Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bleigel Akku laden


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von Martin R. (m-joy)


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Guten Tag,

ich möchte einen Bleigel Akku laden und bin mir nicht sicher, ob meine 
Lösung eine gute ist.

Es steht eine 30V Spannung zur Verfügung, welche 2*12V Bleigel in Reihe 
laden soll. Die Maximale Akku Spannung sollte 27.5V (Schaltungsbedingt) 
sein (aufgeladen)
Dabei soll im Dauerbetrieb geladen werden, da der Akku nur selten 
zugeschaltet wird.

Die Akkus sind wie folgt spezifiziert:
Nennspannung 12V
Nennkapazität 6,5Ah
Nennstrom(J20) = 0,325A

Bei Dauerladebetrieb mit 2,3 bis 2,4V/Zelle.

Die Schaltung sieht so aus:

30V - 4x Dioden - Widerstand - Akku

Die vier dioden begrenzen die max Spannung auf ~27,2V, was schonmal 
nicht schlecht ist. Vier dioden sind andererseits relativ viel. Andere 
Ideen?
Des weitere soll der Widerstand den Strom begrenzen. Der Ladestrom ist 
nicht begrenzt (von Seiten des Akkus), aber wenn ich von ca 650mA 
ausgehe, fällt an dem Widerstand schon bei 10 Ohm 6.5W ab. Wie sollte 
dieser am besten Dimensioniert werden?
Leider kann der Hersteller keine Angabe über den Erhaltungsladestrom 
treffen.
Der Akku hängt durchgehend an den 30V bis diese abgeschaltet werden 
(Notaus) und der Akku dazu schaltet.

: Verschoben durch Admin
von Eumel (Gast)


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Die Lösung ist eher Suboptimal, nimm einfach eines der hunderten Lade 
ICs für Bleiakkus, die gibts auch für 24V Systeme. Da nimmst du dann die 
Beispielschaltung aus dem entsprechenden Datenblatt und musst dir nie 
mehr sorgen um deine Akkus machen :)

von MaWin (Gast)


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Wenn deine 30V genau genug sind, kannst du das so machen, allerdings 
wenn du den Widerstandauf 650mA bei leerem Akku dimensionierst, dauert 
es sehr lange bis er aufgeladen wird, schliesslich sinkt der Strom je 
voller er wird, und sind erst ein paar Zellen kaputt, hat der Akku sogar 
weniger Spannung, macht mehr Strom an den Widerständen und mehr Hitze, 
sie gehen kaputt.
Nimm besser einen L200, bei dem kann man Spannung und Strom einstellen, 
Schaltung im Datenblatt.

von pst69de (Gast)


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Hmmm ...
ob die Lösung gut ist, hängt von den nicht genannten Randparametern ab. 
Sie erscheint mir zumindest die kostenmäßig optimalste um nicht zur 
sofortigen Zerstörung des Systems zu kommen.

12 Bleigel-Zellen in Serie ergeben schon eine ziemlich kitzelige 
Statistik was die Ladeschluß-Spannung angeht, kann man bei einen 
Bleigel-Akku davon ausgehen, dass eine Zellenüberladung zum sofortigen 
Tod des Gesamtsystems führt (die einsetzende Gasung führt zur Trennung 
zwischen Elektrode und Elektrolyten).

So gesehen ist die dauerhafte Ladung ohne ein geeignetes 
Ladeausgleichssystem zwischen allen Zellen ein sichere Zerstörung 
desselben. Mich wundert die Verweigerung der Aussage durch den 
Hersteller nicht wirklich.

Lassen sich nicht offene Gellose Akkus einsetzen, wirst du um eine 
komplexere Schaltung nicht herumkommen. Das ist eben der unschlagbare 
Vorteil der Gellosen Bleiakkus. Die lassen sich relativ gefahrlos 
Dauerüberladen, weshalb diese in der Automobilindustrie auch sehr gerne 
eingesetzt wurden.

von MaWin (Gast)


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pst69de schrieb:
> 12 Bleigel-Zellen in Serie ergeben schon eine ziemlich kitzelige
> Statistik

Deshalb stehen auch alle paar Meter am Fahrbahnrand die Lastwagen, weil 
das so schwer ist...

