Stromregelung Schaltnetzteil und Umbau zum Ladegerät # geschrieben von:
laase 
Datum: 25. Juli 2018 01:02
Hier noch einmal auf Nachfrage von Matthias (twikis) die Beschreibung, wie man einem konventionellen Netzteil zu einer Stromregelung (i.S.v. Strombegrenzung) verhilft:
Dein Netzteil sieht anders aus als meine und verwendet als IC statt dem TL494 (KA494, KA7500) einen SG3525 (KA3525). Aber das sollte nicht das Problem sein.
Eine Strombegrenzung bekommst Du prinzipiell so aufgebaut:
- Sensor (LEM=Hallstromsensor oder Shuntwiderstand von ein paar mOhm) mißt den Strom
- erster OPV verstärkt das Signal
- weiterer OPV arbeitet als Komparator (Vergleicher): wenn Signalpegel an nichtinvertierendem (= "+") Eingang höher als Vergleichspegel an invertierendem (= "-") Eingang, dann geht der Ausgang des Komparators in Richtung "H", d.h. er kann eine hier angeschlossene LED zum Leuchten bringen
- o.g. LED ist Sendediode in einem Optokoppler, dieser ist im Netzteil eingebaut und gaukelt der Spannungsregelung (bei Dir: IC KA3525) eine zu hohe Ausgangsspannung vor: Netzteil regelt ab und Strom sinkt wieder -> Komparator schaltet wieder auf "L" bzw. bewegt sich in diese Richtung.
- der Prozess s.o. ist so schnell, daß die Regelzeitkonstante des Netzteils langsamer ist. Folge: Strom wird sauber begrenzt. Wenn die externe Schaltung mit den OPVs NICHT schnell genug ist, gibt es Regelschwingungen und der Strom schwankt. Ist aber nicht so schlimm, solange die "Schwankungsamplitude" unter 2A bleibt. Immer noch besser, als das Netzteil komplett ohne Strombegrenzung auf einen Batteriesatz loszulassen.
Ich habe bei mir beide Varianten in Betrieb, Messung über Shunt und Messung mit LEM. Geht beides.
Wichtig ist ein Eingriff in die Regelung des Netzteils, genau dort, wo das IC mit einem Spannungsteiler die Ausgangsspannung des Netzteil (die "48V") mißt. In diesem Kreis ist meist auch ein Einstellregler untergebracht. Wenn Du diese Leitungen verfolgst, siehst Du nicht nur das Poti selbst, sondern auch einen weiteren Widerstand (Größenordnung einige zehn bis max ca. 220kOhm) mit Verbindung zum Poti. Wenn das so aufgebaut ist, wie bei meinen Netzteilen, dann führt das Parallelschalten eines weiteren Widerstands (zB mit gleichem Wert) zu diesem Widerstand zu einer deutlichen Reduzierung der Ausgangsspannung. Aber bitte vorsichtig anfangen und zunächst mit vom Betrag her viel größeren Widerständen anfangen! Wenn der ausgespähte/untersuchte Widerstand nämlich nicht im feedback-Kreis, sondern im Referenzkreis sitzt, dann würde genau der gegenteilige Effekt entstehen und die Ausgangsspannung würde steigen!
Wenn Du jedenfalls durch "Auftasten" den Widerstandswert gefunden hast, der Dir Deine Ausgangsspannung halbiert oder wenigstens um 33% absenkt, dann diesen schonmal gut aufheben. Er kommt später an den Emitter des Optokopplers, während der Kollektor des OK am "positiveren Ende" des ausgespähten Widerstands anzuschließen ist.
Hier
https://www.dropbox.com/sh/zd4zpco8i27e9u2/AACFN8ChhGlAm9kVnfNWeKQ-a?dl=0 [
www.dropbox.com] habe ich ein paar Bilder dazu gespeichert:
- "...663.jpg" zeigt die typische Situation an einem KA7500. Wenn man R25 (in meinen Netzteilen mal 56k und mal 47k) durch Optokoppler OK1 und weiteren Widerstand R2 betragsmäßig verringert, wird mehr Ausgangsspannung zum IC zurückgekoppelt und das Netzteil wird heruntergeregelt. Die Eingangsbeschaltung des OK muß so ausgelegt sein, daß die Spannung vom OPV gerade ausreicht, den OK durchzusteuern. Das war bei mir mit R3=3,3k der Fall (ca. 5V Versorgung des OPV), manchmal reichen auch schon 4,7k (bei höherer Betriebsspannung am OPV).
- in "...532.jpg" kan man schön den Einbau des Optokopplers und der zugehörigen Widerstände sehen: 27k und Optokoppler "überbrücken" 56k feedback Widerstand. Am EIngang des Optokopplers ist der o.g. 3,3k zu sehen und ein Ableitwiderstand von 1,2k, der bewirkt, daß der OK auch schön schnell wieder "zumacht", wenn er nicht mehr "bestromt" wird. Alle fliegend aufgelöteten Bauteile und die herausgeführten "Strippen" müssen später natürlich mit Epoxykleber fixiert werden.
