Netzteil mit Strom und Spannungsbegrenzung selber bauen

Hi,

zum Laden von verschiedenen Akkus ist es zu empfehlen, wenn Du verschiedene Kanäle hast, die unabhängig voneinander den Strom einprägen. Also im Prinzip mal ein Netzteil konstruieren und dann (wenn's funktioniert) dublizieren.

Für die fetten Hawker-Akkus habe ich mal einen Lader für Blei-Gel entwickelt. Schaltungsunterlagen sind hier .

Wenn es bei Dir keine Regelung sondern nur einfach eine bestimmte Spannung bzw. ein bestimmter Strom sein soll (manuelle Überwachung und nachregelung), dann könnte ich Dir noch den Baustein L200 empfehlen. Ich habe vor ein paar Wochen mal die Applikation getestet, bei dem der L200 nicht selbst als Leistungsstufe agiert, sondern einen Power-Transistor ansteuert. Habe mal 5A gezogen, hat wunderbar funktioniert. Die Applikation dazu findest Du im Datenblatt vom L200.

Zitat

Frage zum L220

Heißt L200, nicht dass Du beim Suchen des Datasheets nichts finden solltest.

Zitat

Weil da steht input 40V.

Das ist die maximal zulässige Eingangsspannung. Und dieser Wert ist schon gelogen. Nach meiner Erfahrung maximal 36V, ansonsten schickst Du den Baustein in den Halbleiterhimmel, wenn mal 2A fließen sollten.

Zitat

Ich mochte damit V und A regeln. Z.B. 12v 10mA oder 5V 2A.

Da ist jetzt noch etwas "Grundlagen-Erläuterung" nötig.
Du kannst nicht einfach sagen, ich möchte jetzt an einen beliebigen Akku "12V" anlegen und gleichzeitig "1A" fließen lassen. Oder 13V anlegen und nur 10mA fließen lassen. => Stichwort: "Ohmsches Gesetz" , wobei das hier beim Akkuladen nicht ganz so einfach betrachtet werden kann, weil das Laden vom Akku ein nichtlinearer Vorgang ist.

Unterscheide mal einfach:
- Du legst eine bestimmte Spannung an
- Anhand des Widerstands vom Bauteil (in diesem Fall : Akku) fließt ein damit verbundener Strom.
- Eine Erhöhung der Spannung hat zwangsweise eine Erhöhung des fließenden Stroms zur Folge.
- Eine Verringerung der Spannung hat zwangsweise... na ? .... ? => genau! eine Verringerung des Stroms zur Folge.

Wenn also der Strom (sprich: Ladestrom) in den Akku geändert werden soll, dann muss primär die ausgegebene Spannung geändert werden. Und zwar so lange, bis der gewünschte Strom eingestellt ist.

Aber warum gibt es dann die Stromangaben? Das ist im Prinzip eine Art Regelung am Baustein und heißt "Strombegrenzung".
Über einen niederohmigen Widerstand wird am Regel-Baustein der aktuell fließende Strom gemessen. Ist er zu hoch, dann nimmt der Baustein die Spannung zurück. Und (siehe oben): Wenn die Spannung zurückgedreht wird, dann fließt auch weniger Strom. Und schon paßt's wieder.

Der L200 ist ein SPANNUNGSKonstanter mit Strombegrenzung. Im Prinzip ist der zum Laden von Akkus schon mal nicht ganz verkehrt, auch wenn man da ständig manuell dranhängen muss.

Meine Labornetzteile sind auch mit dem L200 aufgebaut. Haben zwei Potis: Eines für die gewünschte Spannung und eines für den maximal zulässigen Strom (=Strombegrenzung). Wobei da unbedingt noch was berücksichtig werden muss.... aber dazu später.

