|
Trefwoorden |
automatische Accuvoeding annex noodstroom voorziening (Eerder gepubliceerd in Electron #4, 2001) Inleiding Waarschijnlijk herken je dit ook wel: je wilt snel even een gaatje boren of wat schroeven indraaien op een plaats waar niet gemakkelijk netspanning aanwezig is (buiten) en je pakt je accu schroevendraaier / boormachine. Helaas, de laatste maal dat je dit gereedschap gebruikte is te lang geleden en de accu is helemaal leeg. Iets dergelijks kan je dus ook verwachten als je voor buitenexperimenten en vakantietochten gebruik maakt van een accuvoeding; op het moment dat je die (ongepland) nodig hebt, is er geen energie aanwezig en moet je de zaak eerst opladen. Het goede voornemen om dit probleem een volgende maal te voorkomen wordt snel weer vergeten en de volgende keer loop je opnieuw tegen dit probleem aan. Overwegingen Enige tijd geleden besloot ik daarom dit probleem voorgoed de wereld uit te helpen en een blijvende oplossing te vinden. Deze oplossing bestaat nu alweer enkele jaren en werkt naar tevredenheid, reden waarom dit wellicht ook voor anderen de moeite van het overwegen waard kan zijn. Bij de benadering van het ‘accu-met-lader’ apparaat, heb ik de volgende overwegingen mee laten spelen: - eenvoudige opzet - lader plus accu in zo klein (en licht) mogelijke behuizing en (daarom) - zo weinig mogelijk warmte ontwikkeling tijdens het laden - nooit meer naar omkijken De accu Laten we eerst eens zien welke eisen aan de accu gesteld moesten worden. Op vakantie of tijdens veldproeven moest er voldoende energie ter beschikking zijn om enkele uren (b.v. 2 uur) vooruit te kunnen met mijn meest portabele sets, een TS440S, die bij EZB modulatie een vermogen kan afgeven van 100 Watt in een 50 Ohm belasting. De set levert volgens de fabrikant zijn optimale prestatie bij een voedingsspanning van 13,8 Volt. Als ontvanger loopt er een voedingsstroom van Io = 2 Ampère, vrijwel onafhankelijk van verdere instellingen of het audio volume. In de zendstand meet ik een ruststroom
van ca Iz = 3 + 15 / 5 = 6 Ampère. Zelfs de meest enthousiaste maker van verbindingen zal over het algemeen langer luisteren dan spreken. Als we voor de veiligheid stellen dat er even lang gesproken als geluisterd wordt, zal de gemiddelde stroom die onze set aan de accu vraagt gelijk zijn aan: Igem = ( Io + Iz ) / 2 = (6 + 2) / 2 = 4 Ampère. Bij gebruik van 2 uur per dag dient de accu dus een minimum capaciteit te hebben van ca 8 Ampère.uur. Bij de keuze van de accu moeten we wel bedenken dat de opgegeven capaciteit geldt voor een omgevingstemperatuur van 25 ºC. Bij lager wordende temperatuur loopt de capaciteit snel terug tot b.v 90 % bij 0 ºC en 80 % bij -10 ºC. De enkele amateur die binnen de poolcirkel op expeditie gaat zal hiermee rekening moeten houden. Bij het gebruik van accu’s in de buurt van elektronische apparatuur dienen we even op te letten. Een ‘standaard’ loodaccu produceert tijdens bedrijf (vooral tijdens het opladen) enig gas; hiervoor zijn in de vuldoppen enkele gaatjes aangebracht zodat de inwendige druk niet kan oplopen. Dit gas bestaat voornamelijk uit waterstof en waterdamp, maar voert ook sporen van het accuzuur met zich mee, dat een sterk corroderende werking heeft op metalen oppervlakten (contacten van schakelaars etc). Het is daarom altijd af te raden om dit soort accu’s in de buurt van (elektronische) apparatuur te bewaren. Ook in de auto staat de accu in het goed geventileerde motor compartiment! Voor de eerder berekende accu gebruiken we daarom een gasdicht of gel type. De lader Als we elke dag twee uur met de hobby bezig willen zijn, en in de vakantie is dit zeker geen overbodige wens, dan moet de verbruikte energie in de overige 22 uur weer worden aangevuld. Van de lader vragen we daarom, dat deze een continue stroom kan leveren van IL = 8 / 22 = 0.36 Ampère. Natuurlijk gaat het laden van de accu met enig verlies gepaard; als we veiligheidshalve rekenen met een rendement van 75 %, dan moet onze lader een continue laadstroom van ca 500 mA kunnen leveren. Let op: deze laadstroom werd berekend aan de hand van het hierboven geschetste gebruik en staat dus los van de werkelijk capaciteit van de toegepaste accu (Ampère.uur). Ikzelf heb een wat grotere accu dan 8 Ampère.uur omdat ik hier toevallig over beschikte, maar de lader verandert hierdoor niet.
