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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Tiefentladeschutz 12V Abschaltspannung berechnen


Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Hi,
ich habe hier einen Tiefentladeschutz fuer ein 12V Bleiakku.
Kann mir jemand sagen, wie ich fuer diese Schaltung die Spannungswerte 
fuer Abschalten und wieder zuschalten berechne?

Ich habe die Schaltung so vorgefertigt gefunden. Dies ist ja nun eine 
etwas andere Art eines invertierenden Schmitt Triggers, oder nicht?

Was ist der Vorteil dieser SChlatung gegenueber einem invertierendem 
Schmitt Trigger?

Gruss

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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sorry hab versehentlich zweimaldas gleiche bild hochgeladen. Also nur 
eins ansehen reicht!

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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sorry, ist wohl eine abart eines nicht invertierenden schmitt triggers, 
trotzdem gelten die obigen fragen weiterhin.

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Heinrich.

> ich habe hier einen Tiefentladeschutz fuer ein 12V Bleiakku.
> Kann mir jemand sagen, wie ich fuer diese Schaltung die Spannungswerte
> fuer Abschalten und wieder zuschalten berechne?

Der invertierende (-) Eingang wird mit der Z-Diode auf 5v festgenagelt.
Der andere nichtinvertierende (+) Eingang stellt sich auf 
Eingangsspannung durch Summe aus oberen und unterem Widerstand mal 
unterer Widerstand.
Wenn die Eingangsspannung etwa 7,6V erreicht, ist an den Eingängen 
theoretisch Gleichstand mit 5V (Eingangswiderstand des LM393 
vernachlässigt). Der LM393 ist ein Komparator. er vergleicht beide 
Eingangsspannungen sehr empfindlich. Ist der invertierende (-) höher, 
kippt der Ausgang auf Low, ist der nichtinvertierende (+) Eingang höher, 
kippt er auf Low. Wenn also die Eingangsspannung größer als 7,6 V ist, 
ist am nichtinvertierende (+) Eingang die Spannung größer als die 5V am 
invertierende (-) Eingang. Der Ausgang kippt auf fast Betriebsspannung, 
legt das Gate des Transistors hoch und die lampe leuchtet.

>
> Ich habe die Schaltung so vorgefertigt gefunden. Dies ist ja nun eine
> etwas andere Art eines invertierenden Schmitt Triggers, oder nicht?

Das ist überhaupt kein Schmitt-trigger. :-) Wenn die Spannung um 7,6(5)V 
ist, ist ein undefinierter Zustand, und die Lampe flackert. :-)

Ein Schmitt-trigger würde über einen Widerstand seinen Ausgang auf den 
nichtinvertiereden Eingang legen. Dadurch entsteht eine Differenz 
zwischen Ein- und Ausschaltschwelle, die verhindert, das die Lampe im 
Übergangsbereich rumflackert.


> Was ist der Vorteil dieser SChlatung gegenueber einem invertierendem
> Schmitt Trigger?

Der Vorteil dieser Schaltung ist, das sie einfacher ist. Ihr Nachteil 
ist,
das sie 1) überhaupt keinen Schmitt-trigger beinhaltet,  und 2) nicht 
durch Kondensatoren entstört ist.

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

Autor: Philipp (Gast)
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Nach deinen ausführungen könnte der LM vom ausgang nach masse eine 
verbindung haben, er könnte nur low auswerfen

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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meinsst Du den condesator. der ist nicht mit dem Ausgang verbunden. Soll 
kein Punkt dort sein. Oder was meinst Du mit Ausgang mit Masse 
verbunden?

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Heinrich.

Ein Fehler!

> Ist der invertierende (-) höher,
> kippt der Ausgang auf Low, ist der nichtinvertierende (+) Eingang höher,
> kippt er auf Low.

Es muss heissen:
Ist der invertierende (-) höher,
kippt der Ausgang auf Low, ist der nichtinvertierende (+) Eingang höher,
kippt er auf High.