Herr wirf Hirn.

von Harald W. (wilhelms)


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Martin Rox schrieb:

> Die vier dioden begrenzen die max Spannung auf ~27,2V,

Nein. :-(

von batman (Gast)


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Dauerladung heißt immer auch DauerÜBERladung und wird in gewissen 
Grenzen toleriert. Hier gibt sie der Hersteller als Dauerladespannung 
an, es fließt immer ein Strom. Mit 4 Dioden am vollen Bleiakku werden 
Spannung und Strom aber nicht sehr stabil sein. Die sollte man zumindest 
mal im eingependelten Zustand überprüfen. Besser wäre eine geregelte 
Ladespannnung und/oder geregelter Erhaltungsladestrom (reicht 1/2000C).

von Martin R. (m-joy)


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Guten Tag,

danke für die verschiedenen Ansätze.
Die Schaltung sollte schon kostengünstig sein, dennoch schaue ich mir 
das Lade-IC an (wo genau kann ich das 24V IC finden?).
Wieso die vier Dioden nicht auf ~27.2V begrenzen ist mir aber 
schleierhaft. Die Dioden hätten doch sogar eine gute Wirkung, da die 
Spannung am Anfang (hoher Strom) an den Dioden höher ist, und dann bei 
weniger Strom (Akku fast voll) weniger wird.

Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe, wäre die Schaltung okay, 
aber es könnte Probleme aufgrund von Spannungsschwankungen der 30V und 
der Varianz an der Diodenspannung kommen.
Dazu kommt, dass die Entladespannung tiefer gehen kann, wenn der Akku 
alt ist (wenn ich MaWin richtig verstanden habe). Allerdings werde ich 
noch zusätzlich einen Spannungsmesser integrieren, damit die 
Tiefentladung nicht einsetzt.

Ist es denn Problematisch, wenn ich nicht komplett auf die 27,6V 
(12*2,3V)
lade, sondern mit etwas Sicherheit dimensionere und nur knapp über 27V 
lade?

: Bearbeitet durch User
von pst69de (Gast)


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"Herr wirf Hirn.": In LKW's werden also gekapselte Gel-Akku's eingesetzt 
und ein Diesel braucht eine Zündschaltung ...

von Udo S. (urschmitt)


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pst69de schrieb:
> "Herr wirf Hirn.": In LKW's werden also gekapselte Gel-Akku's eingesetzt
> und ein Diesel braucht eine Zündschaltung ...

Zündschaltung?
Er braucht Vorglühen, Strom für die Steuergeräte und viieeel Strom für 
den Anlasser.

Auch Blei Gel Akkus können dauerhaftes Überladen mit einem geringen 
Strom ab, da der Sauerstoff/Wasserstoff in Grenzen wieder rekombiniert.
Alle modernen PKW batterien sind inzwischen geschlossen, können also 
auch nicht mehr ausgasen.
Wenn Blei Gel keinerlei Überladung abkönnten, dann müssten sie alle 
einen Balancer haben.

von Matthias M. (Gast)


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Hi,

ich hatte ebenfalls ein ähnliches Problem vor einigen Wochen. Dabei ging 
es ebenfalls darum 2 x 12V Akkus in Reihe zu laden und auch zu entladen.

Ich hab lange und viel rumexperimentiert, auch mit einem L200 Lade IC 
aber die Ladeschlussspannung lief ständig auseinander. Immer wurde einer 
überladen während der andere noch nicht voll war. Ich habs dann 
aufgegeben und eine Schaltung entwickelt die die Akkus zum laden 
voneinander trennt und jeden Akku einzeln bis zur Ladeschlussspannung 
lädt. Sobald beide Akkus voll sind (Ermittlung über Komparator und 
TL431c Ref. Spannung) werden sie wieder zusammengeschalten.

