Ladeelektronik

[jb79]

So, wieder die andere Richtung, Widerstände parallel=0,5Ohm
Lipo 2x2S
Uin=16,05V, Iin=1,90A
Uout=14,11V, Iout=2A
Wirkungsgrad ohne Widerstand: 89.6%, mit Widerstand: 82,9%

Lipo 2x3S
Uin=22,53V, Iin=1,36A
Uout=14,11V, Iout=1,98A
Wirkungsgrad ohne Widerstand: 91,1%, mit Widerstand: 84,8 %

Lipo 2x4S
Uin=30,55V, Iin=1,07A=32,6885
Uout=14,11V, Iout=1,99A=28,0789
1,98005
Wirkungsgrad ohne Widerstand: 85,9%, mit Widerstand: 79,8%

So, das wars erstmal von meiner Seite mit den Messungen, die Wirkungsgrade können natürlich leicht abweichen weil ich die Meßwerte zeitlich leicht versetzt gemacht habe (zwischendurch immer kurz ausgeschalten damit die Batteriespannung nicht unnötig weiter absinkt).

[Bernd]

Danke Jürgen für die vielen Messungen.
Sie zeigen doch das der Wirkungsgrad meistens sehr hoch liegt.
Ohne diese "Stromwandlung" wären die Verluste, gerade bei höheren Ladeleistungen, OHNE so einen Wandler
deutlich grösser als mit ihm, trotz der Verluste im Wandler.

Grüsse

Bernd

[jb79]

So knapp an die 90% werden wir wohl rankommen im Schnitt denke ich.
Werd die nächsten Wochen wohl damit beschäftigt sein, das Ganze zu programmieren und ein Hardware-Interface für den Wandler zu bauen, weiß auch schon, wo ich den Wandler anzapfen kann wegen der Spannungseinstellung (die beiden freien Lötpads links neben R4 gehen direkt zum Feedback-Pin des ICs), den Wandler abschalten kann man direkt mit einem Ausgang des PIC statt dem Schalter und mit dem Potential an der Power-Good-LED kann man überwachen ob der Wandler korrekt arbeitet.

[arcobär]

Der Einsatz eines Wandlers geht nur mit stromabhängiger Regelung dessen Ausgangsspannung, es ist also ein zusätzlicher Regler und die Stromistwertmessung(Ladestrom) erforderlich. Der Stromsollwert wird von der Generatorspannung bzw. Drehzahl abhängig gemacht.

Eine Einstellung der Wandlerspannung höher wie die Batteriespannung ist für den Wandler wie ein Kurzschluss.

Gruß Uli

[jb79]

Darum muß die Ausgangsspannung auch abhängig vom Ausgangsstrom geregelt werden wie du schon erkannt hast. Dafür werd ich einen kleinen Shunt nehmen, der Leitungswiderstand vom Wandler bis zu Batterie und die Batterie selbst reduzieren den Strom auch ein bißchen.

An dieser Regelung werd ich wohl die nächsten Wochen arbeiten, hab ich aber schon geschrieben.

[arcobär]

Ich habe meine Ladeschaltung mit dem Aufwärtswandler LT1170 aufgabaut. Der verträgt sogar 40V Eingangsspannung.

Das Prinzip der Regelung ist aber identisch. Man braucht nur zusätzlich einen Operationsverstärker, einen PNP-Transistor, einen niederohmigen Widerstand als Shunt und ein Paar Widerstände.
Der Shunt wird zwischen - Ausgang Wandler und -Batterie geschaltet. Der invertierende Eingang des OV(CA3140) kommt an den Anschluss Shunt/Batterie(Istwert) und der nichtinvertierende an den Sollwert. Der Ausgang steuert den PNP-Transistor(Widerstände zur Basis und Basis/Emitter nicht vergessen), der parallel zum oberen Zweig des Spannungsteilers zum FB-Eingang geschaltet wird.
Die Wandlerausgangsspannung wird ohne Last(Batterie) auf ca. 13,8V (Float-Ladung) eingestellt.

