24V 2A USV mit Single 12V Akku - Eigenbau

[Hugo P. (portisch)]

Hallo zusammen.

Da ich in Zukunft eine 24V USV für eine SPS benötigen werde habe ich mir 
dazu ein paar Gedanken gemacht.

Rausgekommen ist der Schlatplan der angehängt ist!

Alle Teile sind entweder schon in der Bastelbox oder können als gratis 
Muster beim Hersteller (Linear, Maxim, Coilcraft) bestellt werden.

Nun zu meiner Überlegung:
1 Akkulader
Zwei LM317 (VR1 und VR2) laden einen 12V Bleiakku mit maximal 500mA und 
13,2V.

2 Betrieb: 24V Versorgung
Die Umschaltung von den "normalen" 24V auf den Akku übernimmt IC1 und 
IC2.
IC1 schaut ob die 24V Versorgung über 17V ist.
Wenn ja, wird mit dem BS170 der IC2 deaktiviert und somit der Akku 
abgetrennt.
Fällt die Versorgungspannung unter 17V wird T1 abgeschaltet und der T3 
lässt den Betrieb von IC2 zu.

3 Betrieb: Akku
Der IC2 ist auch gleichzeitig für den Tiefentladungsschutz. Fällt die 
Akkuspannung unter 11,5V wird T2 deaktiviert. T2 kann nur aktiv sein, 
wenn die Betriebsspannung unter 17V ist.

4 Step Up Converter
Um nun auch mit den 12V Akku 24V am Ausgang zu haben wird ein Step Up 
Converter benötigt. Die Schaltung für IC3 ist für 2A, 24V bei UMIN von 
11V ausgelegt. Laut Berechnung hat er bei 11V eine Efficiency von 92%. 
Bei höher Eingangsspannung steigt die Efficiency.

5 Versorgungsspannung ist wieder verfügbar
Wenn die Versorgungsspannung wieder über 17V steigt schaltet IC1 mit T3 
den IC2 ab. Gleichzeitig wird T1 aktiviert und es läuft wieder der 
normale Betrieb. Auch startet die Ladung des Akkus wieder.

Nun habe ich das ganze erst in Theorie zusammengebastelt. Ich kann also 
noch nicht 100% garantieren ob das alles so funktioniert!

Die Muster bekomme ich in den nächsten Wochen zugesendet.

Ideen, Kritik usw. ist willkommen!

[Hugo P. (portisch)]

Eine weitere Bauteilsuche hat mich auf die Teile:

MAX1538, MAX8725 und von intersil ISL6255 gebracht.

ISL6255:
+ Package zum Löten
+ gratis Muster

- es scheint nicht Bleiakku tauglich zu sein!?

MAX8725:
+ gratis Muster

- Package zum Löten
- es scheint nicht Bleiakku tauglich zu sein obwohl in der Suche der 
Lead Acid angegeben ist!?


Bei beiden ICs kann man über die Zellenauswahl 2-4 die Ladespannung 
auswählen. Mit zusätzlichen Trimmen kann bei beiden maximal ~13,23V
erreicht werden.

Oder stimmt diese Tabelle? Dann könnte es funktionieren!
> 14,4V - Akku wird geladen,  Überladung- und Gasungsgefahr
> 13,8V - Akku wird geladen, maximale Dauerspannung
> 13,2V - Akku wird geladen, problemlose Dauerspannung
> 12,7V - Ruhespannung eines sehr guten und vollen Akkus
> 12,6V - Ruhespannung eines guten vollen Akkus
> 12,5V - Ruhespannung eines brauchbaren vollen Akkus
> 12,5V - unter geringer Stromentnahme: guter Akku voll
> 12,0V - unter geringer Stromentnahme: Akku halb leer
> 11,5V - unter geringer Stromentnahme: Akku leer
> 11,0V - unter geringer Stromentnahme: Akku absolut leer wird langsam Sondermüll
> 10.5V - unter geringer Stromentnahme: Akku wird Sondermüll
> 10,0V - Akku ist Sondermüll

[Hugo P. (portisch)]

Guten Tag zusammen!

Nun ist die UPS fertig!

Anbei der aktuelle Schaltplan und Fotos von der Platine die ich mit der 
Tonertransfer-Methode gemacht habe.

Die UPS wird nun mit einem einzelnen 12V Bleiakku betrieben.
Mit dem Taster wird die Batterie freigeben. Fällt die Spannung des Akkus 
unter 10,5V dann wird er abgetrennt (Tiefentladungsschutz).

