Hallo zusammen,
ich habe einen 12V Trafo daheim rumliegen und hab mir vorgenommen als
kleines Projekt ein einfaches Ladegerät für Bleiakkus (Autobatterien) zu
bauen.
Ich habe bereits eine Schaltung in LTSpice entworfen (siehe Anhang)
Da ich noch ein Laie bin was Schaltungsentwurf betrifft, wollte ich
zuerst hier nachfragen ob ich noch irgendwas beachten muss bevor ich die
Schaltung in die Realität umsetze.
Falls die Schaltung so ok ist hatte ich geplant noch einen einfachen
Verpolungsschutz bestehend aus Diode und Sicherung einzubauen und
natürlich ein Amperemeter damit ich weiß wann ich das Ladegerät
ausschalten sollte, da keine Spannungsregelung vorhanden ist und das
Ladegerät zumindest in LTSpice bis auf 16V lädt. Mir ist natürlich
bewusst dass mein simulierter Bleiakku bestehend aus Kondensator und 0.1
Ohm Innenwiderstand nicht der Realität entspricht, wusste aber nicht wie
ich einen Akku anders in LTSpice darstellen soll.
Beste Grüße
Benedikt S. schrieb:> Falls die Schaltung so ok ist
Kann man nicht sagen, finde ich, denn Bleiakkus werden nicht nur mit
Strombegrenzung geladen, sondern auch mit genauer Spannungsbegrenzung
CCCV.
Du solltest den MOSFET bei Erreichen von 13.8V (oder 14.4 bei Calcium)
mit einem TL431 abregeln. Besser nimmt man einen LM317 als Stromregler,
dann reicht aber der 12V Trafo nicht aus.
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21.2
Benedikt S. schrieb:> Ich glaube die beste (und einfachste) Möglichkeit ist ein PB137 zu> nehmen.
(Auch) für den reicht aber dein 12V~ Trafo nicht.
Da der PB137 bis 2.2A durchlässt und 2V drop out für sich braucht, muss
ein Trafo mindestens 15V~ und 3.7A bringen (also 56 VA), damit er genug
Spannug liefert und nicht überhitzt.
Abdul K. schrieb:> Die Masse auf der Sekundärseite direkt am Trafo raus.
Diese Formulierung ist etwas missverständlich.
Gemeint ist wohl: die Sekungärseite des Trafos darf nicht an Masse/GND
hängen, da D4 sonst kurzgeschlossen ist.
MaWin schrieb:> Da der PB137 bis 2.2A durchlässt und 2V drop out für sich braucht, muss> ein Trafo mindestens 15V~ und 3.7A bringen (also 56 VA), damit er genug> Spannug liefert und nicht überhitzt.
Schade ok, aber wie kommt man auf die 56VA, bzw. wie kommst du auf 15V~
und 3.7A? Steh irgendwie aufm Schlauch
In der Ladeendphase fließt nicht mehr der volle Ladestrom, daher erhöht
sich die Spannung am Trafo und auch der drop-out des Reglers wird
kleiner. Das müßte reichen um einen 12V Trafo nehmen zu können. Bei
13,8V
Trafospannungen sind für Nominalwerte/-last angegeben.
Abdul K. schrieb:> In der Ladeendphase fließt nicht mehr der volle Ladestrom,
Nützt ja nichts, sein Trafo schafft schon vorher den Ladestrom nicht und
wird überhitzen.
Hats im Subbamarkt gerade keine Akkulader?
Historisch war das ein einigermassen dicker Trafo und ein
simpler Selenbrueckengleichrichter. Wenn der Akku anfing zu
blubbern war er voll, und es war angeraten den Ladevorgang
zu beenden.
Doch, das sollte gehen. Nimm das Prinzip deiner Schaltung und ergänze
hinter der Strombegrenzung ein Relais, welches bei Erreichen von 14,4V
die Ladung abschaltet. Die Schaltung zum Ansteuern des Relais kannst du
auf Basis des oben schon erwähnten TL431 realisieren. Dann brauchst du
noch etwas Hysterese. So kannst du die Ladung bei ca. 12,5V wieder
einschalten lassen.