Mit einer Kombination von Potentiometer und Z-Diode für die Sollwertbildung habe ich eine annähernd angepasste Leistungskennlinie realisieren können.

Gruß Uli

[jb79]

So, hab jetzt ne Weile getüftelt, wie ich es hinbringe, den Wandler zu beeinflussen.
Der Wandler regelt seine Ausgangsspannung entsprechend dem Spannungsteiler, den man mit einem Spindeltrimmpoti beeinflussen kann.

Meine Regelung soll nun genau dort reingreifen, dazu hab ich etwas rumgerechnet und bin zu folgendem Ergebnis gekommen.
Notwendig sind ein Spindeltrimmer mit 5k (Conrad Nr. 423815) und ein elektronisches Poti mit 10k (Conrad Nr. 179477).

Damit kann man dann die obere und untere Spannung genau einstellen mit jeweils einem der beiden Trimmpotis (obere und untere Maximalspannung sind 10,8V und 14,4V, entsprechend 1,8V und 2,4V Zellenspannung des Bleiakkus). Dazwischen kann man mit dem digitalen Poti die Schaltung einstellen. Ein digitales Poti ist im Prinzip eine Serienschaltung von 99 Widerständen, die man mit elektronischen Schaltern von 0-100% steuern kann - perfekt für die Ansteuerung mit einem Mikroprozessor. Außerdem speichert das Digigalpoti im Fall eines Stromausfalls den letzten Wert, falls also mal die PIC Schaltung ausfällt arbeitet die Schaltung beim Einschalten dort weiter wo sie vorher war, nach kurzer Zeit übernimmt dann eh wieder die Regelung.

Am Regler muß dafür ein SMD Widerstand versetzt werden, mit nem kleinen Lötkolben und ner Pinzette eigentlich auch keine Hexerei, dann zapft man zwei SMD Lötpads an wo der Trimmer und das elektronische Poti dazwischengeschalten werden.
Hab die maßgebliche Schaltung mal aufgezeichnet, die rot strichlierte Linie ist die alte Verbindung, da kommen die beiden neuen Bauteile dazwischen.
Wenn man den Trimmer beim Digialpoti auf 2,5k einstellt und das obere Poti auf ca. 85k, so bekommt man einen Spannungsbereich von 10,8V-14,37V für die Soll-Ausgangsspannung des DC/DC Wandlers.

Die Einstellung des Ganzen geht dann so:
1.) unteren Trimmer kurzschließen oder in die Stellung drehen, daß er 0 Ohm hat und somit zwischen Feedback und Masse nur der 5,6k Widerstand liegt. Nun die Ausgangsspannung mit dem oberen Trimmer (der orginale) auf das Minimum einstellen (10,8V).
2.) Das Digitalpoti auf Maximum (10k) einstellen und mit dem unteren Trimmer dann die Maximalspannung (14,8V) einstellen, das sollte bei genau dem halben Wert (also 2,5k) der Fall sein, es gibt also die Möglichkeit, die maximale Ladespannung der Batterie hier anzupassen.

Wird nun das obere Poti verstellt, so wandert der gesamte Bereich (Umin-Umax) nach oben oder unten, das untere Poti wirkt sich nur auf den unteren Wert (Umin) aus.
Soweit die Theorie, werd mal schaun ob der örtliche Conrad das Teil lagernd hat und dann mal testen.

Spannungsteiler Anpassung.JPG (34.47 KiB) 10581-mal betrachtet

[miniwindi]

Schöne Lösung. Schönes Bauteil. Schade, das es das nicht so ähnlich als mechanischen Heizungsmischer gibt.