Fällt die 24V DC IN Versorgung unter die aktuelle Akkuspannung wird auf 
den Akku automatisch umgeschaltet.

Die Ausgangsspannung bleibt dabei konstant bei 24V.

Ist die Eingangsspannung über ~17V wird der Akku mit 500mA/13,8V geladen 
und kann somit immer dran bleiben. Der Ladevorgang dauert halt etwas 
länger durch den geringen Strom, aber wie oft fällt den schon der Strom 
aus? die LM317 werden maximal 75°C warm und gehen somit nicht in die 
Strombegrenzung.

Bei 2A am Ausgang werden ca. 4,2A vom Akku gezogen.
Also den Akku nicht zu klein dimensionieren!

Mein 6Ah Testakku würde dann also ca. 1h bei Volllast durchhalten.

Die Bauteile können größtenteils bei Maxim unc Coilcraft gratis als 
Muster besorgt werden. Die P-FETs kosten ~4€/10STK.
Den Rest hatte ich herumliegen...

[Andrew T. (marsufant)]

Respekt Hugo, saubere Arbeit die Du da abgeliefert hast! Sieht wirklich 
fein aus.

[Hugo P. (portisch)]

Andrew Taylor schrieb:
> Respekt Hugo, saubere Arbeit die Du da abgeliefert hast! Sieht wirklich
>
> fein aus.

Danke!

Mann könnte es noch um Welten weiterentwickeln!

1. Einen intelligenten Lader wie z.B. den MAX1772. Der nur dann Strom 
nimmt wenn er auch verfügbar ist. Oder einen Schnelllader der nach dem 
Laden auf Erhaltungsladung umschaltet.

2. Einen 2. Akkuanschluss hinzufügen (das kann der MAX1773 ja schon). 
Dann hätte man doppelte Überbrückungszeit wenn die Versorgung ausfällt. 
Dazu bräuchte es dann aber noch dazu einen AVR, der zwischen den Akkus 
hin und her schaltet damit auch beide geladen werden.

[Kevin H. (izzeman)]

Wo wird den die Temperatur vom Akku überwacht, bzw die 
Ladeschlussspannung zurückgefahren? Übersehe ich was?

Hab mal diese Tabelle gesehen hier rumkursieren:

"
Effeff, Alarmcom, Esser, etc. geben an:
13,82 bei Akkutemperatur 10 Grad Celsius
13,78 bei Akkutemperatur 20 Grad Celsius
13,75 bei Akkutemperatur 25 Grad Celsius
13,60 bei Akkutemperatur 30 Grad Celsius
13,50 bei Akkutemperatur 40 Grad Celsius
"

Wird der Akku sooft getauscht das das kein Einfluss hat bei dir?
Oder Steht die SPS nur in Nem Büroraum?

[Hugo P. (portisch)]

Akkutemperatur wird aktuell nicht berücksichtigt.
Ich bin derzeit von konstanten 20° ausgegangen, da sich die SPS und Akku 
im Keller befinden wird. Da sollte ja halbwegs eine konstante Temperatur 
sein.

Mein gekauftes Ladegerät mit Erhaltungsladung macht das auch nicht.
Man kann halt 13,5V statt 13,8V einstellen. Dann ist man bis 40° auf der 
sicheren Seite.

Es sollten halt mindestens 13,2V sein!

Oder gibt es einen Schaltungsvorschlag um die Temperatur zu 
berücksichten?

[Andrew T. (marsufant)]

Hugo Portisch schrieb:
> Oder gibt es einen Schaltungsvorschlag um die Temperatur zu
>
> berücksichten?

z.B. einen KTY Sensor an Deine Ladeschaltung adaptieren. Mehr machen 
EffEff, Telenot, etc auch nicht
(BTW: diese obige Tabelle habe ich mal vor Monaten ins Forum hier 
eingestellt).

[MaWin (Gast)]

> Mann könnte es noch um Welten weiterentwickeln!

Vielleicht: zurückentwickeln.

Ich meine, jede Menge teurer Spezialteile,
auch wenn du gerne Muster abstaubst.

Ich verstehe z.B. nicht, warum nicht einfach
eine (Schottky-Doppel-)diode reicht, um 24V
Netzteil und Akku voneinander zu trennen.