Als Beispiel mal das Laden von einem BleiGel-Akku, z.B. dem Panasonic, den ich früher in der Ratte hatte:
Laut Aufkleber darf der Akku zum Laden maximal 14.7V bekommen. Gleichzeitig darf ein Ladestrom von maximal 0.8A fließen.
1)
Also stellt man den L200 zunächst so ein, dass (ohne angesteckten Akku) eine Spannung von 14.7V ausgegeben wird. Es fließt kein Strom. Klar, wie soll er auch fließen, wenn nichts angesteckt ist.
Die Strombegrenzung müßte jetzt auf 0.8A eingestellt sein. Kann man normalerweise nicht, weil man keine Skala am selbstgebauten Regler hat. Also mal volle Strombegrenzung rein. Sind bei mir dann so ca. 0.1A.
2)
Jetzt den Akku anstecken. Er bekommt die 14.7V. Aber: Der Akku ist leer. Zieht also viel Strom. Der Strom ist mehr als die eingestelltn 0.1A. Also reagiert der L200 und nimmt die Spannung zurück. Und zwar so lange, bis die 0.1A fließen. Ich schätze mal, dass das bei z.B. 11.2V ist (... nur als Beispiel !...).
3)
Jetzt drehst Du mit dem Strombegrenzungspoti solange nach oben, bis der Ladestrom von 0.8A fließt. Der L200 muss für die Erhöhung des Stroms die Spannung erhöhen. Grob geschätzt, wird das bei ca. 12.2V sein.
4)
Am Akku liegt jetzt also eine Spannung von 12.2V und es fließt ein Strom von 0.8A.
Der Akku wird langsam geladen. Je mehr er geladen wird, desto weniger Strom würde fließen. Aber sobald der STrom von 0.8A nach unten gehen würde, regelt der L200 sofort wieder die Spannung nach oben, damit wieder die 0.8A fließen.
5)
Der Akku wird weiter geladen. Es fließt immer noch 0.8A. Die Spannung muss immer weiter erhöht werden, damit dieser Strom fließen kann.
Irgendwann sind die 14.7V erreicht, die wir anfangs als maximale Spannung eingestellt hatten.
Sobald jetzt der Strom unterhalb den 0.8A liegt, die 14.7V aber schon erreicht sind, dann darf der L200 die Spannung nicht wieder erhöhen.
Das heißt: Es liegt jetzt 14.7V an und der Strom ist kleiner 0.8A.
6)
Im Laufe der weiteren Ladung wird der Strom immer weiter sinken, die Spannung bleibt bei 14.7V.
Bei 0.4A (oder weniger) sagt man dann, dass der Akku jetzt genügende geladen ist und bricht den Ladevorgang ab.

=> Soweit jetzt ein bißchen Feeling bekommen, wie das mit der Spannung und dem Strom beim Laden zusammenhängt?

Und jetzt zum L200 zurück:
Der hat eine große Einschränkung, die im Datenblatt leider etwas untergeht: Nennt sich "maximale Verlustleistung".

Wenn Du 20V an den Eingang anlegst und nur 5V rauskommen sollen, dann müssen die restlichen 15V irgendwo bleiben. Und zwar am L200. Gleichzeitig fließt Strom. Die Verlustleistung ist Strom mal Spannung.
Diese maximale Verlustleistung darf beim L200 nicht überschritten werden. Der Baustein hat eine thermische Sicherung, damit er nicht kaputtgeht. Aber: Was nützt Dir eine Sicherung, wenn Du bei eingespeisten 20V und gewünschten 5V Ausgangsspannung nur 0.2A fließen lassen kannst?

Somit entweder die Eingangsspannung so gering wie möglich an die gewünschte Ausgangsspannung anpassen, oder den L200 gar nicht als Leistungsstufe verwenden, sondern nur zum Regeln für einen separaten Transistor mißbrauchen. Der Transistor muss dann mit der entstehenden Verlustleistung klarkommen.

Zitat

Original von Krümmel
Wenn ich die Schaltung wie oben aufbaue muss ich nur R1 und R2 glaub ich durch Potis ersetzen. Oder nicht? Welchen Widerstand müssen die den haben? Kann ich die Akkus damit überladen? Oder muss ich eine Ladeschlussschaltung einbauen?

Die gewünschte Ausgangsspannung wird durch das Verhältnis zwischen R1 und R2 bestimmt. Man braucht nur eine Größe ändern, die andere bleibt. Also dne R1 als Festwiderstand lassen und mit dem R2 als Poti die Spannung variierbar machen.

Schlimmer wird die Strombegrenzung. Hier muss der obere Widerstand durch ein Poti ersetzt werden. Und jetzt halte Dich fest: Dieses Poti muss den ganzen Strom können, der hinterher fließt. Das Poti dient nämlich als Meßwiderstand, um den aktuellen Stromfluß feststellen zu können.
So ein Drahtpoti für 2A ist teuer. Du kannst aber verschiedene Leistungswiderstände nehmen und die durch entsprechende Schalter miteinander verschalten.
Im Datenblatt vom L200 ist eine Kennlinie, welchen Widerstand Du für die entsprechenden Strom brauchst. Aber das Zeugs ist verdammt niederohmig. Da müssen also unbedingt dicke Drähte und Schalter mit geringem Eigenwiderstand verbaut werden.
Im einfachsten Fall: Die oberen Strombegrenzungswiderstand überbrücken. Dann fließt voller Strom.

Was Du jetzt aber noch wissen solltest (siehe obere Frage): Der L200 ist kein spezieller Akkulader-IC, sondern ein Spannungskonstanter. Er hat somit weder eine Abschaltung für eine Ladeschlussspannung, noch sonst eine Erkennung, wann ein NiCd-Akku geladen ist und den Ladestrom langsam in Verlustleistung umwandelt (Delta-Peak-Erkennung).

