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Tipps eines Selbstbauers....

Tipps eines Selbstbauers an Hand eines Akku-Entladers.


Die folgende Beschreibung eines Akku-Entladers ist keine Kochbuchanleitung. Sie soll eher diejenigen zum Basteln anregen, die nicht so recht wissen, wie sie anfangen sollen, bzw. ich hoffe hiermit zeigen zu können, wie man billig basteln kann. Viele, die gerne basteln möchten, lassen es bleiben, weil ein kompletter Bausatz kaum billiger ist, als ein Fertiggerät.
Die meisten haben eine "Bastelkiste" in der vielerlei Bauteile ungenutzt herumliegen. Beim reinen Nachbau nach einem fertigen Schaltbild passen die Teile in den seltensten Fällen. Also muss man einen anderen Weg wählen.
Der richtige Weg ist: die Schaltung (in gewissen Grenzen) an Hand der vorhandenen Bauteile zu konstruieren bzw. umzuändern.
Wir Funkamateure müssen ja ein gewisses Maß an technischem Wissen aufweisen. Die Konstruktion bzw. Anpassung einer einfachen elektronischen Schaltung sollte daher jedem möglich sein. Eine evtl. Fehlersuche ist dann auch kein Problem, da man die Schaltung (entgegen der reinen Nachbaumethode) dann ja versteht. Im Laufe der Zeit lernt man viel dazu und kann dann immer kompliziertere Geräte bauen.
Das der Gebrauch so eines selbstkonstruierten Gerätes ungleich mehr Freude bereitet, als ein fertiges, ist ja selbstverständlich, selbst wenn die Frontplatte nicht so perfekt aussieht, wie bei dem kommerziellen Gerät.




Auf Grundlage dieser Philosophie habe ich mir ein Akku-Entladegerät gebaut. Nicht, weil ich es unbedingt gebraucht hätte, denn dann währe es einfacher, 300.-€ zu opfern und ein Fertiggerät zu bestellen.
Ein- bis zweimal im Jahr hatte ich den Bedarf, die Kapazität eines Akkus zu messen. Dazu lötete ich mir jedes Mal aus einem Relais und einigen Widerständen eine zum jeweiligen Akkupassende Entladeschaltung zusammen. Ein vernünftiges Messergebnis war nur möglich, wenn das Entladen dauernd kontrolliert wurde. Dies zu automatisieren war der Grund, dass ich mir Gedanken über ein universelles Entladegerät machte. Ein 2. Grund war, dass NC-Akkus erst nach vollständigem Entladen wieder vollgeladen werden sollten. Dabei dürfen die Akkus keinesfalls tiefentladen werden. Auch diese Arbeit sollte das neue Gerätchen übernehmen.
Für die rel. wenigen Einsätze wäre ein Fertiggerät für 300.-€ einfach unrentabel. Die von mir für dieses Gerät verwendeten Bauteile stammen von Flohmärkten, bzw. sind Ausschlachtteile.






In der Bastelkiste waren: 
1 Kunststoffgehäuse 120 x 50 x 40 mm, ein für 60 Watt ausreichender Kühlkörper, ein Trafo 3V~ und 8V~/100 mA Ausgang, ein Leistungsfet BUZ11, ein Operationsverstärker LM2904, ein 2,500 Volt Konstantspannungs-IC MC1403, eine 3-stellige 7-Segment-Anzeige mit passenden Zähler-IC's, ein Quarzuhrbaustein aus einem Wecker, eine Menge Kleinleistungs- transistoren, ein Haufen Widerstände, einige 1A-Dioden und etliche Elkos.
Die Teile hatte ich für ca. 9.-€ !!! irgendwann mal eingekauft.










Die Erwartungen an das Gerät waren: Exakt einzustellender und konstant bleibender Entladestrom von 0-2 Ampere. Exakt einzustellende Entladeschlussspannung von 0,8-18 Volt. Zeitmessung während der Entladung. Automatisches Abschalten des Entladestromes bei Erreichen der Entladeschlussspannung. Messergebnis bis auf wenige Prozent genau.

