elektronisch regelbare Stromquelle - welche Ansätze?

[Bernd Maier]

Hallo und Frohe Feiertage!

Ich suche ein Möglichkeit, einen (mit einem PIC) einstellbaren Strom von 0,2
bis 1A zu erzeugen. Damit soll ein mehr oder weniger konstanter Ladestrom
für eine einzelne NiMh-Zelle erzeugt werden.

Nun wird sowas im Referenzdesign PICref2 von Microchip über einen
Buck-Konverter und PWM gelöst. Ich habe allerdings Zweifel, ob das für mich
als Hobby-Bastler ein geeigneter Ansatz ist. Die Anforderungen an das Layout
sind vermutlich recht hoch und mir fehlt die Messtechnik für sowas (hab nur
ein DMM, kein Oszi, etc.).

Welche anderen Möglichkeiten gibt es da?

Welche ICs können sowas?

Diskreter Aufbau wäre mir wegen des Lerneffekts lieber, aber nur, wenn der
Aufwand noch vertretbar ist.

MfG Bernd

 

[Dieter Wiedmann]

Bernd Maier schrieb:

Ich suche ein Möglichkeit, einen (mit einem PIC) einstellbaren Strom von 0,2
bis 1A zu erzeugen. Damit soll ein mehr oder weniger konstanter Ladestrom
für eine einzelne NiMh-Zelle erzeugt werden.

Wegen des Wirkungsgrad ist da ein Schaltregler besser.

Nun wird sowas im Referenzdesign PICref2 von Microchip über einen
Buck-Konverter und PWM gelöst. Ich habe allerdings Zweifel, ob das für mich
als Hobby-Bastler ein geeigneter Ansatz ist. Die Anforderungen an das Layout
sind vermutlich recht hoch und mir fehlt die Messtechnik für sowas (hab nur
ein DMM, kein Oszi, etc.).

Oszi ist sicher sehr hilfreich, aber nicht unbedingt nötig, man darf
halt die Schaltfrequenz nicht zu hoch wählen (<=30kHz). Wenn man Wert
auf einen guten Wirkungsgrad legt muss, bei der geringen
Ausgangsspannung, halt eine Synchrongleichrichtung her.

Welche anderen Möglichkeiten gibt es da?

Linearregler, heizt halt mehr.

Welche ICs können sowas?

Opamps, und dazu natürlich ein einfacher (R-Netzwerk) D/A-Wandler.

Diskreter Aufbau wäre mir wegen des Lerneffekts lieber, aber nur, wenn der
Aufwand noch vertretbar ist.

*Wirklich* diskret wirst du nicht wollen, wer baut schon noch einen
Opamp aus Einzeltransistoren.


Gruß Dieter

 

[Martin Laabs]

Am Thu, 25 Dec 2003 13:34:35 +0100 hat Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> geschrieben:

Bernd Maier schrieb:

Diskreter Aufbau wäre mir wegen des Lerneffekts lieber, aber nur, wenn der
Aufwand noch vertretbar ist.

*Wirklich* diskret wirst du nicht wollen, wer baut schon noch einen
Opamp aus Einzeltransistoren.

Warum nicht? Da der Strom beim Laden von Akkus ja nicht auf 1% genau sein
muss würde ich es (so ich genug Portpins frei habe) mit einem R-Netzwerk
als D/A Wandler probieren. (256 Stufen werden doch bestimmt reichen, oder)
Damit dann diskret einen Treiber und Leistungstransistor ansteuern.

Wenn man dann noch zwei umschaltbare Spannungen hat wird man Verluste
<1W (bei 1.2V/Zelle) bekommen.

Tschüss
Martin L.

 

[Bernd Maier]

"Martin Laabs" schrieb:

*Wirklich* diskret wirst du nicht wollen, wer baut schon noch einen
Opamp aus Einzeltransistoren.

Warum nicht? Da der Strom beim Laden von Akkus ja nicht auf 1% genau sein
muss würde ich es (so ich genug Portpins frei habe) mit einem R-Netzwerk
als D/A Wandler probieren. (256 Stufen werden doch bestimmt reichen, oder)

Ja, 256 Stufen reichen sicher.

Damit dann diskret einen Treiber und Leistungstransistor ansteuern.

Was für einen Transi nehme ich denn am besten?
Irgendeinen FET (mit ausreichender Leistung natürlich) aus der Bastelkiste,
oder muss ich noch irgendwas beachten?

MfG Bernd

 

[Bernd Mayer]

Dieter Wiedmann wrote:

*Wirklich* diskret wirst du nicht wollen, wer baut schon noch einen
Opamp aus Einzeltransistoren.