Benedikt S. schrieb:> Alles klar, wenn ich auch noch einen neuen Trafo kaufen muss lohnt> es sich nichtmehr.
Das ist wohl so.
Also nenne die Daten deines Trafos: Nennspannung und Nennstrom und
Leerlaufspannung. Wir müssen dann noch mit +/-10% Netzspannungstoleranz
rechnen.
MaWin schrieb:> Abdul K. schrieb:>> In der Ladeendphase fließt nicht mehr der volle Ladestrom,>> Nützt ja nichts, sein Trafo schafft schon vorher den Ladestrom nicht und> wird überhitzen.
Nein, der PB137 als Beispiel begrenzt ja den Ladestrom die ganze Zeit.
Aber es fehlen Daten des Trafos.
Abdul K. schrieb:> Nein, der PB137 als Beispiel begrenzt ja den Ladestrom die ganze Zeit.
Auf eventuell 2.2A
> Aber es fehlen Daten des Trafos
Offenkundig für 1.4A seiner Schaltung nach zu urteilen
Dieter schrieb:> Anbei noch die diskrete Schaltung.
Vmax verstehe ich ja, aber Imax willst du über die Stromverstärkung des
Transistors regeln ?!?
Ist aber ziemlich UCE abhängig.
Der Einfluss von Uce ist hier gering. Sehr gering gegenueber der
Temperatur auf beta. Fuer diese Anwendung aber egal, ob es 20% mehr oder
weniger werden.
Unter 5% waeren mit zusaetzlichem JFet und PTC locker zu erreichen im
Basispfad des pnp Transistors. Ist aber kein muss.
Dieter schrieb:> @Benedikt> Wenn Du die Schaltung simulieren willst, kann ich am Abend die Werte zu> den Teilen posten.
Wäre sehr nett wenn du mir die Werte sagst. Vielen Dank
Verstehe ich das jetzt richtig, dass die von dir gezeichnete Schaltung
hinter die Gleichrichtung kommt?
Zu der Leerlaufspannung:
Messung mit Oszi ergibt eine Amplitude von ca. 17V.
Also um die 12V.
Hinter den Gleichrichter kommt die.
Der Leistungstransistor wird aber so nicht vor Übertemperatur und SOA
geschützt. SOA kannste umgehen mit deutlich überdimensionierten Typ.
Die Schaltung kommt hinter den Gleichrichter und Glättungselko.
Anbei die Werte für ungefähr ein halbes Amper. Der Übergang ist nicht
besonders steil. Früher reichte mir das und ich hatte dafür einen BD244
verwendet. Also einen deutlich überdimensionierten Typ, wie Abdul
ergänzte.
Die Simulation hat diesen nicht in der Auswahl. Für 2A wird ein
Leistungstransistor benötigt, der aber auch eine geringere Verstärkung
hat, wie der in der Simulation verwendete.
Wenn der Übergang schärfer sein soll zum Ladeende, dann läßt sich die
Steilheit noch etwas durch Variation der Werte etwas verbessern, oder
man nimmt einen OP.
Dieter schrieb:> Die Schaltung läßt sich noch etwas vereinfachen
Die Schaltung hätte die Eleganz wenn D2-D5 als 2 Siliziumdioden pro
Batteriezelle gebildet werden von selbst die passende
Temperaturkompensation (-4mV/K/Zelle) für den Akku zu liefern.
Stimmt zwar nur wenn der Strom konstant wäre, aber relevant ist die
Spannung bei vollem Akku und da liegt die Spannung R3 fest auf UD1 und
somit der Strom konstant.
Nur die Maximalstromregelung über einen verhungernden T1, das kauft dir
keiner ab.
MaWin schrieb:> Nur die Maximalstromregelung über einen verhungernden T1, das kauft dir> keiner ab.
Hm. Der Strom wird doch durch D1 mit R1 und T2 konstant gehalten und
dann mit der Stromverstärkung von T1 multipliziert. Warum zweifelst du
daran?
Die Schaltung wird ja abgeglichen.
Beta von T1 variiert etwas je nach Arbeitspunkt von T1, aber das spielt
bei dieser Anwendung keine Bohne.