Für einen Tiefentladeschutz mit Schmitt Trigger schau mal auf das Bild.

Allerdings habe ich etwas daraus entfernt, und die Schaltung auf die 
Schnelle nicht neu berechnet. Die 33k für R26 könnten etwas mager sein.
Wenn tie Schwellen zu tief sind, R26 auf 39k erhöhen. Wenn das dann 
zuviel ist, für einen Feinabgleich R26 durch eine Reihenschaltung 
ersetzten.
Zum Probieren sind 33k für R 26 ein guter Startwert....
D3 ist eine 1,25V Referenz Diode.

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Ja meine Schaltung scheint wirklich murks zu sein. Ich komme allerdings 
auf
ca 14 V fuer den Schaltpunkt?
Wie kamst Du auf 7.6V?

Zu deiner Schaltung?
Ich weurde gerne verstehen warum so viele Kondesatoren drin sind. wuerde 
nicht ein fetter parallel zur Batterie reichen, wie in der Schlatung die 
cih aufgetrieben habw?

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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und noch ne Frage?
Was passiert, wenn ich den R5 weglasse? Wozu ist dieser Widerstand?

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Heinrich.

> Was passiert, wenn ich den R5 weglasse? Wozu ist dieser Widerstand?

Der LM393 hat einen open collector Ausgang. Das ist einfach ein 
Transistor, der für Low nach Masse schaltet. Er kann aber dort für high 
kein signal rausgeben. Damit der Ausgang überhaupt high werden kann, 
musst Du über den Widerstand R5 dort eine Spannung anlegen.
Hat der Transistor nicht (für high) geschaltet, liegt sie halt dort an, 
schaltet der Transistor (für low), wird sie nach Masse kurzgeschlossen.

> Ich komme allerdings auf ca 14 V fuer den Schaltpunkt? Wie kamst Du auf > 7.6V?

Der Gleichgewichtspunkt bei Dir am + Eingang ist 5V. Der Strom in den 
Komparator + Eingang hinein sei vernachlässigbar klein (weiss nicht, ob 
das komplett stimmt, kommt dem aber nahe). Der Widerstand nach Masse ist 
750k. Der Strom ist I ist U/R, also 5V/750k=6,6 * 10E-6A. Der gleiche 
Strom muss auch durch die obigen 390k fliessen. Die Spannung ist dann 
U=R*I , also  390k*6,6 * 10E-6A=2,574V. Die Widerstände sind in Reihe, 
die teilspannungen addieren sich. Also 5V+2,574V=7,574V das sind also 
7,6V.

Fehler die Du feststellst, kommen entweder daher, das ein nicht 
vernachlässigbarer Strom in den LM393 Eingang hinein abfliesst, oder 
Deine Schaltung Schwingt, und Du merkst es nicht....;-)

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Ok, habs schon verstanden. Warum aber nun fast an jedem Bauteil ein 
KOndensator?

Und noch eine dumme Frage?
Diese Bezeichnung der Widerstaende:
z.B 3K9 was bedeutet das?
Und die Bezeichnung der Kondensatoren?4u7/16V/T?

Kannst Du mir noch was zu dem MOSFET in meiner Schaltung sagen?
Kann ich den in deiner einfach auch benutzen?

Gruss
bin uebrigens auch aus Essen, also nciht weit von Duisburg. Nur gerade 
in Maputo.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Für einen Tiefentladeschutz mit Schmitt Trigger schau mal auf das Bild.

C39 solltest du weglassen, weil er die Funktion des Schmitt-Triggers 
lahm legt. Du willst ja, daß beim Erreichen des Umschaltpunktes der "+" 
Eingang schnell aus der Gefahrenzone herausbefördert wird. Da ist C39 
kontraproduktiv.