[andreas]

Hallo Allerseits,

ich habe die Tage auch ein wenig mit Wandlern gespielt. Hier ergibt sich das Problem, daß mein Horizontalläufer, wenn er dann am Laufen ist, aufgrund der Belastung durch den 12-V-Akku nicht auf Touren kommt. Früher hatte ich kleine Magneten auf den Scheiben, da paßte das noch, aber nach Aufrüstung ist es damit vorbei. Um mal die Größenordnungen zu benennen: Das ist so ein kleiner 1,1-Meter-Dreiflügler, der mit dem leisesten Windhauch losgeht. Er läuft, noch bevor die ersten Blätter an den Bäumen wackeln - die sind übrigens alle deutlich höher ringherum, bin hier gut eingebaut. Mehr als 150 Umdrehungen bei 12-V-Ladung gibt es hier nicht, auch wenn mal ein paar A anstehen. Also muß ich herunter wandeln und zusehen, daß ich die Drehzahl rauf bekomme.

Da ich ein wenig Übung damit habe, ist erneut der kleine Achtbeiner Mc34063 zum Einsatz gekommen. Die Schaltungen aus Datenblatt und Application Notes sind alle wenig erfrischend und eher Leistungsvernichter, sobald man die dort benannten externen Schalter einsetzt. Daher habe ich es klassisch versucht und es hat geklappt. Der Treiber im Chip ist als Emitterstufe geschaltet, also Pin 2 auf Masse und Pin 1+8 als Ausgang. Als Last hat er zwei 1-kOhm-Rs in Reihe gegen Plus, dazwischen zweigt es zu den beiden Gegentakttreibern Bc547/Bc557 auf deren Basen ab. Die treiben dann mit ihren Emittern direkt einen P-Kanal-Fet RFP5P12 (altes Teil, Restbestand) an, welcher als Schalter dient.

Ich habe zwei Meßreihen damit gefahren, jeweils Labornetzteil gegen nicht vollen 12-V-Akku. Die Strombegrenzung am MC34063 ist fest auf 2A eingestellt worden (das kleine Netzteil gibt nur ein A her und das große 10er wollte ich dafür nicht bemühen, zumal es bei 30V endet - das Zweitgerät wiegt genausoviel und ist mir nicht wirklich angenehm umsetzbar). Insgesamt ist der Wirkungsgrad recht gut. Unter 13 V verbraucht man max. 20mA, geladen wird ab etwa 14V. Bei 15 V hat man dann 87% erreicht. Über das Spektrum bis hoch zu 38V kannn man alle Werte von 81 bis 96% sehen, Meßungenauigkeiten natürlich einbegriffen. Ab 39V fällt es unter die 80%-Marke, aber bei 40V ist ohnehin Schluß, mehr erlaubt der Chip nicht.

Auffällig waren Leistungs- und Wirkungsgradspitzen bei 16 bis 19V, ebenso die offenbar progressive Abregelung der Ausgangsspannung bei ansteigender Eingangsspannung. Auch ein längerer Betrieb zeigte hier keine Erwärmung der Zutaten, lediglich der auf einem kleinen Kühlblech montierte altertümliche Fet wurde knapp handwarm.

Insofern habe ich nun einen spielenden Schaltregler. Beeinflussen kann man den auf mehrere Arten. Einerseits darf die Software ihn kurzzeitig abschalten, um die Spannung der Quelle durch Entlastung hoch zu bringen, andererseits kannn man auch die eingebaute Strombremse mit Pnp-Transistor recht billig eingangsspannungsabhängig hochlaufen lassen.

MfG. Andreas

[jb79]

Hallo Andreas!

Hast du vielleicht einen Schaltplan bzw. Photos?
Ein P-Kanal FET ist wegen des höheren Einschaltwiderstandes im Gegensatz zu N-Kanal Fets nicht so optimal, mit einem synchron arbeitenden Regler (der Diode wird ein FET parallel geschaltet, der genau gegensätzlich zum anderen FET arbeitet) läßt sich zusätzlich noch ein bißchen was an Wirkungsgrad rausholen.