Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batteriespannung auf < 26,4 Volt begrenzen


von Simon (Gast)


Lesenswert?

Eines vorweg: ja, ich weiß das es dumm war eine 24 Volt Batterie für 
einen 24 V Verbraucher vor zu sehen. Seht es meinem jugendlichen 
Leichtsinn nach.

Zum Thema:
Ich habe einen 24 Volt NiCd-Akku (1) mit dem ich einen Verbraucher 
versorgen möchte. Leider verträgt der Verbraucher (2) nur 21,6 bis 26,4 
Volt und der Akku hat vollgeladen eine Spannung von bis zu 29 Volt (1,45 
Volt pro Zelle).

Die LDO Regler die ich finden konnte sind in entweder 
Festspannungsregler, nicht für den Spannungs- oder Strombereich 
geeignet, oder sind in einer (kleinen) Bauform die ich für meine 
begrenzten (Löt-)Fähigkeiten nicht geeignet finde (bspw. LINEAR 
LT3012BEDE).

Der Verbraucher hat eine maximale Leistungsaufnahme von 4,2 Watt. Bei 
21,6 Volt macht das ca. 200 mA.

Ein Regler wäre die beste Möglichkeit, da ich über die gleiche 
Spannungsquelle auch ein 4-20 mA Stromkreis aufbauen möchte und daher 
ein kleinerer Spannungsbereich hilfreich ist. Wenn es sich nicht anders 
lösen lässt, bin ich aber auch für Energievernichtungslösungen die die 
Spannung auf < 26,4 Volt drücken offen. (Was ist hier bspw. von dieser 
Lösung (3) mit Zener-Diode und Transistor in meinem Fall zu halten?)

Die Lösung muss nicht die Günstigste sein, aber sie sollte schon 
deutlich unter dem Preis eines großen 12 Volt Akkupacks plus DC/DC Step 
Up sein.

Hoffe ihr könnt mir helfen :)

(1) http://de.rs-online.com/web/p/akkupacks-sondergroessen/5440245/
(2) 
https://www.festo.com/net/de-at_at/SupportPortal/Downloads/385808/410046/8047953z6.pdf
(3) Beitrag "Spannungsbegrenzung auf ca. 20V mit low drop"

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Nachdem ich den Post abgeschickt habe, habe ich noch folgendes gefunden:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1012151.htm

Wäre dies auch denkbar mit einer 22 V Z-Diode? Morgen mal rechnen, jetzt 
erst mal ins Bett.

von Cr7z D. (0x29a)


Lesenswert?

7824

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Cr7z D. schrieb:
> 7824

Der 7824 hat leider einen Drop von 3 Volt. Damit wäre der Akku im besten 
Fall bis 24,6 Volt nutzbar. Zum Thema Unterspannung finde ich in dem 
Datenblatt leider nichts.

Keine Ahnung ob das einen Unterschied macht im Vergleich zur 
Energievernichtungsmethode.

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Cr7z D. schrieb:
> 7824

Dennoch danke für deine Antwort :)

Sorry für doppelpost :(

von Mani W. (e-doc)


Lesenswert?

Hatten Wir das nicht vor kurzem in einem anderen Thread?

von Sebastian S. (amateur)


Lesenswert?

Schau' Dir die Schaltung mal bei einer Verbraucherstromaufnahme von 0 mA 
an, dann wird ein Pferdefuß schnell sichtbar.

Willst Du allerdings die chemische Industrie sponsern, so könnte so 
etwas Ähnliches infrage kommen.

Sonst, sieh' Dir doch mal Teile wie das 154436 beim "C" an. Die 
Lebensdauer der Batterien wird’s Dir danken. Die Teile gibt es auch aus 
anderen Quellen (Bucht) oder auch als offene Module dann beträchtlich 
billiger.

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Sebastian S. schrieb:
> Schau' Dir die Schaltung mal bei einer Verbraucherstromaufnahme
> von 0 mA an, dann wird ein Pferdefuß schnell sichtbar.
>
> Willst Du allerdings die chemische Industrie sponsern, so könnte so
> etwas Ähnliches infrage kommen.
>
> Sonst, sieh' Dir doch mal Teile wie das 154436 beim "C" an. Die
> Lebensdauer der Batterien wird’s Dir danken. Die Teile gibt es auch aus
> anderen Quellen (Bucht) oder auch als offene Module dann beträchtlich
> billiger.