Hallo Dieter,

heute eher nicht mehr, hab das aber früher schon ab und an erfolgreich
gemacht: z.B. für einen Sinusgenerator mit Wienbrücke der bis 1 MHz und
einem Ausgangshub von 10 Vpeak funktioniert. Keiner der zu dieser Zeit
leicht erhältlichen Opamps hat meinen Anforderungen an Verstärkung,
GainBandwith, Slewrate, Stabilität, Ausgangsstrom usw. genügt. Minimal
habe ich für einfache Opamps 4 Transistoren benötigt. Mit jedem
zusätzlichen Transistor kann man bessere Eigenschaften erzielen. Für
einen Buffer kann z.B. schon ein einfacher Emitterfolger ausreichen.
Damit habe ich schon erstaunliche Filterschaltungen gesehen und
testweise nachgebaut für die man heute einen Opampbuffer verwendet.

Viele diskret aufgebauten Audioverstärker sind genaugenommen auch nix
anders als "Opamps aus Einzeltransistoren".

Grüsse


Bernd Mayer
--
MR. MCBRIDE: Yes, Your Honor. ... I want to walk the Court through
enough of our complaint to help the Court understand that IBM clearly
did contribute a lot of the Unix-related information into Linux.
We just don't know what it is.

 

[Martin Laabs]

Am Thu, 25 Dec 2003 19:49:41 +0100 hat Bernd Maier <gagalus@directbox.com> geschrieben:

"Martin Laabs" schrieb:


Damit dann diskret einen Treiber und Leistungstransistor ansteuern.

Was fĂźr einen Transi nehme ich denn am besten?
Irgendeinen FET (mit ausreichender Leistung natĂźrlich) aus der Bastelkiste,
oder muss ich noch irgendwas beachten?

Ich habe sowas noch nie gebaut ... also meine Vorschläge nicht allzuernst nehmen.

Ich wĂźrde es in etwa so basteln:

.---------.
| | VCC
.-. +--o
| | |
~ ___ | | .-.
| -|___|-+ '-' | |
| | | | |
| | | '-'
| ___ | |/ |
|-|___|-o------| |
| | |> |
uC | | | |<
| ___ | o----------|
|-|___|-+ | |\
| | | |
| | .-.
| ___ | | | Akku
|-|___|-' | | Akku
~ '-' Akku
| Akku
GND Akku
|
===
GND
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de

Aber evt. noch mit ein oder zwei umschaltbaren Spannungsquellen,
so vorhanden.
Man sollte das dann auch noch Temperaturkompensieren. Aber wenn
du was lernen mĂśchtest sicher besser als einfache einen Opamp
in Standardschaltung mit Shunt nachgebaut.

TschĂźss
Martin L.

 

[Dieter Wiedmann]

Martin Laabs schrieb:

Ich wĂźrde es in etwa so basteln:
[Skizze gesnippt]

Ehr so (dann funktionierts auch):

+5V +5V
| |
.-. .-.
10k| | | | 2R
| | | |
'-' '-'
| |
10k | |
___ | |< Darlington
o-|___|--|<-o-| Leistungstr.
___ | |\
Portpins o-|___|--|<-o |
___ | |
o-|___|--|<-' V
-
40k |
|
--- Akku
-
|
|
===
GND
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de

Gruß Dieter

 

[Bernd Maier]

"Dieter Wiedmann" schrieb:

Ehr so (dann funktionierts auch):

+5V +5V
| |
.-. .-.
10k| | | | 2R
| | | |
'-' '-'
| |
10k | |
___ | |< Darlington
o-|___|--|<-o-| Leistungstr.
___ | |\
Portpins o-|___|--|<-o |
___ | |
o-|___|--|<-' V
-
40k |
|
--- Akku
-
|
|
===
GND
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.24.140803 Beta www.tech-chat.de

Hallo Dieter,

welchen Zweck erfüllen die Dioden vor den Ports?

Aus welchem Grund wird ein Darlington benutzt? Um die Ströme durch die
Portpins möglichst gering zu halten?
Wäre es sinnvoll, einen FET einzusetzten?

MfG Bernd

 

[Dieter Wiedmann]

Bernd Maier schrieb:

welchen Zweck erfüllen die Dioden vor den Ports?

Entkopplung der Portpins, macht die Auslegung der Widerstände einfacher.

Aus welchem Grund wird ein Darlington benutzt? Um die Ströme durch die
Portpins möglichst gering zu halten?

Ja, sonst hast du noch eine weitere Temperaturabhängigkeit drin (die von
Rds(on) des Portpins).

