Huhu zusammen!
Ich versuche nun schon seit einiger Zeit eine Spannungsanzeige mit
einem LM393 zu realisieren... Und zwar möchte ich bei 7,2V ein Low
Signal und bei 6,8V ein High Signal haben.
Allerdings finde ich einfach nicht herauf wie ich die Widerstände und
die Hysterese, sowie Uref berechne. Kann mir da jemand weiterhelfen ?
Der Verwendungszweck ist eine einfach eine Anzeige ob der Akku noch
laden kann oder halt die Spannung erreicht hat.
Die Widerstände sind allerdings nicht dimensioniert im Schaltplan, er
ist als Prinzip zu verstehen.
OT:
Ich weiss dass es schöner geht, vielleicht auch eleganter, aber das sind
nunmal die Bauteile die ich hier habe und mir soll es für den Anfang
reichen.
Ich möchte erstmal schauen ob es funktioniert und die ganze Sache dann
bei Bedarf erweitern vielleicht.
Eine "Uref" gibt es ja noch garnicht.
Der unstabilisierte Teil der Betriebsspannung ist keine
Spannungsreferenz. Ferner sollten die beiden LM317 ihre Plätze tauschen.
Zuerst der Spannungsregler für die Elektronik, und dann der Stromregler
für den Akku.
Marcel B. schrieb:> Allerdings finde ich einfach nicht herauf wie ich die Widerstände und> die Hysterese, sowie Uref berechne. Kann mir da jemand weiterhelfen ?
Zunächst: was ist Uref in deiner Schaltung?
Dann:
- lass zunächst mal R7 weg. Mit R6 und R8 berechnest du die Schwelle,
die den Umschaltpunkt gibt in Bezug zu VBAT.
- Der Einfluss des R7 verändert den Umschaltpunkt, weil er die Spannung
an +E des 393 verändert. Die Veränderung hängt ab von R6, R8, R5 und
natürlich R7.
Unschön an dem Design ist, dass ja VCC schwanken kann und somit der
Beitrag des Hystereswiderstand bei HIGH am Ausgang vom 393 sich auch
ändert. Also, der Pullup R3 auf die schwankende VCC taugt nichts.
Eigentlich müsste an Stelle von R6/R7 eine Referenzspannung (z.B. mit
TL431) angebracht sein und R3 auf eine weitgehend stabile Spannung
gelegt werden.
der schreckliche Sven schrieb:> Ferner sollten die beiden LM317 ihre Plätze tauschen.> Zuerst der Spannungsregler für die Elektronik, und dann der Stromregler> für den Akku.
Ich verstand das so: Ladegerät mit Strombegrenzung (bei recht leerem
Akku) und Spannungsbegrenzung (bei vollem Akku). Dann wäre die
Reihenfolge schon richtig.
HildeK schrieb:> Zunächst: was ist Uref in deiner Schaltung?>> Dann:> - lass zunächst mal R7 weg. Mit R6 und R8 berechnest du die Schwelle,> die den Umschaltpunkt gibt in Bezug zu VBAT.
Danke! Das wird ja Vref.
> - Der Einfluss des R7 verändert den Umschaltpunkt, weil er die Spannung> an +E des 393 verändert. Die Veränderung hängt ab von R6, R8, R5 und> natürlich R7.
Ganz genau da liegt mein Problem! Wie berechne ich das am besten und
einfachsten ?
>> Unschön an dem Design ist, dass ja VCC schwanken kann und somit der> Beitrag des Hystereswiderstand bei HIGH am Ausgang vom 393 sich auch> ändert. Also, der Pullup R3 auf die schwankende VCC taugt nichts.> Eigentlich müsste an Stelle von R6/R7 eine Referenzspannung (z.B. mit> TL431) angebracht sein und R3 auf eine weitgehend stabile Spannung> gelegt werden.
Das wäre die nächste Phase, das Feintuning, hehe.
Könnte man auch mit einer Z-Diode und anpassen von R6 und R8
hinbekommen, oder ?
HildeK schrieb:> Ich verstand das so: Ladegerät mit Strombegrenzung (bei recht leerem> Akku) und Spannungsbegrenzung (bei vollem Akku). Dann wäre die> Reihenfolge schon richtig.