Um das vorgegebene Ergebnis mit den vorhandenen Bauteilen zu erreichen, musste ich natürlich mehrere Trickschaltungen "erfinden" und einige Kompromisse eingehen, aber gerade solche Überlegungen machen den Selbstbau interessant.

Eine Platine zu ätzen, wäre Unfug. Erstens weiß ich bei Beginn der Arbeiten noch nicht genau, welche Bauteile verwendet werden und zweitens wären evtl. Änderungen nach dem ersten Probelauf dann kaum möglich.  Gleich dazu einen Tipp: Niemals so ein Gerät komplett zusammenbauen und dann erst einen Probelauf durchführen, sondern jede Schaltungsgruppe einzeln probieren und evtl. entsprechend ändern bzw. optimieren.
Auch das Aussehen des Innenlebens ist untergeordnet. Man möchte das Gerät ja weder im Glasschrank aufbewahren, noch auf einer Ausstellung vorführen. Es soll  zu einem günstigen Preis gute Dienste im Alltag leisten. Nicht zu vergessen, das Erfolgserlebnis, da es sich um ein wirklich selbst gebautes Gerät handelt.

Nun zum Aufbau der Schaltung:
Ich begann mit der Beschaltung der Endstufe. Der FET BUZ11 wurde mit den Source-Widerständen auf dem Kühlkörper befestigt und gleich mithilfe eines Labornetzgerätes getestet.





Da trat schon das erste (scheinbare) Problem auf: Der 1,111 Ohm Widerstand ist so nicht erhältlich. Also muss man ein wenig mit dem Ohmschen-Gesetz rechnen und den Wert aus mehreren Widerständen zusammensetzen.
Erfreulich war, dass nach einer halben Stunde Probelauf mit 24 Volt und 2,5 Ampere (=60W) die Kühlfahne des FET’s nur ca. 70°C warm wurde, was ein zulässiger Wert für Dauerbetrieb ist.

Der Source-Widerstand beträgt komplett 1,00 Ohm. Die abfallende Spannung ist wertgleich mit dem fließenden Entladestrom. Bei 2,5A muss er eine Leistung von 6,25 Watt auf Dauer aushalten. Ein niedrigerer Wert, z.B. 0,10 Ohm wäre besser, dann würden 0,6 Watt ausreichen, aber dann ist die geforderte Präzision nicht leicht zu erreichen.





Wenn des öfteren nur kleine Entladeströme (unter 200 mA) benötigt werden, dann kann ich die Lötverbindung öffnen und es wirkt dann nur der 10-Ohm-Widerstand.
Der Vorteil ist dabei die leichtere Einstellung des Stromes mit dem Poti.









Diese Einstellung mittels der Skala eines normalen Potis bis auf wenige Prozent Genauigkeit ist nicht möglich. Aus diesem Grund habe ich 2 Messpunkte plus einem Massepunkt herausgeführt. An diesen kann mit einem Digitalvoltmeter die Spannung bzw. der Strom auf 1% genau eingestellt werden. Selbst billige Digitalvoltmeter erreichen diese Genauigkeit im Gleichspannungs-Messbereich.





















Die Spannungsversorgung: Der OP LM2904 kommt ohne neg. Betriebsspannung aus, daher konnte ich die 3V-Wicklung des Trafos anderweitig nutzen. Damit der FET voll durchgeseuert werden kann, benötigt er 10 Volt am Gate. Damit der OP diese Spannung liefern kann, sollte seine Betriebsspannung über 12 Volt liegen.  Der vorhandene Trafo (ein größerer passte nicht in das Gehäuse) liefert aber nur 8V~ und 3V~. Die beiden Wicklungen in Serie ergeben nach Gleichrichtung unter Last mind. 12 Volt. Für die 5V-Versorgung müsste ich dann aber wieder 7 Volt in Wärme vernichten. Da genügend Dioden und Elkos vorhanden waren, wählte ich hier eine Trickschaltung. Die 8V~ ergeben bei Belastung mit Betriebsstrom ca. 9 Volt Gleichspannung. Die 3V~ wurde mittels einer Spannungsverdopplung gleichgerichtet, das ergibt mind. 6V Gleichspannung. Diese begrenzte ich mit einem Transistor und einer Zenerdiode auf 5,6 Volt. Die 9V-Gleichspannung legte ich dann in Reihe mit den 5,6V, das ergibt dann 14,6 Volt für die OP’s und für die restliche Schaltung werden die 5,6V angezapft.