Auch C40 sollte nicht direkt an den Ausgang des Komparators geschaltet 
werden, weil beim schlagartigen Entladen ein riesiger Stromspike fließt, 
der völlig unnötig einen massiven "ground bounce" in die Schaltung 
bringt. Außerdem könnte der Ausgangstransistor des Komparattors Schaden 
nehmen.

Kai Klaas

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Heinrich, hallo Kai.

> Warum aber nun fast an jedem Bauteil ein
> KOndensator?

Entstörung. Damit das ganze träge wird, und nicht jeder Störimpuls das 
ganze zum kippen bringt. ;-)


> Diese Bezeichnung der Widerstaende:
> z.B 3K9 was bedeutet das?

3,9 kilo Ohm.

> Und die Bezeichnung der Kondensatoren?4u7/16V/T?

4,7 mycro F, 16V, Tantal (Kai wird aufschreien. :-) )

> Kannst Du mir noch was zu dem MOSFET in meiner Schaltung sagen?
> Kann ich den in deiner einfach auch benutzen?

Ja. Das sollte gehen. Auch wenn ich persönlich besser schlafen würde, 
wenn ich  den Widerstand im Gate verringern würde, und noch einen 
zusätzlichen Widerstand vom Gate nach Masse legen würde.
Das würde aber u.U. auch eine Umdimensionierung der Restschaltung 
bedeuten.

Vergiss die Freilaufdiode nicht, wenn du statt der Lampe ein Relais 
schalten willst.


> C39 solltest du weglassen, weil er die Funktion des Schmitt-Triggers
> lahm legt. Du willst ja, daß beim Erreichen des Umschaltpunktes der "+"
> Eingang schnell aus der Gefahrenzone herausbefördert wird. Da ist C39
> kontraproduktiv.

Akkus sind nicht so flott. Da stört die kleine Verzögerung nicht. Aber 
Störpulse werden sicher draussen gehalten.

> Auch C40 sollte nicht direkt an den Ausgang des Komparators geschaltet
> werden, weil beim schlagartigen Entladen ein riesiger Stromspike fließt,
> der völlig unnötig einen massiven "ground bounce" in die Schaltung
> bringt. Außerdem könnte der Ausgangstransistor des Komparattors Schaden
> nehmen.

Bei 470nF eher nicht. In 10 Jahren ist von gut 1000 Schaltungen mit dem 
Problem keine ausgefallen.  ;-) Er sitzt ca. 20mm vom Ausgang entfernt. 
Aber Störpulse werden sicher draussen gehalten.

Was bei der Schaltung aber noch fehlt, ist der Kondensator über der 
Versorgungsspannung. Auf dem Schaltplan und auf der Platine sitzt er 
eben in einer anderen Ecke etwas entfernd und ist beim Ausschneiden 
verlorengegangen.
Es handelt sich dabei um eine Paralellschaltung aus einem 470nF Keramik 
Kondensator und einem 100uF Elko.
C5 ist direkt am IC. Aus Störgründen.

In der stark gestörten Umgebung, in der die Schaltung betrieben wurde, 
führten C39 und C40 kleiner als 100nF zu häufigen Fehlfunktionen. ;-)

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

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Autor: Kai Klaas (Gast)
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>4,7 mycro F, 16V, Tantal (Kai wird aufschreien. :-) )

Wieso sollte ich? C8 geht doch völlig in Ordnung. Die Schaltung soll ja 
nur auf langsame Veränderungen der Batteriespannung reagieren und nicht 
auf jeden Schaltvorgang. C8 behindert ja auch nicht den Umschaltvorgang 
bzw. den Sprung der Spannung am "+" Eingang des Komparators.

Aber C39 ist völliger Murks. Die Anwesenheit von C40 kann gerade die 
Störung produzieren, die du glaubst mit C39 beseitigen zu können. Lasse 
beide weg und die Schaltung wird wesentlich stabiler.