Funktioniert wunderbar und ist bestimmt schonender für die Akkus.

Gruß
Matthias

von Eumel (Gast)


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Martin Rox schrieb:
> Ist es denn Problematisch, wenn ich nicht komplett auf die 27,6V
> (12*2,3V)
> lade, sondern mit etwas Sicherheit dimensionere und nur knapp über 27V
> lade?

Ne, ist es nicht. Du hast dann halt weniger nutzbare Kapazität aber 
ansonsten ist das nicht schlimm.

Martin Rox schrieb:
> Die Schaltung sollte schon kostengünstig sein

Der von Mawin angesprochene L200 kostet bei Reichelt (ich habe nur da 
nachgeschaut) 99 Cent. Das sollten dir deine Akkus doch schon Wert sein, 
nimm das Teil und mach dir nicht zu viele Gedanken über irgendwelche 
Frickellösungen.

pst69de schrieb:
> So gesehen ist die dauerhafte Ladung ohne ein geeignetes
> Ladeausgleichssystem zwischen allen Zellen ein sichere Zerstörung
> desselben.

Ein dauerhaftes überladen zerstört jeden Akku eine Erhaltungsladung auf 
Ladeschlussspannung ist für Bleiakkus (ob Gel oder nicht) aber kein 
Problem.

von batman (Gast)


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Martin Rox schrieb:
> Ist es denn Problematisch, wenn ich nicht komplett auf die 27,6V
> (12*2,3V)
> lade, sondern mit etwas Sicherheit dimensionere und nur knapp über 27V
> lade?

Ja, ein Bleiakku soll immer möglichst randvoll sein, damit das 
Bleisulfat nicht auf die Idee kommen kann, größere Kristalle zu bilden 
und damit alle Betriebswerte beeinträchtigt.

von Harald W. (wilhelms)


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Martin Rox schrieb:

> Wieso die vier Dioden nicht auf ~27.2V begrenzen ist mir aber
> schleierhaft. Die Dioden hätten doch sogar eine gute Wirkung, da die
> Spannung am Anfang (hoher Strom) an den Dioden höher ist, und dann bei
> weniger Strom (Akku fast voll) weniger wird.

Und irgendwann geht der Ladestrom gegen 0 und die Spannung am Akku
gegen 30V. Damit wird der Akku aber nicht lange halten.
Gruss
Harald

von Oliver (Gast)


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Udo Schmitt schrieb:
> Alle modernen PKW batterien sind inzwischen geschlossen, können also
> auch nicht mehr ausgasen.

Alle modernen Blei-Saäure Batterien sind selbstverständlich offen, und 
können gasen. Geschlossen sind lediglich AGM-Akkus. Die Gasen bei 
Überladung bzw. Überspannung tatsächlich nicht, sondern gehen dann auf 
andere Weise kaputt ;)

Oliver

von tom (Gast)


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Ein sehr wichtiger Punkt für eine lange Lebensdauer ist eine 
Temperaturgeführte Ladeschlussspannung bei Standby Systemen

von batman (Gast)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Martin Rox schrieb:
>
>> Wieso die vier Dioden nicht auf ~27.2V begrenzen ist mir aber
>> schleierhaft. Die Dioden hätten doch sogar eine gute Wirkung, da die
>> Spannung am Anfang (hoher Strom) an den Dioden höher ist, und dann bei
>> weniger Strom (Akku fast voll) weniger wird.
>
> Und irgendwann geht der Ladestrom gegen 0 und die Spannung am Akku
> gegen 30V. Damit wird der Akku aber nicht lange halten.
> Gruss
> Harald

Unlogisch, denn wenn der Ladestrom gegen Null geht, so geht auch seine 
Wirkung gegen Null - d.h. er könnte auch nichts kaputtmachen. Abgesehen 
davon, daß diese Strom/Spannungkonstellation unrealistisch ist.

von Andrew T. (marsufant)


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Dein Diagramm besagt aber, dass dies NICHT nur bei stb  systemen so ist.

von Andrew T. (marsufant)


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Harald Wilhelms schrieb:
>
> Und irgendwann geht der Ladestrom gegen 0

in der Theorie ja, in der Praxis nur wenn man den Akku abklemmt.