Ich möchte nicht alle Schaltungsgruppen ausführlich erklären, aber noch ein paar Worte zu den Spannungs/Strom- Messungen: Ein Operationsverstärker (OP) versucht seine Ausgangsspannung auf genau dem gleichen Wert zu halten, wie die Spannung am nichtinvertierenden (+) Eingang, wenn der Ausgang mit dem invertierenden (-) Eingang verbunden wird. Dies wird bei der Entladestrom-Regelung angewandt. Der MC1403 liefert eine hochgenaue Spannung von 2,50 Volt. Über ein 10 kOhm-Poti lässt sich also eine Spannung von 0 bis 2,50 Volt abgreifen. Diese liegt am +Eingang des OP’s.  Vom Source des BUZ11 (entspricht dem Ausgang des OP's)  führt eine Leitung zurück zum –Eingang.
Also wird der OP die Spannung und somit auch den Strom genau auf den Wert des Poti-schleifers einregeln.
Bei der Überwachung der Entladeschlussspannung ist es etwas anders.










Die Referenz-Spannung vom Poti geht hier an den –Eingang des OP. Die Akkuspannung wird über einen 10:1 Teiler an den +Eingang geführt. Dieser OP arbeitet ohne Gegenkopplung, also einfach als Komparator. Solange die Spannung am +Eingang höher als die am –Eingang ist, liegt der Ausgang des OP’s auf ca. +10V und hält über einen Transistor das Relais angezogen. Sobald jedoch die Spannung am +Eingang unter die des –Eing. absinkt, kippt der Ausgang auf 0V und das Relais fällt ab.
Die Uhr wird gestoppt und über die 2 Transistoren (über dem FET) wird das Gate auf Masse gelegt, so dass kein Entladestrom mehr fließen kann.














Zum Schluß ein paar kurze Erklärungen zu den übrigen Schaltungsteilen: Die LED "Stromfehler"  leuchtet, wenn der eingestellte Strom aus irgendwelchen Gründen nicht erreicht werden kann (z.B. Akkuspannung zu niedrig oder Entladen beendet).
Damit das Relais nicht dauernd 30mA zieht, wird nur beim Drücken der Start-Taste kurz 14V aus dem Elko abgegeben. Wenn das Relais angezogen hat, Hält es sich selbst mittels 5V, die über die Diode fließen. Die Belastung ist dann nur noch 10mA.
Der Sekundentakt für den Minutenzähler wird durch eine Quarz-Einheit aus einem Wecker erzeugt. Diese wird mit 1,7 Volt betrieben. Daher müssen die Sek-Impulse mit einem Transistor auf 5V angehoben werden.  Im CD4029 und CD4017 wird durch 60 geteilt. Alle Minuten kommt also ein Impuls an den CD4553. Von diesem IC und dem CD4543 wird die Siebensegmentanzeige angesteuert.  Am Ende der Entladung wird die Betriebsspannung für den Sekundentakt durch das Relais abgeschaltet. Da nun keine Impulse mehr an den Zähler-IC's ankommen, bleibt die Anzeige auf dem letzten Wert stehen und lässt sich später einfach ablesen.




Um die Schaltbilder in hoher Auflösung zu sehen, bitte das Bild anklicken.












Wenn einige von diesem Artikel Anregungen bekommen haben und wieder Mut zum Selbstbauen gefunden haben, dann hat sich meine Mühe für diesen Artikel gelohnt.

Viel Erfolg beim Basteln,
vy 73 de Edi  DC2NJ
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Aktualisierung 17.05.2008 von DC2NJ
This page was created on 17.05.2008 by DC2NJ
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