Ziel dieses Projektes war, einen Akkupack mit einer konstante
Ausgangsspannung von 5 Volt zur Versorgung von TTL-Schaltungen,
Mikrocontroller etc. für den Portabelbetrieb zu bauen. Dabei sollte die
Verlustleistung so gering wie möglich gehalten werden.
Auch das Laden des Akkupacks (mit Solarzellen) sollte mit einem hohen
Wirkungsgrad erfolgen. Aus diesem Grund schied eine Regelung der Spannungen mit
Linearreglern aus. Da ich beim Bau des einstellbaren
Schaltreger mit dem LT1070 sehr gute Erfahrungen gemacht habe, setzte ich
ihn wieder ein. Zum Laden des Akkupacks entschied ich mich für den MC34063
(siehe auch IPAQ-Ladegerät).
Der Ausgangsspannungsschaltregler liefert bei 5V Ausgangsspannung eine
Strom von max. 3.2 Ampere, wobei die Drossel ohne zusätzliche Kühlung sehr
heiß wird.
Über den Schalter S1 wird der Akkupack eingeschaltet. Liegt die Akkuspannung
über 3.0 Volt legt die Lastabschaltung, durch die beiden parallel
geschalteten IFR7401, die Masse an den Ausgangsspannungsschaltregler, die
Spannungsanzeige und die Ausgangsbuchse. Da ich viele Geräte habe die
mit 12 Volt versogt werden, habe ich noch eine Möglichkeit zur
Spannungsumschaltung vorgesehen. Mit dem Schalter S2 kann die Ausgangsspannung
zwischen 5 Volt und 12 Volt umgeschaltet werden, der 12V Betrieb wird durch eine
LED signalisiert. Der max. Ausgangsstrom ist dabei 1 Ampere. Die obere linke
Buchse kann zur direkten Spannungsabnahme oder zum direkten Laden (z.B. 5V-Solarzelle)
verwendet werden. (Ladeschluss und Entladeschlussspannung beachten!!)
Die linke untere Buchse dient zum Laden des Akkupacks.
Das größte Problem war einen Mosfet zu finden der bei einer minimalen
Schaltspannung von 1.75 Volt durchschaltet. Der IRF7401 ist ein SMD-Typ (Reichelt
Preis: 55 Cent) und schaltet schon bei Spannungen ab 1.5V. Da er sehr preiswert
ist, habe ich zum halbieren des Innenwiderstandes und zur Leistungshalbierung 2
Mosfet parallel geschaltet (huckepack). Bei 2A ergibt sich ein Spannungsabfall
von 30 mV über Drain und Source. Die IRF7401 werden auch bei 3.2 Ampere nicht
wesentlich warm.
... die Baugruppenaufteilung
Bei einer Eingangsspannung von 4.2 Volt liefert der LT1070 eine max.
Ausgangsleistung von ca. 15 Watt (Wirkungsgrad 93%), bei 3 Volt sind es 10 Watt
(Wirkungsgrad 88%). Bei 5 Volt Ausgangsspannung sind max. 3.2 Ampere möglich. Dabei wird die Drossel ohne zusätzliche Kühlung
sehr heiß. Bei 2 Ampere erwärmt sich die Drossel auf ca. 55 Grad.
Der LT1070 ist mit der linken Gehäusewand als Kühlkörper verschraubt und
erwärmt sich auch bei 3.2 Ampere kaum. Mit R2 wird eine Ausgangsspannung von 5
Volt eingestellt
Der Ausgangskondensator von 2200µF bewirkt eine Welligkeit der
Ausgangsspannung von ca. 35mV SS. Eine Verdoppelung der Ausgangskapazität
halbiert die Welligkeit. Wird R1 durch S2 kurzgeschlossen ergibt sich eine
Ausgangsspannung von 5 Volt (Normalfall). Anderen falls ergibt sich eine
Ausgangsspannung von 12 Volt. Das ist aber nur für den Ausnahmefall gedacht, da
der Wirkungsgrad schlechter ist (72 - 84%) und max. 1 Ampere möglich ist.
Der 34063 ist in diversen Kfz-Handyladegeräten (meist Nokia) zu finden.
Meine Exemplare habe ich auf dem Flohmarkt erstanden (siehe auch IPAQ-Ladegerät).
Die Ladeschaltung ist auf den max. Strom des 34063 eingestellt. Der Rsc begrenzt
den Ladestrom auf 1.5 Ampere. Ab 6.5 Volt Eingangsspannung stellt sich eine Ladespannung von 4.2 Volt mit geringem Strom
ein. Ab xxx Volt ist der max. Ladestrom verfügbar.
Die Ausgangspannung bleibt dabei konstant auf 4.2 Volt. Die Diode D1 verhindert
einen Rückstrom vom Akku und somit auch ein ungewolltes Entladen des Akkus,
wenn keine Spannung an der Ladebuchse anliegt.
Die Schaltung dient dem Entladeschutz des LiIon-Akkus. Der Einstellregler
wird so eingestellt, das der LM358 bei 3V abschaltet. Dazu kann die Sicherung
entnommen werden um den Akku von der Schaltung zu trennen. An der "4.2
Volt"-Buchse wird ein Labornetzteil angeschlossen und auf 3 Volt
eingestellt. Der Einstellregler wird so lange gedreht bis der Ausgang (Pin 1)
des LM358 auf Low geht. Der TL431 arbeitet hier als 2,5 Volt- Spannungsreferenz
mit einer Abweichung von 30ppm/Grad.
Für die Spannungsanzeige wurde aus Sparsamkeitsgründen der Dot-Mode gewählt
(Pin 9 an Ub = Bargraph-Mode). Der Widerstand an Pin 7 (2 K + 10 K) ist
verantwortlich für einen LED-Strom vom ca. 1.5mA je LED. Somit verbraucht die
gesamte Schaltung nur ca. 4mA im Dot-Betrieb. Hinweis: Die LED1 glimmt ständig
um den Skalenanfang zu markieren!
Die Schaltung wird wie folgt geeicht:
Zuerst die Sicherung entfernen um den Akku von der Schaltung zu trennen. Dann
an der "4.2 Volt"-Buchse ein Labornetzteil anschließen.
- Als erstes muss mit dem R1 am Messpunkt MP eine Spannung von 1.1 V
eingestellt werden.
- Danach wird mit R3 der Skalenanfang auf LED1 eingeregelt (Netzteil auf 3.12
Volt einstellen).
- Netzteil auf 4.2 Volt einstellen und mit R2 das Skalenende auf LED10
einregeln.
- Dann die Schritte 1-3 solange wiederholen bis Skalenanfang und Skalenende
mit der entsprechenden Spannung übereinstimmen.
Die Anzeige ist jetzt auf Prozent geeicht. Jede LED entspricht 10%.
Download:
hier noch einige Bilder von den Innereien:
Blick hinter die 2. Frontplatte
Blick von unten, recht ist der Sicherungshalter zu sehen
Akkupack von hinten
Blick hinter die hintere Abdeckung
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