> und die Spannung am Akku
> gegen 30V.

diese Aussage ist bullshit.

> Damit wird der Akku aber nicht lange halten.

Du irrst.

von MaWin (Gast)


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pst69de schrieb:
> "Herr wirf Hirn.": In LKW's werden also gekapselte Gel-Akku's eingesetzt

Zunehmend. Seit mit Calcium die Ladespannung angehoben werden konnte so 
dass sie auch bei 28.8V nicht kaputt gehen, drängen "wartungsfreie" 
Akkus auf den Markt. Gel enthalten die eher nicht, weil sie nicht auf 
den Kopf gestellt werden und man lieber höheren Strom hätte, aber 
gasungsempfindlich (=Überladung macht sie kaputt) sind sie ebenfalls.

Matthias M. schrieb:
> Ladeschlussspannung lief ständig auseinander. Immer wurde einer
> überladen während der andere noch nicht voll war.

Und du glaubst, das passiert mit den 6 inneren Zellen, die du nicht 
einzeln messen kannst,  nicht? Träumer. Das steckt ein Bleiakku weg.

von pst69de (Gast)


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Um mal wieder Frieden zu stiften:

Ich habe die Situation auch überzeichnet, um zu verdeutlichen, das die 
genannte Einfachschaltung sich zwar nach Funktion anfühlen wird, aber 
die Lebenserwartung des Systems vermutlich die eingesparten Kosten nicht 
rechtfertig.

Wenn ich vor 15 Jahren noch riskiert habe mit defekter Lichtmaschine 
abends im Thüringer Wald eine Werkstatt zu suchen (waren letztlich 20-25 
km), dann hat das auch damit zu tun, die Technik unter der Motorhaube zu 
verstehen. Ich würde das mit einen modernen Fahrzeug heutzutage nicht 
mehr riskieren, zumal die moderne Kommunikationstechnik auch den 
"Hilferuf" wesentlich vereinfacht.

Auch Gel-Akku's lassen sich überladen und der Defekt hält sich in 
Grenzen, da 1. das gebildete Gas selbst wieder umgesetzt werden kann
2. größere Gassammlungen dennoch nach oben "entgasen" können und das Gel 
den Raum wieder schließt
3. eben auch die größeren Gelakkus zwar mit Strömungsdämpfung versehen, 
aber dennoch offen sind (während die kleineren gekapselten zumindest 
einen Berstmechanismus mitbringen, der die Umgebungssicherheit aufrecht 
erhält)
4. und moderne Elektronik inzwischen auch Vibrationssicher günstig 
herzustellen ist, so dass mehr als genug geeignete Schutzschaltungen 
eingesetzt werden können.

Das Manko der eingehenden Beschreibung war nicht das Verständnis des 
prinzipiell angedachten Vorgehens herzustellen, sondern eher die 
fehlende Beschreibung dessen, was mit den System erreicht werden soll.
Und so hab ich mir den Punkt gekrallt, der in meinen Augen am meisten zu 
wünschen übrig ließ und das war die vermutet kurze Lebensdauer des 
Konstrukts.

Kann man so machen, muss man aber nicht.

von Helge A. (besupreme)


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Ich möchte mal einen Schaltungsvorschlag zur Diskussion stellen. Den hab 
ich schon vor einiger Zeit festgehalten, aber noch nicht aufgebaut.

Das dürfte doch ungefähr so funktionieren? Oder gibt es noch Bedenken?

von MaWin (Gast)


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Helge A. schrieb:
> Ich möchte mal einen Schaltungsvorschlag zur Diskussion stellen.

29V reichen nicht, um den Akku (28.8V) über die Diode (0.7) und den 
Transistor (1.4V) mit dem Strombegrenzungswiderstand (2V) aufzuladen.

Den BC547 hätte man durch einen Pt100 oder NTC einfacher realisieren 
können.