Das sieht nicht schlecht aus, danke. Da komme ich nur leider preislich 
in den Bereich eines neuen Akkus. Aber ich schau mal was sich finden 
lässt.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Simon schrieb:
> (1,45 Volt pro Zelle).
Wie lange?

> Leider verträgt der Verbraucher (2) nur 21,6 bis 26,4 Volt
Ich würde es mal so sehen: wenn ich selbst eine 24V Schaltung entwickle, 
dann geht die auch bei 30V nicht kaputt. Und in diesem Sinne sind die 
+10% im Datenblatt auch keine +10,0000000%, sondern einfach ein 
"branchenüblicher" Wert. Ich würde hier eine Wette eingehen, dass dieses 
Ventil auch an +20% nicht kaupttgeht. Hält wer dagegen?

Die Spannung "konstant" zu halten ist hier wieder mal sehr kompliziert, 
weil die Akkuspannung am Eingang um die Ausgangsspannung "herumpendelt", 
und man deshalb mit einem SEPIC-Wandler oder einem Sperrwandler anfangen 
muss. Beide haben schlechtere Wirkungsgrade und brauchen mehr Bauteile 
als ein simpler Buck- oder Stepup-Wandler.

Für die Zukunft: einfacher ist es, eine Versorgung zu haben die immer 
(merklich) unter oder (deutlich) über der gewünschten Ausgangsspannung 
ist. Nimm also einfach einen Akkupack mit 36V und einen simplen Stepdown 
und du hast auf ewige Tage eine definierte 24V Versorgung.

: Bearbeitet durch Moderator
von Simon (Gast)


Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Simon schrieb:
> (1,45 Volt pro Zelle).
>
> Wie lange?
>
> Leider verträgt der Verbraucher (2) nur 21,6 bis 26,4 Volt
>
> Ich würde es mal so sehen: wenn ich selbst eine 24V Schaltung entwickle,
> dann geht die auch bei 30V nicht kaputt. Und in diesem Sinne sind die
> +10% im Datenblatt auch keine +10,0000000%, sondern einfach ein
> "branchenüblicher" Wert. Ich würde hier eine Wette eingehen, dass dieses
> Ventil auch an +20% nicht kaupttgeht. Hält wer dagegen?
>
> Die Spannung "konstant" zu halten ist hier wieder mal sehr kompliziert,
> weil die Akkuspannung am Eingang um die Ausgangsspannung "herumpendelt",
> und man deshalb mit einem SEPIC-Wandler oder einem Sperrwandler anfangen
> muss. Beide haben schlechtere Wirkungsgrade und brauchen mehr Bauteile
> als ein simpler Buck- oder Stepup-Wandler.
>
> Für die Zukunft: einfacher ist es, eine Versorgung zu haben die immer
> (merklich) unter oder (deutlich) über der gewünschten Ausgangsspannung
> ist. Nimm also einfach einen Akkupack mit 36V und einen simplen Stepdown
> und du hast auf ewige Tage eine definierte 24V Versorgung.

Meine Erfahrungen in der Elektronik sind begrenzt, aber ich bin Willens 
zu lernen :) diesen Fehler mache ich bestimmt nicht noch einmal :)

Das das Ventil nicht direkt kaputt geht, kann ich mir auch vorstellen. 
Aber riskieren möchte ich es lieber nicht.

Und der Dusche kam mir gerade die Idee es mit einem Wandler im 
Trockenlauf zu probieren und die Spannung mittels Arduino Datenloggers 
auf zu schreiben. Wenn es nichts hilft, gibt es halt nen anderen Akku 
mit sinnvoller Nennspannung.

Danke soweit an alle bisher :) werde meine Erfahrungen hier 
niederschreiben für den Nächsten, der diesen Fehler macht

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Lesenswert?

Wenns gar nicht ohne Begrenzung geht, ist auch die einfache Regelung mit 
Z-Diode und Transistor möglich. Die ist zwar nicht low-drop, aber 
'low-droppiger' als ein normaler 78XX Dreibeinregler:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm

Die Z-Diode sollte etwa 0,7V mehr Spannung haben als die gewünschte 
Ausgangsspannung.

: Bearbeitet durch User
von Radler (Gast)


Lesenswert?

Ruf doch einfach mal bei Festo an und frag nach, wie sich das Ventil bei 
30V verhält. Vielleicht erübrigt sich die ganze Sache.