Die Sim zeigt auch es funzt.
Man könnte den Differenzverstärker auch aus zwei TL431 bauen, dann müßte
die Kennlinie deutlich steiler werden beim Ladeende. Ob das lohnt, hm.
Arbeitstrom des TL431 dann als Erhaltungsladung, kicher
Abdul K. schrieb:> Hm. Der Strom wird doch durch D1 mit R1 und T2 konstant gehalten und> dann mit der Stromverstärkung von T1 multipliziert
Na ja, die ist aber grob Exemplarabhängig und
Differenzspannungsabhängig. Locker so 1:2 in beiden Fällen, also 1:4
zusammen.
Normalerweise hat man aber eine Trafoversorgung, die Überlastung nicht
mag sondern dabei abbrennt, oder ein Schaltnetzteil, das abschaltet.
Also besser als 25% sollte man den Strom schon regeln.
Das läuft auf
Habe etwas mit LTspice gespielt. Das sieht gut aus.
Über R1 kann man den Ladestrom gut einstellen.
Auch die Temperaturabhängigkeit ist für eine so übersichtliche Schaltung
hervorragend.
Lob an Dieter!
Brauch keinen Strommeßwiderstand.
minifloat schrieb:> Benedikt S. schrieb:>> habe bereits eine Schaltung in LTSpice entworfen>> So wird eine Halbwelle kurzgeschlossen. Aua.
Fehler schon bekannt, Leichtsinnsfehler von mir. Hatte zuerst nur den
Trafo simuliert und die Gleichrichtung etc. nachträglich hinzugefügt.
Hab vergessen die Masseverbindung zu entfernen.
Aber danke nochmal für den Hinweis.
Vielen Dank auch nochmal an alle anderen für die Hilfe
> hinaus mit den unweigerlichen 0.7V Verlust.
Wie soll das in die Schaltung passen?
Ich habe mal TLV431 eingebaut. Gibt einen schönen scharfen Knick.
Mit dem TL431 geht es auch, der hat aber deutlich mehr Reststrom. Dies
könnte man zur Erhaltungsladung nutzen.
Bei TLx431 Varianten müßten eventuell noch zwei Kondis an diese ran zur
Kompensation, damit die nicht schwingen.
Abdul K. schrieb:> Ich habe mal TLV431 eingebaut. Gibt einen schönen scharfen Knick.
Overengineering.
Wenn man sowieso schon TL431 verwendet, dann reicht einer und man kann
alles andere weglassen, die LED als schlechte Referenzspannnung (auf die
man mit einem poti einstellen muss), den anderen TL431, nur der
Leistungstransistor bleibt noch.
Abdul K. schrieb:> Wie soll das gehen? T1 ist ein pnp!
Zugegeben, die übliche Schaltung kombiniert das über einen weiteren
Kleinleistungstransistor (wie oben gezeigt) mit einer seriösen
Maximalstrombegrenzung. Der Leistungstransistor bleibt ein PNP.
Siehe http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21.2
MaWin schrieb:> Abdul K. schrieb:>> Wie soll das gehen? T1 ist ein pnp!>> Zugegeben, die übliche Schaltung kombiniert das über einen weiteren> Kleinleistungstransistor (wie oben gezeigt) mit einer seriösen> Maximalstrombegrenzung. Der Leistungstransistor bleibt ein PNP.>
Ich weiß immer noch nicht wie der Einbau gemeint ist!
> Siehe http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21.2
Ich habe das mal in LTspice geschubst. Die Werte aus der F.21.2 passen
nicht ganz für das was dort angegeben ist.
Danach habe ich es für den Fall dieses Threads hier angepaßt. Mangels
Modell für den BD240 habe ich zwei BD140 parallel eingebaut.
Wie man sieht, ist es die bessere Konstantstromquelle.
Abdul K. schrieb:> ch weiß immer noch nicht
Genau wie du's gemacht hast.
Abdul K. schrieb:> Danach habe ich es für den Fall dieses Threads hier angepaßt
3A statt 1A ist natürlich eine ganz schöne Hausnummer, geht aber
offenbar.