So soll es sein!
LG,
Gigi
Marcel B. schrieb:> Ganz genau da liegt mein Problem! Wie berechne ich das am besten und> einfachsten ?
Nehmen wir mal an, VCC sei wirklich konstant.
Dann hast du durch R6 und R8 eine Spannungsquelle mit VCC*R8/(R6+R8) und
dem Innenwiderstand R6||R8. Zusammen mit R5 liegt also an +E diese
Spannung mit dem Innenwiderstand R6||R8 + R5 an.
Jetzt hast du eine zweite Spannungsquelle am Ausgang des 393, die
entweder 0V sein kann mit Ri≈0 oder aber VCC mit Ri=R3.
Jetzt musst du bei gegebenen R6, R8 und R5 R7 so bestimmen, dass bei
393-Out = 0V am +E 6.8V anliegen und bei 393-Out = VCC 7.2V anliegen.
Überlagerungssatz von zwei Quellen mit sogar wechselndem Innenwiderstand
Nicht ganz einfach, zumal ja die Abstände von VCC zu VBAT und VBAT zu
GND nicht mal symmetrisch sein müssen.
Ich wäre an deiner Stelle faul und würde LTSpice fragen. Zunächst ohne
R7 den Schaltpunkt auf die 7V festlegen und dann mit R7 sehen, wie groß
er sein muss und was ggf. an R6 und R8 (also der Referenzspannung) bzw.
R3 noch angepasst werden sollte.
Ein paar Iterationen, man sieht den Einfluss der Teilnehmer und hätte
schnell ein brauchbares Ergebnis.
Wie gesagt: ich wäre faul :-).
Wenn die Spannung am -Eingang genauso groß ist wie
die Betriebsspannung des LM393, dann ist daß eine
Fehlkonstruktion. Erzeuge mit einer Z-Diode eine
Hilfsspannung die etwa halb so groß ist wie die
Beriebsspannung des LM393 und setze am -Eingang
einen einstellbaren Spannungsteiler.
HildeK schrieb:> ich wäre an deiner Stelle faul und würde LTSpice fragen.
Genau das werde ich tun. :D
Vielleicht auch die Spannung mithilfe eines Shunts messen, das wird wohl
einfach sein, denke ich.
Danke jedenfalls schonmal für die freundlichen Erklärungen!
Günter Lenz schrieb:> Wenn die Spannung am -Eingang genauso groß ist wie> die Betriebsspannung des LM393, dann ist daß eine> Fehlkonstruktion. Erzeuge mit einer Z-Diode eine> Hilfsspannung die etwa halb so groß ist wie die> Beriebsspannung des LM393 und setze am -Eingang> einen einstellbaren Spannungsteiler.
Spannung am Eingang ist UBat = max. 7,2V
VCC hat 12V :)
Marcel B. schrieb:> Vielleicht auch die Spannung mithilfe eines Shunts messen, das wird wohl> einfach sein, denke ich.
Da verwechselt du was. Mit einem Shunt werden Ströme gemessen.
Nein, deine Spannungsmessung von VBat ist schon ok. Was du brauchst, ist
eine stabile Referenz mit 7V (VBatt_nominal), leicht herzustellen mit
einem TL431.
Neuer Vorschlag
Einfach die Spannung an R10 messen und als Kriterium für Batterie ist
voll nehmen.
Während des Ladens liegen dort 1,25V an. Wenn die Batterie die
Endladespannung erreicht hat, geht der zweite Regler in den Modus
Spannungsbegrenzung. Ab da sinkt der Ladestrom und damit der
Spannungsabfall an R10.
Der zweite Regler muss natürlich mit den 2 Widerständen exakt auf die
Endladespannung eingestellt sein. Das kann man aber sehr gut ohne
Batterie mit einem Lastwiderstand testen.
Okay,
dann habe ich mich falsch ausgedrückt.
Wollte über den Spannungsabfall den Ladestrom messen und wenn der un
1C/100 fällt, Lampe leuchten lassen. Dachte das wäre einfacher.
Gut, dann muss ich mir eine Vref bauen. TL431 habe ich aber nicht im
Hause, also erstmal warten bis zur nächsten Bestellung.