Die Spannung wird nicht am Akku, sondern vor der Diode gemessen. das 
macht es zwar einfacher den Akku nicht versehentlich zu entladen, ist 
aber ungenau.

von Matthias M. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Die Spannung wird nicht am Akku, sondern vor der Diode gemessen. das
> macht es zwar einfacher den Akku nicht versehentlich zu entladen, ist
> aber ungenau.

Dazu könnte man doch zwischen TL431c und GND die selbe Shottky Diode 
noch einmal einsetzen, oder? Dann hebt es das Potential der Schaltung um 
den Spannungsabfall der Diode. Das macht die Messung einen ticken 
genauer.

von MaWin (Gast)


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Matthias M. schrieb:
> Dazu könnte man doch zwischen TL431c und GND die selbe Shottky Diode
> noch einmal einsetzen, oder?

Nein, die wird ja nicht von demselben Strom durchflossen.

von Helge A. (besupreme)


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Ich hatte mit maximal 27,6V Ladeendspannung  @ 20° gerechnet für 
Erhaltungsladung. Bei höheren Temperaturen (z.B. auch durch das 
Aufladen) sinkt die ja noch weiter ab, und der Ladestrom muß ja auch nit 
volle Pulle bis Ladeendspannung fließen.

Ich dachte mir auch, daß durch die Messung vor dem Spannungsabfall durch 
die Shottky ein wenig besser die Messung der Zellenspannung "hinter dem 
Innenwiderstand" reflektieren könnte. Oder ist das ein grundlegend 
falscher Ansatz? Spannungen und Ströme ändern sich ja in einer solchen 
Schaltung viel langsamer als die Temperatur der Diode.

von Matthias M. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Nein, die wird ja nicht von demselben Strom durchflossen.

Naja nicht genau vom selben Strom aber gegen Ende des Ladevorgangs und 
erreichen der Ladeschlussspannung (wenn die Ermittlung der Spannung 
interessant wird) werden beide Dioden von einem ziemlich niedrigen Strom 
durchflossen. Es eignet sich natürlich nicht jede Shottky Diode dafür, 
ein Blick ins Datenblatt hilft bei der Auswahl einer passenden Diode.

von Martin R. (m-joy)


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Huhu,

ich möchte nochmal betonen dass ich nicht auf Ladeschlussspannung, 
sondern Erhaltungsladespannung laden möchte.

habe mir gerade mal den L200 angeschaut.
Was genau hat es mit der short circuit protection auf sich? Wenn ich das 
richtig sehe ist hier eine zusätzliche Verschaltung nötig.

Für meine Anwendung würde ich spontan auf die Beispielschaltung aus 
Figure 1 zurückgreifen. Dann auf 27,5V und einen Strom von ~500mA 
begrenzen, dann sollte das ja schon gut sein.
Andererseits habe ich die Figure 27 entdeckt, und würde fast sagen diese 
ist besser, da hier mehr Sicherheit durch D1 und RL sind (wofür ist 
D2?).


Was passiert mit L200, wenn die Eingangsspannung schwankt?

Mir ist gerade aufgefallen, dass bei Digikey nur noch der L200CV 
geliefert werden kann, wo ist denn der Unterschied? Dort kostet er 2,87€ 
^^
Ich könnte doch eigentlich jeden Spannungsregler mit Strombegrenzung 
verwenden, wo ist die Besonderheit beim L200?

: Bearbeitet durch User
von Helge A. (besupreme)


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Am L200 ist nichts besonderes. Das ist einer der bewährten 
Standardbausteine, die häufig und schon seit längerem eingesetzt werden.

Der L200CV ist im Pentawatt Gehäuse und nit im TO3. Läßt sich einfacher 
einbauen.

D2 und RL zusammen sind eine Schutzbeschaltung gegen Zerstörung des 
Bausteins bei einer Verpolung des Akkus. Dir brennt halt vielleicht ein 
billiger R2 durch statt dem empfindlicheren IC. Macht Sinn.