Veel typen laders meten de klemspanning van de accu en gaan bij een bepaalde waarde (meestal ca 14 volt) over op ‘druppel’ laden. Hierbij valt de laadstroom terug tot de aanbevolen waarde van ca 1 mA / Ampère.uur capaciteit om zelfontlading te voorkomen. Dit regime mag echter niet continu worden volgehouden omdat op den duur (na enkele maanden) de elektrodeconstructie wordt aangetast. De betere laders zullen daarom in de rusttoestand maar eens per week op ‘druppel-’ laden worden geschakeld, totdat de 'vol-'klemspanning weer is bereikt. Nog beter, en gel accu’s vragen
dit ook, is een stroom / spanning regime. Hierbij wordt de accu geladen met
een continue stroom (maximaal ca Een verdere overweging is nog, dat het laden van de accu met een pure gelijkstroom volgens de litteratuur niet het meest gunstige laadregime oplevert. Een gepulste gelijkstroom (b.v. direct na gelijkrichting) blijkt de levensduur van de accu met wel 30 % te kunnen verhogen, naar verluidt omdat dit de gasvorming rondom de elektroden ver(h)(m)inderd. De schakeling Al bovenstaande overwegingen klinken misschien wat ingewikkeld, maar leveren toch een uiterst simpele accu / lader combinatie, zoals we zien in figuur 1.
In figuur 1 valt het allereerst op dat er geen enkele (reservoir) condensator is toegepast; de hele lader en ook de IC’s werken op gepulste (gelijk-) stroom. De accu zelf zorgt voor de bufferwerking zodat de schakeling op een ‘stabiele’ spanning tussen de 11 en 13.8 Volt kan werken. Als tweede opvallend feit springt in het oog dat de accu direct op de trafo-met-brugcel is aangesloten, zonder ‘serietransistor’ om de laadstroom te bewaken. De reden hiervoor is, dat er voor een (transistor-)regeling enige regelreserve (spanning) dient te zijn en dit laatste vraagt weer extra vermogen en dus warmte. Het ontbreken van een regeling bekent dat de werkelijke laadtijd een beetje afhangt van de momentane netspanning: - te hoge netspanning, die i.v.m. andere overbelastingsproblemen nauwelijks zal voorkomen in onze streken, zal de laadtijd enigszins verkorten maar kan t.g.v. de dimensionering van de schakeling nooit een te hoge laadstroom veroorzaken. - te lage netspanning, die hier ook zeldzaam is omdat de netspanning überhaupt goed constant wordt gehouden, zorgt hooguit voor een wat langere laadtijd. De transformator
is zodanig (klein) gedimensioneerd in vermogen en uitgangsspanning, dat deze
zelf als (stroom-) begrenzend element werkt. Het is dus zaak om bij de keuze
van de trafo niet te ver uit de buurt van de opgegeven specificatie te gaan.
In de navolgende tabel zijn een aantal combinaties van onbelaste en belaste
trafospanningen aangegeven. De belaste trafospanning wordt gemeten m.b.v. een
test belastingsweerstand van 22 Ohm.
Gebruik hiervoor een weerstand van enkele Watts, die desondanks maar kort kan
worden aangesloten op de trafo, op straffe van verbrande vingers. Voor
tussenliggende, onbelaste trafospanningen, dienen de belaste waarden te
worden geïnterpoleerd. De genoemde hoogste en laagste (onbelaste)
transformator spanningen zijn teven de uiterste toepassingsgrenzen. onbelaste
spanning belaste spanning (22
Ohm) aftakking op 13.0 V 11.0 V 1.8 V 15.5 V 13.0 V 4.3 V 18.0 V 14.5 V 6.8 V Indien geen trafo met geschikte aftakking gevonden kan
worden (toch de beste oplossing), kan een weerstandsdeling worden gebruikt.