Wäre es sinnvoll, einen FET einzusetzten?

Überhaupt nicht, die Thresholdspannung ist zu hoch und zu stark
temperaturabhängig.


Gruß Dieter

 

[Martin Laabs]

Am Fri, 26 Dec 2003 15:20:19 +0100 hat Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> geschrieben:

Bernd Maier schrieb:

Wäre es sinnvoll, einen FET einzusetzten?

Überhaupt nicht, die Thresholdspannung ist zu hoch und zu stark
temperaturabhängig.

Nicht nur das. Die Fertigungstoleranzen von Fets sind
wesentlich größer als die von Bipolartransistoren.
Wenn du einen Fet verwenden wolltest müsstest du sicher
noch eine Rückkopplung einplanen.
Und ich meine ein bipolarer ist auch eine bessere
Stromquelle als ein Fet. Aber das sagt mir nur mein Bauch.

Tschüss
Martin L.

 

[MaWin]

Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> schrieb im Beitrag <3FEC2616.AB48858@t-online.de>...

Ehr so (dann funktionierts auch):

Fuer Akkus mit maximal einer Zelle und 0.67A Ladestrom.

Bei 2A wuerde man schon 8 Watt in Waerme verballern.
So schlecht ist vom Wirkungsgrad her kein Akku
Ein Schaltregler ist also durchaus sinnvoll,
der Strom muss ja nur 'in etwa' passen.
Eventuell waere ein Hysterese-Stromschaltregler was fuer Bernd,
siehe www.maxim-ic.com MAX712 Datenblatt Schaltplan 'Schaltregler'
(es fehlt dort aber wohl ein Kondensator im Schaltplan,
aber es geht eh nur ums Prinzip und nicht den IC)
oder AN28 des ICS1708 von www.galaxy-power.com , da ist die Schaltung
per OpAmp geloest. So was wird auch im Reichelt/Sanyo-Lader C100 verwendet.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Martin Laabs]

Am 27 Dec 2003 16:41:04 GMT hat MaWin <me@privacy.net> geschrieben:

Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> schrieb im Beitrag <3FEC2616.AB48858@t-online.de>...

Ehr so (dann funktionierts auch):

Fuer Akkus mit maximal einer Zelle und 0.67A Ladestrom.

Bei 2A wuerde man schon 8 Watt in Waerme verballern.

Von was gehst du denn gerade aus? Ich kenne die Kennlinie von
NiCd Akkus nicht (und Google bringt nur Müll) aber du gehst von
4V Regelreserve aus (wenn der Ladestrom wirklich 2A beträgt.)
was ja nicht sein muss.

Aber ich behaupte mal die Spannung über den Akku
wird nicht über 2V steigen wenn er geladen wird.

Macht einen Verlust (bei 0.9V Akkuspannung und 3V Versorgungsspannung) von
1.4W bei deinen 670mA Ladestrom. Gegen Ladeende sinkt der dann noch
unweseltlich auf 1.2W. Macht, schön betrachtet, so einen Wirkungsgrad
von 60%.
Ganz naiv betrachtet braucht man ja nur eine Versorgungspannung
von 2.7 (Wenn Umax(akku) 2V beträgt). Und schon ist der Wirkungsgrad
bei fast 70%.
Würde der OP jetzt noch einen MosFet anstatt eines Bipolaren
Transistos benutzen (was natürlich die Konstruktion erschweren
würde) hätte man gar einen Wirkungsgrad von 80%. Und wenn man
dann noch zwei Umschaltbare Spannungsquellen verwendete schlägt
man (fast) jeden Schaltregler.

Ganz anders sieht es natürlich aus wenn die Spannung über den Akku
wärend des Ladens wesentlich größer wird. Also sag mal was, Mawin.

Tschüss
Martin L.

 

[MaWin]

Martin Laabs <98malaab@gmx.de> schrieb im Beitrag <opr0uq15eqor2fvh@news.individual.net>...

Aber ich behaupte mal die Spannung über den Akku
wird nicht über 2V steigen wenn er geladen wird.

Ich gehe von Spannung am Akku von unter 2V bei 2A aus,

Dieters Schaltung erlaubt gar nur 1.8V (was fuer 0.66A auch reicht).
Deine erlaubt (an 5V) zwar mehr, geht aber so nicht.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Martin Laabs]

Am 27 Dec 2003 19:14:38 GMT hat MaWin <me@privacy.net> geschrieben:

Martin Laabs <98malaab@gmx.de> schrieb im Beitrag <opr0uq15eqor2fvh@news.individual.net>...