Und warum man nicht einfach stinknormale ICs
verwendet, um den Schaltregler auszubauen,
z.B. MC34063 oder UC3842 (hört bei 10V von
alleine auf zu arbeiten und startet erst
wieder wenn Netzspannung > 14.6V kommt)
mit externem MOSFET als Schalttransistor.
Eine Sepic-Schaltung erlaubt auch die echte
Abtrennung der Last bei Unterspannung.
Und ein PB137 (der leider auch keine korrekte
Temperaturkompensation macht) könnte den Akku
laden
oder ein L200 mit NTC im Feedback-Netzwerk.


So würde man es zumindest bauen, wenn man
kommerziell erfolgreich werden will: Billige
Bauteile, dafür intelligentere Schaltung,
keine Probleme mit Beschaffung und Preis.

[Hugo P. (portisch)]

MaWin schrieb:
> So würde man es zumindest bauen, wenn man
>
> kommerziell erfolgreich werden will: Billige
>
> Bauteile, dafür intelligentere Schaltung,
>
> keine Probleme mit Beschaffung und Preis.

Taja, da ich weder vorhabe mit diesem Projekt in die Produktion zu gehen 
oder mir mehrere Stück davon zu bauen ist das kein Argument für mich. 
Ich habe ja nur eine einzelne SPS.

Du kannst dir die UPS natürlich auch nach deinen Vorstellungen selber 
zusammenbauen. Ich war halt so "nett" und habe meine Schaltung frei zur 
Verfügung gestellt. Ob jetzt jemand daraus Profit schlägt oder nicht ist 
mir mehr oder weniger egal. Siehe USB IR Remote Receiver.

Und warum alles komplett diskret aufbauen wenn es z.B. den LT1170 fertig 
gibt!? Auch dieser ist als Muster zu bekommen. Vorteil: es wird kein 
externer Mosfet benötigt.

Mir selber hat die bestückte Platine ca. €6 gekostet. (Arbeitsaufwand 
natürlich nicht gerechnet). Alles entweder Muster oder Standard 
Bauteile.

[Hugo P. (portisch)]

>> Effeff, Alarmcom, Esser, etc. geben an:
>> 13,82 bei Akkutemperatur 10 Grad Celsius
>> 13,78 bei Akkutemperatur 20 Grad Celsius
>> 13,75 bei Akkutemperatur 25 Grad Celsius
>> 13,60 bei Akkutemperatur 30 Grad Celsius
>> 13,50 bei Akkutemperatur 40 Grad Celsius

Ich habe mir das jetzt ein wenig angesehen.

Wenn man R10 mit dem Schaltbild ersetzt wird (KTY81/110 + 3x1k) kommen 
ganz brauchbare Werte raus:

10: 13,83900583
20: 13,69681547
25: 13,63031915
30: 13,56671291
40: 13,44900049

Könnte doch funktionieren, oder?

EDIT:
In der Ersatzschaltung fehlt noch ein 220 Ohm Widerstand der die 
Parallelschaltung wieder auf ~ 470 Ohm bringt.

[Andrew T. (marsufant)]

Hugo Portisch schrieb:
> Wenn man R10 mit dem Schaltbild ersetzt wird (KTY81/110 + 3x1k) kommen
>
> ganz brauchbare Werte raus:
>
>
>
> 10: 13,83900583
>
> 20: 13,69681547
>
> 25: 13,63031915
>
> 30: 13,56671291
>
> 40: 13,44900049
>
>
>
> Könnte doch funktionieren, oder?

Klar.

Etwas wesentlich anderes als ein KTY steckt bei Esser, EffEff, Telenot, 
etc. auch nicht dran.

Und, was wirklich nett ist: Man kann Deinen Schaltungsvorschlag sehr gut 
nutzen, nur den Teil des Ladegerätes nehmen und hat ein schlichtes, gut 
funktionierendes 12V Akkudauerladegerät um z.B. den Motorradakku 
überwintern zu lassen. Etc.

Wie schon oben gesagt, das hast Du wirklich schön gelöst.

[Hugo P. (portisch)]

Anbei nun der aktualisierte Schaltplan.
Bei CN2 wird dann der KTY81/110 angeschlossen. Dieser sollte, damit es 
Sinn macht, am Akku befestigt sein.
Getestet wurde es noch nicht, nur durchgerechnet...

Auch ist ein EC7 hinzugekommen und der Wert von R16 hat sich geändert.
Ansonsten wurde der Akku beim Rückkehren der DC Spannung abgekoppelt.