Die Schaltung Bild27 braucht 2,5-3V mehr am Eingang als die 
Ladeendspannung. Wenn du immer ab 30V hast, dürfte das deine 
Anforderungen erfüllen.

Nur zur Verwirrung ;) - meine Netzteilschaltung 
Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2)" läßt sich auch als 
Akkulader verwenden. Falls du "zu Fuß", also ohne Leistungs-IC, aufbauen 
willst. Die Schaltung käme mit nur 1V Spannungsdifferenz zurecht.

von MaWin (Gast)


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Martin Rox schrieb:
> Ich könnte doch eigentlich jeden Spannungsregler mit Strombegrenzung
> verwenden

Natürlich.

> wo ist die Besonderheit beim L200?

Der L200 ist einer der wenigen beschaffbaren Spannungsregler mit 
einstellbarer Strombegrenzung und nötigem Strom- und Spannungsbereich.

> dass bei Digikey nur noch der L200CV geliefert werden

Ui Ui, TO220-5, ist das jetzt ein Problem ?

> Andererseits habe ich die Figure 27 entdeckt, und würde fast sagen diese
> ist besser,

Ach.

von Petra (Gast)


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Du kannst auch auf jeden Akku einen Balancer geben. Damit wird die 
Schieflage beim Laden begrenzt. Die Ladeschlussspannung bleibt bei 27,3 
Volt.

von batman (Gast)


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Balancer beim Bleiakku? Hab ich ja noch nie gehört. Ist der in der 
Autobatterie auch verbaut? :)

von Martin R. (m-joy)


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batman schrieb:
> Balancer beim Bleiakku? Hab ich ja noch nie gehört. Ist der in der
> Autobatterie auch verbaut? :)

Im Batmobil schon...

von Martin R. (m-joy)


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Helge A. schrieb:
> D2 und RL zusammen sind eine Schutzbeschaltung gegen Zerstörung des
> Bausteins bei einer Verpolung des Akkus.

Huhu, wo finde ich die Formel für RL? und wie ist D2 zu dimensionieren?

von Martin R. (m-joy)


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Also ehrlich gesagt ist der L200 auch nicht so toll, da das ganze auch 
ziemlich ungenau ist.
Wenn man im appnote die formel für Vout min und Vout max anschaut:
Vout_max=Vrefmax(1+ (R2max/R1min))
Vout_min=Vrefmin(1+ (R2min/R1max))

das bedeutet bei Vref min 2,64V und Vref maxc 2,86V und 1% Widerständen 
(z.B. R1=1,47k und R2=12,4k) ein Vout zwischen 24,46V und 27,47V. lol.

von Stephan (Gast)


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Leute, er will eine Erhaltungsladung machen. Da reicht seine Idee mit 
Dioden und einem R völlig aus.


Zitat:

Martin Rox schrieb:
> Huhu,
>
> ich möchte nochmal betonen dass ich nicht auf Ladeschlussspannung,
> sondern Erhaltungsladespannung laden möchte.

von Helge A. (besupreme)


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Martin Rox schrieb:
> Huhu, wo finde ich die Formel für RL? und wie ist D2 zu dimensionieren?

Angenommen, man wählte für D2 eine stinknormale 1N4001, dürfte bei 
falschem Akkuanschluß 1A fließen. RL kann also überschlägig auf 1A @ 27V 
berechnet werden, das wären 27 Ohm. Auf meiner Werkbank wäre das ein 
kleiner, der durchbrennt zum Schaltungsschutz. Man kann natürlich auch 
einen dicken fetten nehmen, der die Leistung aushält.

Im normalen Betrieb erhöht sich die Referenzspannung um 0.1-0.2V, wenn 
R2 eingebaut ist.

Martin Rox schrieb:
> Also ehrlich gesagt ist der L200 auch nicht so toll, da das ganze auch
> ziemlich ungenau ist.

Dafür nimmt man halt nicht nur Festwiderstände. Beim Elektronikladen 
gibt's genau dafür auch Trimmpotis ;)

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