Aber ich behaupte mal die Spannung über den Akku
wird nicht über 2V steigen wenn er geladen wird.

Ich gehe von Spannung am Akku von unter 2V bei 2A aus,
Dieters Schaltung erlaubt gar nur 1.8V (was fuer 0.66A auch reicht).
Deine erlaubt (an 5V) zwar mehr, geht aber so nicht.

Ja, sicher nicht. Aber ich habe sie ja auch nicht zum nachbauen
gemacht sondern eher um meine Idee zu verdeutlichen.
Wenn man den Akku wirklich mit 2A laden möchte muss man so
oder so die Spannung am Akku messen. Und wenn man die Spannung
misst kann man auch gleich noch den Strom messen, das macht den
Kohl auch nicht mehr fett.
Damit kann man denn auch einen Mosfet als Steuerung benutzen
und so den Strom konstant halten. (Wobei ich dann statt des 2R Netzwerkes
wohl eher PWM benutzen würde weil es feinere Abstufungen erlaubt)

Evt. kann der OP ja mal schreiben wie genau er es braucht und ob
es wirklich ein Ladegerät für eine (!) NiMh Zelle werden soll.
Oder ob er doch lieber mehr laden möchte.

Dann wäre es ja noch interessant was dem OP alles vorgegeben ist, z.B. ob
er sich einen Trafo auswählen kann der einen Ausgang von 2V hat.

Ansonsten wollte ich mir auch schon immer mal ein kleines Akku-Ladegerät
basteln mit dem man die Zellen auch am Computer bilanzieren kann.
Aber erst mal müssen die anderen Projekte fertig werden ..

Tschüss
Martin L.

 

[Bernd Maier]

"Martin Laabs" schrieb:

Wenn man den Akku wirklich mit 2A laden möchte muss man so
oder so die Spannung am Akku messen. Und wenn man die Spannung
misst kann man auch gleich noch den Strom messen, das macht den
Kohl auch nicht mehr fett.

Also die Spannung und den Strom wollte ich ohnehin messen und am PC
loggen/auswerten. Dabei hätte ich den 10bit ADC vom PIC zur Verfügung, evtl.
noch mit einer zusätzlichen Referenzspannung von 2 oder 3.3 Volt.
2A könnte man IMHO bei intelligenten Ladeverfahren und aktuellen Akkus schon
brauchen, ein bisschen Reserve möchte man ja auch noch haben.

Damit kann man denn auch einen Mosfet als Steuerung benutzen
und so den Strom konstant halten. (Wobei ich dann statt des 2R Netzwerkes
wohl eher PWM benutzen würde weil es feinere Abstufungen erlaubt)

Wie gesagt habe ich kein Ozi zur Hand. Also entweder müsste ich PWM
vermeiden oder mir die Schaltung aus irgendeiner AppNote 'klauen' und
hoffen, dass sie korrekt funktioniert.

Evt. kann der OP ja mal schreiben wie genau er es braucht und ob
es wirklich ein Ladegerät für eine (!) NiMh Zelle werden soll.
Oder ob er doch lieber mehr laden möchte.

Das Gerät sollte eher zum experimentieren und lernen dienen, daher würde
eine Zelle schon reichen. Jedenfalls wollte ich keine Akkus in
Serienschaltung laden.

Dann wäre es ja noch interessant was dem OP alles vorgegeben ist, z.B. ob
er sich einen Trafo auswählen kann der einen Ausgang von 2V hat.

Eigentlich wollte ich erstmal ein ATX-Schaltnetzteil verwenden. Also 5V mit
Leistung satt.

Ansonsten wollte ich mir auch schon immer mal ein kleines Akku-Ladegerät
basteln mit dem man die Zellen auch am Computer bilanzieren kann.

So hatte ich mir das auch vorgestellt.
Hab schon einen Chargemanager 2010, aber hausgemacht schmeckts einfach
besser.

MfG Bernd

 

[Martin Laabs]

Am Sat, 27 Dec 2003 23:43:23 +0100 hat Bernd Maier <gagalus@directbox.com> geschrieben:

"Martin Laabs" schrieb:

Wie gesagt habe ich kein Ozi zur Hand. Also entweder müsste ich PWM
vermeiden oder mir die Schaltung aus irgendeiner AppNote 'klauen' und
hoffen, dass sie korrekt funktioniert.

Ich meinte das eher als digital-analog Wandler. Also PWM glätten
und (mit einer Pufferstufe) zum Treiben des MosFets verwenden.

Das Gerät sollte eher zum experimentieren und lernen dienen, daher würde
eine Zelle schon reichen. Jedenfalls wollte ich keine Akkus in
Serienschaltung laden.