Kai Klaas

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Hi,
koenntest Du mir mehr zu der Schaltung sagen?
Wiesviele hast Du davon in Betrieb und wie lange?
Ich braeuchte das Dingen fuer ne Minisolaranlage in Mozambqiue. Sollte 
also schon robust sein. Funkentsrtoerung ist vermutlich nicht so 
wichtig, kann aber natuerlich nicht schaden.
Gruss
Heinrich

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Uebrigens, die Widerstandwerte in meiner schaltung oben waren fuer den 
Spannungsteiler falsch.
Hab die mal nachgemessen. Mit den richtigen kommt man auf 11.1 V als 
Abschaltspannung.
Mit Schmitttrigger ists natuerlich besser.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich braeuchte das Dingen fuer ne Minisolaranlage in Mozambqiue. Sollte
>also schon robust sein.

Ach du bist es! Hatten wir nicht besprochen, daß du auch etwas gegen das 
Überladen des Bleiackus tun mußt??

Kai Klaas

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Heinrich.

> koenntest Du mir mehr zu der Schaltung sagen?

Im Original hing R26 nicht direkt an Ubatt, sondern über einen FET und 
einen weiteren widerstand an Ubatt. Ubatt war nicht Ubatt, sondern Uein, 
welche mit Ubatt über mehrere Diodenstrecken verbunden war (darum zum 
Messen der Batteriespannung ungeeignet). Uein scaltete auch den FET zu 
Ubatt ein. Diese schaltung war jetzt nötig, da bei abgeschalteter Uein 
der Messzwei immer noch an Ubatt hing, und das nuckeln am Akku vermieden 
werden sollte.
Das alles fehlt in dem Schaltplan, den Du oben siehst, und die 33k für 
R26 sind darum etwas geraten. Es fehlt noch mehr.....das oben gezeigte 
Stück sind weniger als 10% der kompletten Platine.

Die Ausschaltschwelle lag bei 9,8 bis 10V (Blei Gel Akku 12V, 7,5Ah, der 
aber mit 20A belastet wird). Die Widereinschaltschwelle liegt bei 12 bis 
12,2V . Nnicht voll, aber der Kunde will mit dem Teil schnell 
weiterarbeiten können. Ich persönlich hätte dort gerne eine deutlich 
höhere Schwelle gehabt, aber der Cheff hat so nett gebeten.....


> Wiesviele hast Du davon in Betrieb und wie lange?

ca. 1000 Stück bis jetzt und das seit 2000. Jedes Jahr so 50-150 Stück 
dazu. Wird aber in Zukunft viel weniger.

> Ich braeuchte das Dingen fuer ne Minisolaranlage in Mozambqiue. Sollte
> also schon robust sein.

Robust ist es. Zu einer Schaltung gehört immer noch die Umgebung. In 
diesem Falle eine Funkenquelle mit 350V/65A/70us Pulsen in 200Hz.
Eine 10kV Zündspannung bahnt dem Funken den Weg.

Darum auch die paranoide Entstörung. ;-) Es ging also weniger um aktive 
Funkentstörung sondern um passive. Hilft aber auch bei Gewitter in der 
Nähe. :-)

> Funkentsrtoerung ist vermutlich nicht so
> wichtig, kann aber natuerlich nicht schaden.

Mit die heftigsten "Funkstörungen" die Du bekommst, kommen nicht von 
Radioaussendungen, sondern von Gewittern oder elektronischen Geräten. 
:-/

Die Schaltung ist nicht von mir. Ich habe sie nur zuverlässig zum laufen 
gebracht. Unter anderem durch Einfügen von C39 und C40. ;-)

Wenn ich sie selber neu entwickeln würde, würde ich statt des 
Schmitt-Triggers mit LM393 Komparator ein NE555 als 
Zweipunktregler/Schmitt-Trigger verwenden. Das ist nur wenig 
aufwändiger, aber noch robuster.

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Kai.