Ich habe gerade mal LTSpice probiert, aber ich bekomme nichtmal den
Schaltplan importiert von Eagle. Also bleibt nur rechnen und das wird ja
uferlos.
Marcel B. schrieb:
>Allerdings finde ich einfach nicht herauf wie ich die Widerstände und>die Hysterese, sowie Uref berechne. Kann mir da jemand weiterhelfen ?
R5 und R7 bilden einen Spannungsteiler, mit Spannungsteilerformel
kannst du dann die beiden Schaltschwellen ausrechnen.
Voraussetzung ist aber eine stabile Hilfsspannung. Die Spannung
an C3 ist dafür total ungeeignet.
Günter Lenz schrieb:> R5 und R7 bilden einen Spannungsteiler, mit Spannungsteilerformel> kannst du dann die beiden Schaltschwellen ausrechnen.
Danke!
Aber was genau teilen R5 und R7 ? Wenn der Pegel auf High ist liegt ja
VCC an, das heisst von VCC nach VCC fliesst kein Strom.
Beim Lowpegel wird die Spannung über R8 nochmals geteilt. Allerdings
dreifach durch den Pullup.
Wobei mir dort auffällt das Q1 auch noch einen Widerstand nach GND an
der Basis braucht oder ?
Denn wenn der Pegel low ist dann fliesst ja der Strom über R3,R7,R5 und
R8 nach GND und der Transistor sieht den Spannungsabfall an R7.
Mensch das alles nur um 2 LEDs leuchten zu lassen. Ich blick da
nichtmehr durch. :D
Ich habe mal R3 und R5 weggelassen. Damit wird die Berechnung etwas
einfacher, und man hat trotzdem noch genügend Freiheitsgrade, um die
beiden Schwellwerte UH und UL unabhängig voneinander festzulegen.
R6, UH, UL und Uref>UH gibst du vor, dann liefern die folgenden Formeln
R7 und R8:
Mit UH=7,2V, UL=6,8V, Uref=12V und R6=1,2kΩ ist R7=12,24kΩ≈12kΩ und
R8=1,8kΩ. Simulation s. Anhang.
Da eine Belastung des Ausgangs die Schwellwerte des Schmitt-Triggers
beeinflusst, würde ich den zweiten Komparator des LM393 zwischen den
Ausgang des ersten und die LED-Treiberstufen schalten. Evtl. kann der
zweite Komparator eine LED direkt treiben, dann kannst du einen der
beiden Transistoren einsparen.
Yalu X. schrieb:> Ich habe mal R3 und R5 weggelassen. Damit wird die Berechnung etwas> einfacher, und man hat trotzdem noch genügend Freiheitsgrade, um die> beiden Schwellwerte UH und UL unabhängig voneinander festzulegen.
Ich habe den Plan jetzt nochmal neu aufgebaut (ohne die LED Stufe)
und mit einem TL431 eine VRef erzeugt. (Hoffentlich richtig ?)
Hat das einen bestimmten Grund dass du 12V als VRef genommen hast ?
LG,
Gigi
Es fehlt ein Pullup am OC-Ausgang des 393.
Außerdem sind die Widerstände R6-R8, R3 und das Poti meiner Ansicht nach
um den Faktor 10 zu klein.
Ob die Verhältnisse passen, habe ich nicht geprüft.
HildeK schrieb:> Es fehlt ein Pullup am OC-Ausgang des 393.
Jau stimmt, da kommt ja eh noch das LED Gedingsel hin. :)
> Außerdem sind die Widerstände R6-R8, R3 und das Poti meiner Ansicht nach> um den Faktor 10 zu klein.
Woran macht man das denn eigentlich fest?
Gibts da eine Faustregel?
LG,
Gigi
Marcel B. schrieb:> Woran macht man das denn eigentlich fest?
Ich hab das an R4 festgemacht. Der TL431 ist ja sowas wie eine
einstellbare Z-Diode und über R4 muss der Strom auch für die anderen
Widerstände und für den 431 kommen. R4 ist in der Schaltung aber der
Größte ...