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Radler schrieb:
> Ruf doch einfach mal bei Festo an und frag nach, wie sich das
> Ventil bei 30V verhält. Vielleicht erübrigt sich die ganze Sache.

Schon getan und leider wie ich befürchtet hatte. Es ist durchaus auf 
einen branchenüblichen Wert zurück zu führen (daher auch genau +/- 10%), 
aber validiert wurde natürlich nur dieser Bereich. Bestätigen das es 
keine Beschädigung gibt konnte mir der technische Support nicht. Durch 
weiter bohren käme man vielleicht bis zum Konstrukteur, aber das ist es 
mir jetzt nicht wert. Dann lieber zur Not nen anderen Akku.

Aber jetzt ist mein Basteltrieb geweckt...

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Simon schrieb:
> Dann lieber zur Not nen anderen Akku.
Mach aus dieser "Not" eine Tugend, nimm einen 36V Akku und bastle einen 
Stepdown dran. Das funktioniert. Garantiert. Von Anfang an und immer.

von Kurt (Gast)


Lesenswert?

Belaste das Akkupack mit 200mA und messe die Spannung nach.
1.45 V ist die Ladeschlussspannung/Zelle. Je nach dem wie Leistungsfähig 
das Pack ist, bricht die Spannung relativ schnell auf die Nennspannung 
von 1.2V/ Zelle ein.

Auch einige 1N400X Dioden in die + Leitung Schalten wäre eine einfache 
Möglichkeit.

NiCd Akkus sind sowiso veraltet.

von Axelr. (Gast)


Lesenswert?

da passiert doch nüscht. die Spannug bricht doch sofort ein ...

Axelr.
DG1RTO

von Simon (Gast)


Lesenswert?

Axelr. schrieb:
> da passiert doch nüscht. die Spannug bricht doch sofort ein ...
>
> Axelr.
> DG1RTO

OK. Werde ich auch noch ausprobieren. Danke für den Hinweis.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Lothar M. schrieb:

>> Leider verträgt der Verbraucher (2) nur 21,6 bis 26,4 Volt
> Ich würde es mal so sehen: wenn ich selbst eine 24V Schaltung entwickle,
> dann geht die auch bei 30V nicht kaputt. Und in diesem Sinne sind die
> +10% im Datenblatt auch keine +10,0000000%, sondern einfach ein
> "branchenüblicher" Wert. Ich würde hier eine Wette eingehen, dass dieses
> Ventil auch an +20% nicht kaupttgeht. Hält wer dagegen?

Ich würde mal so sagen: frisch geladene Ni-Akkus haben schon nach
wenigen Minuten nur noch 1,35V, was bei 20 Zellen 27V ergibt. Diese
27V sollte die unbekannte Schaltung mit an Sicherheit grenzender
Wahrscheinlichkeit aushalten können.

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


Lesenswert?

Ein Längsregler mit diskreten Bauteilen tut es nicht? Ein 
Spannungsteiler auf der Lastseite als Abgriff für den invertierenden 
Eingang eines Operationsverstärkers, ein solider P-Kanal-MOSFET/ 
PNP-Leistungstransistor (1A) getrieben vom OpAmp und eine halbwegs 
temperaturstabile Referenz am nicht-invertierenden Eingang?

: Bearbeitet durch User
von Simon (Gast)


Lesenswert?

Aus dem Text heraus wird mir die Schaltung leider nicht klar. Hast du 
vielleicht einen Schaltplan / Link parat?

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


Lesenswert?

Wie wäre es mit der Zeichenkette OpAmp LDO als Suchbegriff? Fördert 
etwas wie das hier zu Tage:

http://www.eeweb.com/design-articles/low-drop-out-phase-margin-and-stability

Ist so eine Art Klassiker, ein Operationsverstärker mit Leistungsstufe. 
Reicht für eine Anwendung mit nur positiver Spannung. Sparsam muss deine 
Referenz nicht sein, hier genügt ein TL431, du willst ja Leistung 
vernichten.

Das Ließe sich dann sogar noch überbrücken, wenn der Akku leer genug 
ist, bzw. nur zuschalten, wenn es heiß hergeht. (Den Längstransistor/ 
Leistungshalbleiter mit etwas niederohmigem wie einem MOSFET 
überbrücken.)

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.