>>Ich braeuchte das Dingen fuer ne Minisolaranlage in Mozambqiue. Sollte
>>also schon robust sein.
> Ach du bist es! Hatten wir nicht besprochen, daß du auch etwas gegen das
> Überladen des Bleiackus tun mußt??

Ach, ihr kennt euch?

Nun, gegen Überladung nimmt er grundsätzlich die gleiche Schaltung 
nochmal und dimensioniert sie halt um für die obere Abschaltschwelle.

Wobei je nach Blei Akkutyp ein bisschen Überladen sogar wichtig ist. 
Stichwort "Ausgleichsladung".

Mit Freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ach, ihr kennt euch?

Ja, aus diesem Thread:

Beitrag "tiefentladeschutz 12VBleiAkku"

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Ich braeuchte das Dingen fuer ne Minisolaranlage in Mozambqiue. Sollte
>also schon robust sein.

In der Elektor 5/88 ist ein brauchbarer Solarregler gezeigt, der mit 
leicht erhältlichen Standardbauteilen aufgebaut werden kann. Er hat 
einen Überladeschutz mit Ladespannungsbegrenzung, einen 
Tiefentladeschutz, eine elektronische Kurzschlußsicherung, einen 
Verpolschutz für Akku und Solargenerator, eine Ladeanzeige und weist 
einen Ruhestromverbrauch von nur 1,7mA auf.

Bau einfach die Schaltung nach und gut ist.

Kai Klaas

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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klingt gut, ich schaus mir mal an.
Naja klar das ich auch einen ueberladeschutz brauche, nur wie gesagt, 
dachte ich mir auch schon, dass ich da quasi die gleiche schaltung wie 
fuer den tiefentladeschutz nehemen kann. Muss nur schaltschwelle aendern 
und MOSFET umdrehen.

Zum MOSFET haette ich mal ne Frage. Was passiert denn wenn ich zwischen 
Gate ubd Source einen WIderstand setze. Was muss ich beid er Berechnung 
des Schmitt Trigger aendern?

Gruss
Heinrich

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Und ja ich bins, ich bastel noch immer an sonem Regler rum
Gruss

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Koenntest Du mir noch den link zu elektor 5/88 schicken oder wie komme 
ich ansonsten an den Artikel dran?
Ich bin in Mozambique, also eigentlich habich nur das Internet zur 
Verfuegung.
Hat einer ne Idee?
Gruss

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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wir könnnten es scannen und mailen .-)

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Naja klar das ich auch einen ueberladeschutz brauche, nur wie gesagt,
>dachte ich mir auch schon, dass ich da quasi die gleiche schaltung wie
>fuer den tiefentladeschutz nehemen kann. Muss nur schaltschwelle aendern
>und MOSFET umdrehen.

Es ist schon ein klein wenig komplizierter...

>Zum MOSFET haette ich mal ne Frage. Was passiert denn wenn ich zwischen
>Gate ubd Source einen WIderstand setze. Was muss ich beid er Berechnung
>des Schmitt Trigger aendern?

Heinrich, tu dir einen Gefallen und bau ein bewährtes Konzept nach. 
Gerade, wenn es nicht nur ein Hobby sein soll, sondern zuverlässig und 
robust in Mozambique funktionieren muß.

Kai Klaas

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Koenntest Du mir noch den link zu elektor 5/88 schicken oder wie komme
>ich ansonsten an den Artikel dran?

Ich kann dir einen Scan zuschicken. Gib mir deine e-mail-Adresse. (Nimm 
vielleicht besser eine Wegwerfadresse.)

Kai Klaas

Autor: Heinrich Geymueller (heinzer81)
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Wenn ich das beaehrte Konzept verstehe mache ich das gerne. Kein 
Problem.
Also scannen und mailen waere natuerlich echt top. Waer mir ne echte 
Hilfe.
solarreglerbau (ad) googlemail.com
Gruss

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Ich probiers nachher mal...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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So, ist unterwegs...

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