Was willst du denn alles lernen?

Eigentlich wollte ich erstmal ein ATX-Schaltnetzteil verwenden. Also 5V mit
Leistung satt.

Dann wird es aber wohl oder übel auf einen Schaltregler hinauslaufen.
Denn bei 5V hast du 3.8V Spannungsabfall. Macht bei 2A fast
8W Verlustleistung. (30% Wirkungsgrad ..)

Evt. hast du ja ein Labornetzteil mit dem du dir erst einmal eine
Spannungsversorgung simulieren kannst. (1.5V?)
(Ich grübel immer noch wie ich so lange ohne Labornetzteil auskommen konnte.
Ich glaube ein Widerstandssortiment und ein Labornetzteil sowie ein
Experimentierbrett ist das absolute Minimum um was richtiges zu lernen)


Ich habe bei Schaltnetzteilen absolut keine Ahnung ... und deswegen mag ich
sie auch nicht. Aber wenn ich dann irgendwann in AoE angekommen bin oder
es wirklich mal braucht werde ich evt. der absolute Fan von ihnen.

Evt. kann MaWin ja mal was zum Thema: DC-DC Wandler (disrekt?), ohne
Oszi, bauen sagen.

Tschüss
Martin L.

PS: Warum will eigentlich jeder, für jede kleine Schaltung (Blinklicht), einen uC
benutzen? (Nein. Ladegerät macht schon Sinn, ist mir nur so in den Kopf gekommen)

 

[Dieter Wiedmann]

MaWin schrieb:

Fuer Akkus mit maximal einer Zelle

Wie von Bernd gefragt.

und 0.67A Ladestrom.

Ooch, die Widerstände anzupassen wird der OP wohl hinbekommen.

Ein Schaltregler ist also durchaus sinnvoll,

Sehe ich auch so.


Gruß Dieter

 

[W Krail]

AM 27 Dec 2003 16:41:04 GMT, "MaWin" <me@privacy.net> schrieb:

www.galaxy-power.com

Ist www.galaxypower.com

Grüße

Wolfram

 

[Bernd Maier]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb:

Was willst du denn alles lernen?

Naja, bis jetzt wären da die regelbare Stromquelle, die DA-Wandlung, die
Regelstecke, das RS232-Interface, die verschiedenen Ladeverfahren... Es
scheint so, als ob jetzt auch noch Schaltregler dazukommen, was mir
allerdings recht gewagt scheint.

Eigentlich wollte ich erstmal ein ATX-Schaltnetzteil verwenden. Also 5V
mit
Leistung satt.

Dann wird es aber wohl oder übel auf einen Schaltregler hinauslaufen.
Denn bei 5V hast du 3.8V Spannungsabfall. Macht bei 2A fast
8W Verlustleistung. (30% Wirkungsgrad ..)

Der Wirkungsgrad ist erstmal nicht so wichtig (ok, die Wärme muss irgendwie
abgeführt werden). Vielleicht bekomme ich ja irgendwo (bei Pollin?) ein 3,3V
oder 1,8V Schaltnetzteil.

Evt. hast du ja ein Labornetzteil mit dem du dir erst einmal eine
Spannungsversorgung simulieren kannst. (1.5V?)

Ja, habe ich. Das Gerät läuft aber mit 14V und 'verbrennt' den Rest. Also
noch schlechter als das ATX-Netzteil...

Ich habe bei Schaltnetzteilen absolut keine Ahnung ... und deswegen mag
ich
sie auch nicht. Aber wenn ich dann irgendwann in AoE angekommen bin oder
es wirklich mal braucht werde ich evt. der absolute Fan von ihnen.

Für Schaltnetzteile fehlen mir einfach noch zu viele Grundlagen. Ausserdem
glaube ich nicht, dass ich mir die Messtechnik dafür anschaffen möchte.
Kaufe mir lieber ein fertiges SNT.

Evt. kann MaWin ja mal was zum Thema: DC-DC Wandler (disrekt?), ohne
Oszi, bauen sagen.

Läuft vermutlich auf Blindflug hinaus und macht daher keinen Sinn(?).

MfG Bernd

 

[Bernd Maier]

"MaWin" <me@privacy.net> schrieb :

oder AN28 des ICS1708 von www.galaxy-power.com , da ist die Schaltung
per OpAmp geloest. So was wird auch im Reichelt/Sanyo-Lader C100
verwendet.

Hallo Manfred,

meinst du vielleicht AN18? 28 finde ich nicht.

MfG Bernd

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.