Wenn Du so einen IC willst, dann muss ich an andere Vereinsmitglieder verweisen, die haben da bestimmt einen Tipp auf Lager.

Zitat

Original von Krümmel
Gelade sollen 5 Ni-Cd Akkus mit 4800mAh in Reihe (laden keine Angabe aber ich denke 1C also 480mA). Welche Eingangsspannung brauche ich, und reicht der L200 (so richtig ) aus?

Hm... verstehe ich jetzt nicht.
Eine Zelle hat doch 1.2V Nennspannung, oder? Und auf einer Zelle steht 480mAh ?
Wenn Du die fünf Zellen in Reihe schaltest, haste 6V Spannung und weiterhin eine Kapazität von 480mAh .
Der L200 kann das selbstverständlich, aber bei einem Ladestrom von 480mA ( 1C) darf die Eingangsspannung nicht zu hoch sein, sonst wird die zulässige Verlustleistung des L200 (in der Standard-Beschaltung) überschritten. Außer, siehe oben, Du nimmst Dir einen separaten Transistor zu hilfe.

Zitat

kann ich die Schaltung auch mit 12V speisen und müsse die Potis einen hohe Last aushalten?

die schaltung sollte auch mit 12V laufen.
hm.... wo ist denn nun das bild hin???
welches IC wird eingesetzt? war auf dem bild nicht zu erkennen.

Zitat

und müsse die Potis einen hohe Last aushalten?

nein

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Zitat:"Schlimmer wird die Strombegrenzung. Hier muss der obere Widerstand durch ein Poti ersetzt werden. Und jetzt halte Dich fest: Dieses Poti muss den ganzen Strom können, der hinterher fließt. Das Poti dient nämlich als Meßwiderstand, um den aktuellen Stromfluß feststellen zu können."

das halte ich für ein gerücht!
der L200 hat intern einen stromspiegel zum messen des laststroms
nur ein bruchteil des laststroms läuft über den messwiderstand an pin 5

Zitat

welches IC wird eingesetzt? war auf dem bild nicht zu erkennen.

Der Klassiker schlechthin: Ein lineares Netzteil auf Basis des LM723...

Zitat

auf Basis des LM723...

giz? siehst du den anhang noch? bei mir lässt er sich nicht mehr öffnen...

Zitat

giz? siehst du den anhang noch?

I do...

hmpf...
nachdem ich komplett rausgeflogen bin, seh ichs nun auch wieder...

@krümel:
vorsicht bei den transistoren Q1, Q2, Q3.... die beschriftung ist verrutscht!!!
Q2,Q3 sind die oberen (npn, 2n3055), Q1 ist der untere (pnp, bd136)
achte beim nachbau auf die leistungsangabe der widerstände!!!

Heiko: Reiner hat recht, beim L200 muss der Widerstand zur Strombegrenzung als Lastwiederstand ausgebildet sein. Ich habe mir doch so ein Ladegerät (oder sagen wir mal "Konstant-Spannungs-/Stromquelle") aus einem alten Bleiakkulader und drei L200 gebaut. Die Shuntwiederstände werden muckelig warm (ab 0,5 Amp), guter Tassenwärmer. Bei hohen Widerstandsgrößen und damit geringem Strom passiert da natürlich nicht mehr so viel.

Ich habe das Ding gebaut, um Lipos damit zu laden (ist aber nur für Einzelzellen brauchbar! und immer schön die Spannung messen). Ich kann zwischen zwei Ladespannungen wählen 4,0 und 4,1 Volt (eingestellt über Spinndeltrimmer), die per Drehschalter jeweils angewählt werden. (LiIon und Lipo haben unterschiedliche Ladeschlussspannungen!!!) Den Ladestrom kann ich über 4 Lastwiderstände einstellen, die über ein Drehschalter entsprechend angelegt werden. Aufgrund der Bauteilstreuung der Lastwiderstände (10% typen) habe ich an den drei identisch aufgebauten Ladern jeweils andere ladeströme. Kann man aber mit Leben. Ich würde mir aber doch ein richtiges Ladegerät bei ebay schießen, damit die Lipos auch wirklich überleben.

Ach so: die Umgebauten Computernetzteile werden üblicherweise nur als Netzteil verwendet (12Volt) um daran übliche Ladegeräte anzuschließen. Der Umbau von Computerneztteilen geht recht einfach (einige Netzteile brauchen eine Mindestlast, diese muss über einen eingebauten Lastwiderstand abgerufen werden, sonst läuft das Ding sich tot!)