Abdul K. schrieb:> Wie man sieht, ist es die bessere
Zumal nur der Bereich zwischen 12 und 14V interessant ist.
Ich hab mich jetzt noch nicht mit der Schaltung die Abdul gepostet hat
wirklich befasst, aber die Kennlinie sieht gut aus.
Ich hab bei mir daheim ein altes Ladegerät für Bleiakkus gefunden,
bestehend aus einem Trafo und einer Gleichrichtung aus 4x BY550 Dioden.
Werde jetzt das bestehende Ladegerät einfach erweitern.
Daten der Sekundärseite des neuen Trafos:
Leerlaufspannung: 12V
Scheinleistung: 70VA
Damit wäre ein Ladestrom von 3A kein Problem mehr.
Benedikt S. schrieb:> Leerlaufspannung: 12V> Scheinleistung: 70VA> Damit wäre ein Ladestrom von 3A kein Problem mehr
Bloss in welche Akkus, 7.2V ?
12V LEERlauf reicht vorne und hinten nicht, um einen 12V Bleiakku auf
13.8 oder 14.4V aufzuladen.
Das war ja das Problem in diesem thread, aber da hatte man zumindest
noch 12V unter Nennlast.
Nach der Gleichrichtung hat man doch 12*1.4-1.4=15.4V. Langt doch um auf
13.8V zu kommen.
Das Teil wurde damals zu DMark-Zeiten als Ladegerät für Bleiakkus
verkauft, also wird das doch damit möglich sein.
Oder irre ich mich?
Laut Oszi messe ich knapp 17V Spitzenspannung vor der Gleichrichtung.
Also für Blei-Antimon-Akkus, dafür reichte es auch, gibts aber heute
nicht mehr.
Was soll die Leerlauf-Spannungsamplitude über den Ladestrom genau
besagen?
Probiers einfach aus.
Mit so einem Trafo geht das Laden durchaus. Für 24V Akkus wurde eine
simple Spannungsverdopplung mit zwei Dioden realisiert.
Suchbegriffe: Zweipuls-Verdopplerschaltung D2 (nach DIN 41761) /
Delon-Schaltung oder Greinacher-Schaltung.
Nebenbei sei angemerkt, dass die einfache Schaltung mit 3 Transistoren
auch mit 2 Transistoren und einem OP auch so eine steile Kennlinie, wie
mit dem TL(V)431 hätte.
Es gibt so eine ähnliche Schaltung auch mit einem LM317 oder 7805 und
auch so steiler Kennlinie, mit pnp-Transistor (auch nur U_CEsat als
Spannungsabfall).
Es kommt dabei sinnvollerweise darauf an, was der TO in der Krabbelkiste
an Teilen so noch brauchbares herumliegen hat.
Benedikt S. schrieb:> Nach der Gleichrichtung hat man doch 12*1.4-1.4=15.4V. Langt doch um auf> 13.8V zu kommen
Nicht, wenn ein LM317 als Stromregler dazwischen hängt, der braucht
schon 2.5+1.2V für sich.
Man muss also sehr genau aufpassen, welche Schaltung man nutzt, was:
Dieter schrieb:> Es gibt so eine ähnliche Schaltung auch mit einem LM317 oder 7805 und> auch so steiler Kennlinie, mit pnp-Transistor (auch nur U_CEsat als> Spannungsabfall).> Es kommt dabei sinnvollerweise darauf an, was der TO in der Krabbelkiste> an Teilen so noch brauchbares herumliegen hat.
nicht mehr tut.
Ob die 0.7V Spannungsabfall an einem shunt zur Strombegrenzung
akzeptabel sind ? Nicht, wenn die Schaltung im Netzspannungsbereich
230V+/-10% funktionieren soll.
Eine geeignete Schaltung sollte also extrem geringen Spannungsverlust
mit sich bringen, daher:
Dieter schrieb:> Anbei noch die diskrete Schaltung.
Es gibt übrigens noch eine Variante mit npn-Leistungstransistor.
Hierzu wird eine höhere Spannung als 12, bzw 14.4V über eine
Einpuls-Verdopplerschaltung D1 / Villard-Schaltung erzeugt. Diese wird
benötigt für die Speisung einer ZD und dem Treibertransistor einer
diskret aufgebauten Darlington-Schaltung.