Ansonsten: 10k als so 'ne Art Grundwert in OPA- oder
Komparatorschaltungen ist ein brauchbarer Anfangswert.
Deutlich darunter braucht man unnötig viel Strom, deutlich darüber wird
die Schaltung empfindlicher - so ganz grob gesagt.
Marcel B. schrieb:> Ich habe den Plan jetzt nochmal neu aufgebaut (ohne die LED Stufe)> und mit einem TL431 eine VRef erzeugt. (Hoffentlich richtig ?)
Ja, sieht richtig aus, bis auf die Widerstände R3, R4 udn RV1 (s.
Kommentar von HildeK). Da musst du noch einmal darüber nachdenken, wenn
du dich auf einen Wert für die Referenzspannung festgelegt hast (s.u.).
> Hat das einen bestimmten Grund dass du 12V als VRef genommen hast ?
Nein, du kannst eine beliebige andere Spannung nehmen, sie muss nur
größer als 7,2V (die obere Schaltschwelle) sein. Änderst du die
Spannung, musst du die Widerstände nach den Formeln in meinem letzten
Beitrag neu berechnen.
HildeK schrieb:> Es fehlt ein Pullup am OC-Ausgang des 393.
Den habe ich bewusst weggelassen, weil er hier nicht unbedingt nötig
ist. Der Ausgang floatet im High-Zustand wegen R8, R7 und R6 trotzdem
nicht, ist allerdings vergleichsweise hochohmig, was aber nicht stört,
wenn man den Ausgang nur mit einem weiteren Komparatoreingang (wie oben
empfohlen) belastet.
Man kann natürlich einen Pull-Up hinzufügen, muss dann aber die obigen
Formeln neu aufstellen. Um die Schaltung halbwegs lastunabhängig zu
machen, müsste man den Pull-Up aber schon sehr klein wählen, was
wiederum den Low-Ausgangspegel des Komparators und damit die untere
Schaltschwelle verfälscht. Wenn man sowieso dafür sorgt, dass der
Ausgang durch die nachfolgende Schaltung kaum belastet wird, kann man
den Pull-Up auch gleich weglassen.
> Außerdem sind die Widerstände R6-R8, R3 und das Poti meiner Ansicht nach> um den Faktor 10 zu klein.
Was R6-R8 betrifft: Macht man sie größer, wird der Ausgang noch
hochohmiger. Da der TL431 bis 100mA liefern kann und mit mindestens 1mA
belastet werden sollte, ist die Dimensionierung der Widerstände IMHO
schon in Ordnung. Dem TL431 werden bei dieser Dimensionierung 4mA
entnommen.
Guten Abend
Yalu X. schrieb:> Marcel B. schrieb:>> Ich habe den Plan jetzt nochmal neu aufgebaut (ohne die LED Stufe)>> und mit einem TL431 eine VRef erzeugt. (Hoffentlich richtig ?)>> Ja, sieht richtig aus, bis auf die Widerstände R3, R4 udn RV1 (s.> Kommentar von HildeK). Da musst du noch einmal darüber nachdenken, wenn> du dich auf einen Wert für die Referenzspannung festgelegt hast (s.u.).
Wenn ich die Widerstände aber erhöhe habe ich nicht genügend strom für
den TL431!
12V / 7kOhm = 0,0017A
Oder habe ich da einen Denkfehler ?
Zur Stabilisierung kann ich ja den 2. Teil des 393 als Spannungsfolger
an den Ausgang vom ersten Teil schalten, oder ?
LG,
Gigi
Marcel B. schrieb:> Wenn ich die Widerstände aber erhöhe habe ich nicht genügend strom für> den TL431!>> 12V / 7kOhm = 0,0017A>> Oder habe ich da einen Denkfehler ?
Ja, der Stom in den Ref-Pin beträgt max 4μA. Der Strom in die Kathode
soll >1mA sein. Deshalb hatte ich den R4 auch von der Erhöhung
ausgenommen. Der könnte/müsste ev. noch niedriger sein, je nachdem,
welche Spannung Uz für den TL431 eingestellt wird.
Der Strom durch den Teiler R3 und Poti sollte natürlich deutlich größer
als die 4μA sein, aber so 0.1-0.5mA reichen gut!
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