- "Detail Ladestrombegrenzung CityEl RSP1500.jpg" zeigt eine Begrenzungsschaltung, wie ich sie im CityEl zusammen mit dem originalen Ladeshunt und einem Meanwell RSP1500 Netzteil betreibe. Hier brauchte ich keinen Optokoppler einbauen, da die Regelung auch gut über die vorhandenen "Trim" Anschlüsse erfolgen kann. Gegen hier vorhandene kleinere Regelschwingungen müßte ich noch den Kondensator 100nF von Pin 7 zu Pin 6 des OPV entfernen. Ich bin aber zu faul und es geht auch mit. Pins 1,2 und 3 bilden einen stinknormalen nichtinvertierenden Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von 5,1/1 + 1 = 6,1. 35A sind das rechnerisch 117mV am Shunt und damit 713mV an Pin1 (Ausgang). Diese werden dann verglichen mit der an Pin 6 anliegenden Spannung (mit Poti 5,62k einstellbar). Der (Netzteil-externe) Optokoppler wird hier mit 820 Ohm angesteuert. Die Abregelung kann man auch schön an der roten LED beobachten, die in Reihe zur LED im Optokoppler geschaltet ist.
- in "Eagle Maico Stromregelungen.jpg" kann man eine VAriante der OPV Stromregelung sehen, wie sie mit einem LEM und dem oben beschreibenen Netzteil mit IC KA7500 aufgebaut ist. Der LEM liefert bereits so viel Ausgangsspannung, daß das Signal nicht noch einmal verstärkt werden muß. Stattdessen wird mit IC2A die Referenzspannung (ca. 1,1V) eines Mikrocontrollers abgegriffen und über ein Poti und R2 dem Komparator IC2B als Vergleichsspannung zur Verfügung gestellt. Übersteigt die LEM-Spannung (pin5) die Vergleichsspannung (Pin 6), dann geht Pin7 gegen high und steuert den Optokoppler OK1 auf. Dieser sitzt bereits IM Ladegerät und wurde oben schon beschrieben. Durch Einflußnahme des Mikrocontrollers auf die Vergleichsspannung an Pin 6 kann auch eine generelle Stromabregelung auf einen niedrigeren Wert (bei mir 2A, wenn die erste Zelle 3,6V erreicht hat) erfolgen. Das ist aber hier im Schaltplan nicht eingezeichnet bzw. nachgetragen.
- "verzögerte Relaisschaltung mit BMS Eingriffsmöglichkeit.jpg" stellt eine sehr sinnvolle Ergänzung der Netzteilbeschaltung dar: ein Relais trennt das Ladegerät von der Batterie, wenn nicht mehr geladen wird. So kann sich die Batterie nicht in das Netzteil hinein entladen und es wird erst dann geschaltet, wenn 1. das Netzteil seine Spannung aufgebaut hat und 2. das BMS sein ok meldet. Die "22V" wurden intern im Ladegerät abgegriffen. Die meisten Netzteil-ICs sollten so eine interne Versorgungsspannung haben, manchmal auch nur 15V. Das geht aber mit der Schaltung auch noch. R3 und ZD1 sorgen für eine konstante Spannung am Relais. Über R4 und C1 findet eine kurze Zeitverzögerung nach dem Einstecken statt, so daß nicht gleich alles auf einen "Plautz" angeht und evtl die Sicherung durchbrennt oder der Automat auslöst. Zusätzlich wird über Q4, das ist exemplarisch der Freigabeausgang an einem BMS, noch auf die aktive Freigabe durch das BMS gewartet, nur dann geht das Relais auch wirklich an. Zwischen C1 und der Basis von Q3 mußte ich neulich noch einen Widerstand 10k einfügen, weil die Versorgunsspannung sehr "weich" war und beim Schalten des Relais sofort stark einbrach. Mit dem eingefügten Widerstand 10k kam es dann nciht mehr zu einer Rückwirkung der einbrechenden Versorgungsspannung auf das Schaltverhalten vom Relais. V2 dient nur der Simulation der Schaltung und kann vernachlässigt werden.
- "2014-07-02_11-10-41_20.jpg" zeigt, daß ich die oft sehr niederohmigen Grundlastwiderstände von typisch 3,3k 5W am Ausgang entferne und gegen zB 33k ersetze. Das erspart eine Menge unnötiger Abwärme im Gerät und Überschwinger habe ich bisher trotzdem nicht beobachten können.
- "2014-08-31_00-31-10_687.jpg" zeigt die Stromregelungsschaltung im CityEl. Man sieht den OPV (8 pol DIP Schaltkreis im Sockel), das große Poti zum "Dampf" einstellen und rechts daneben sowohl Optokoppler, wie auch LED. Alles auf Lochrasterplatine aufgebaut. Geht auch. Ganz oben auf der Platine übrigens die modernere Alternative zum Trennrelais: ein DC-Schalter mit Mosfets.
