TL hier als Komparator geschaltet ist. Über 2,5V 
am Referenzeingang liegt die Kathode nahe Massepotential. Unter 2,5V 
geht die Spannung in Richtung Betriebsspannungsniveau (solange 
mindestens 1mA fließt).
Deine 8k als Vorwiderstand sind dann doch ok und es gibt ein klares 
Umschalten.

Für die Z-Diodenschaltung liegt der Spannungsteiler an der Kathode des 
TL.

Stephan
Gast #2873436
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Florian S. schrieb:
> oder nicht?

Nur wenn sie leuchtet. Und das wird sie mehr oder weniger hell tun bis 
der Akku komplett leer ist und der Akkupack für die Tonne.

Warum glaubst du ist im Datenblattbeispiel der Widerstand drin und wird 
explizit nochmal drauf hingewiesen??
Weil das Blatt noch nicht voll war wohl nicht.

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