Statt der ZD kann man damit auch einen LM317 speisen, der direkt den
npn-Leistungstransistor ansteuert. Eine Schaltung mit TL431 und
npn-Leistungstransistor wäre so auch möglich aufzubauen. Über eine
Strombegrenzung des Verdopplerpfades kann der Basisstrom des
Leistungstransistors und somit der Ladestrom begrenzt werden.
batman schrieb:> Also für Blei-Antimon-Akkus, dafür reichte es auch, gibts aber heute> nicht mehr.>
Wieso sollte es die nicht mehr geben? Was sind denn die normalen
Billigakkus aus dem Discounter oder Baumarkt?
Mein Auto von 2007 lädt mit 14,4V.
> Was soll die Leerlauf-Spannungsamplitude über den Ladestrom genau> besagen?> Probiers einfach aus.
Das sehe ich auch so. Vermutlich lohnt der Umbau gar nicht. Allerdings
bringt das Ladegerät vermutlich heutzutage etwas zu viel Spannung, da
damals 220V üblich waren. Typenschild und ein Belastungstest klären auf.
Im Handel bekommst du nur noch "wartungsfreie" Autobatterien, was
Antimon ausschließt. Letztere hatten u.a. einen niedrigere
Gasungsspannung und sind ungefähr mit der DM verschwunden.
Standard-Ladespannung liegt seit dem um 14,4V, wo auch die volle
Ladeleistung zur Verfügung stehen sollte.
Ok, zum Spielen muß es ja nicht optimal sein, andererseits ruiniert man
sich durch Unterladung und mangelhafte Balance auf Dauer den Bleiakku
und das macht keinen Spaß.
Also, ich werde jetzt die Schaltung von Dieter verwenden.
Für die Gleichrichtung werde ich Schottky-Dioden verwenden (SB540). Laut
Datenblatt ist die Durchlassspannung bei 2A etwas unter 0,5V. Also
verliere ich an der Gleichrichtung insgesamt nur 1V.
Als pnp-Leistungstransistor benutze ich einen BD438, V_CEsat ist bei
I_c=2A typischerweiße bei 0.2V.
Habe also von Sekundärseite Trafo bis zum Ausgang nur einen
Spannungsverlust von ca. 1.2V. Kommen natürlich noch die
Spannungsverluste an den Leitungen dazu.
Als Temperaturkompensation schalte ich ein paar Dioden in Reihe parallel
zum Ausgang, wie oben schon vorgeschlagen wurde.
Insgesamt 12 Dioden um auf -24mV/K zu kommen - die -24mV schlägt der
Hersteller von meinem Bleiakku vor (VARTA).
Mal noch ne Frage zum Aufbauen der Schaltung:
Die Stromverstärkung vom Transistor variiert ja, wie bekomme ich die am
besten raus? Einfach den Strom an der Basis messen während ich den
Ausgang mit einem niedrigen Widerstand belaste? Ich müsste die
Stromverstärkung ja wissen um den Bypass-Widerstand der LED bestimmen zu
können.
Oder einfach mit dem Minimalwert rechnen?
Das geht durch ausprobieren mit ein paar verschiedenen Testwiderständen
von der Basis zur Masse (bwz. Minus) und mißt den Strom am Ausgang.
I für die Basis ist dann ungefähr Deine (15V-0.7V)/R
Teste in der Reihenfolge 470, 220, 100, 68, 47 Ohm und interpoliere dann
den Wert.
Kurzschluß am Ausgang und an R7 den Strom passend einstellen.
Das Spannugsreglerpoti vorzugsweise an Masse anschließen, damit bei
dessen Ausfall die Spannung nicht hochläuft.
Dieter schrieb:> Sehr schön. Welcher Basisstrom war für den BD438 bei 2A notwendig?
Ungefähr 13mA.
Also hab ich auch garkeinen Bypass-Widerstand für die LED gebraucht.
Bin aber noch etwas mit dem Ladestrom hoch, hab ihn jetzt auf 2.5A
eingestellt damit die LED auch schön leuchtet.
Schaltung.PNG
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