De weerstanden staan in serie; de serieketen staat parallel aan de secundaire
kant van de trafo. De diode komt aan het knooppunt tussen de weerstanden. In het schema komt R1 bovenaan en R2
onderaan. De weerstanden zijn steeds van het ‘1 Watt’ type. onbelaste spanning R1 R2 13.0 V 280 47 15.5 V 330 120 18.0 V 390 220 De schakeling is verder eenvoudig. Met potmeter R1 wordt bepaald
wanneer de accu vol is (13,8 volt, specificatie van de TS De weerstanden rondom de plus-ingang van de vergelijker (470K, 10 K) zorgen voor enige hysteresis, zodat het systeem niet voortdurend omslaat van ‘laden’ naar ‘vol’ op de rand van het omslagpunt. De afregeling is eenvoudig en begint met R1 in de laagste stand: - Met een nauwkeurige voltmeter wordt tijdens het laden de klemspanning op de accu wordt gemeten. - Zodra de klemspanning 13.8 Volt is, wordt R1 langzaan omhoog gedraaid totdat de vergelijker om slaat, te zien aan het oplichten van de ‘vol’ led. Let op: De hysteresis van de schakeling vereist dat als te snel door het omslagpunt wordt heen gedraaid, opnieuw dient te worden begonnen met R1 in de laagste stand.
De tweede vergelijker IC2 is een luxe toevoeging, die aangeeft dat ‘de pret is gedaan’ omdat de accu leeg is (beveiligen tegen te diepe ontlading). De toevoeging kost weinig omdat er in de behuizing van de NE5512 toch een tweede vergelijker aanwezig is. Met potmeter R2 wordt het ‘leeg’ omslagpunt ingesteld op 11.0 Volt. Ook dit is weer een greep uit diverse lood/zuur accu publicaties waar 'einde-ontlading spanningen' worden genoemd tussen 10.5 en 11.2 Volt. Afstelling gaat het gemakkelijkst met R2 in de hoogste stand en de lader niet aangesloten op het lichtnet: - Verwijder de accu en sluit op deze plaats een externe voeding aan, ingesteld op 11.0 Volt d.m.v. een nauwkeurige voltmeter. - Draai nu R2 langzaam omlaag totdat de vergelijker omslaat, te zien aan het oplichten van de ‘leeg’ LED. Deze schakeling heeft geen hysteresis dus kan met R2 gemakkelijk om het omslagpunt heen worden geregeld.
Een kleine verrassing is nog het relais aan de uitgang. Hiermee wordt de aardige functie van ‘automatische noodstroom voorziening’ aan de shack toegevoegd. Een hoofd shackvoeding wordt n.l. aangesloten op de klemmen ‘ext'. in’, en de transceivers van de (vaste) shack op V+ / V-. Zodra de hoofd(net)voeding wordt aangezet, komt het relais op en verzorgt de hoofdvoeding de totale energievoorziening van de shack. De LED ‘extern’ zal dan branden. Bij onverhoopt uitvallen van de netspanning valt het relais af en wordt de shack verder van energie voorzien uit de accu van onze ‘veld voeding’. Op deze wijze blijft de accu-plus-lader altijd aangesloten en onder controle (LED indicaties) omdat deze een wezenlijk onderdeel uitmaakt van de energievoorziening in de shack. Zorg er voor dat de contacten van dit relais een forse stroom kunnen schakelen (b.v. 10 Ampère) omdat naar ‘noodstroom bedrijf’ overgeschakeld zou kunnen worden tijdens een piek in de uitzending. Zo’n relais vraagt meestal ook een forse spoel stroom (>100 milliampère), maar dit belast de accu niet omdat deze stroom wordt geleverd door de externe (net-)voeding.
Ten slotte Het beschreven systeem werkt bij mij al vele jaren en is op menige vakantie mee geweest. Vooral in het buitenland kan voeding uit het lichtnet nog wel eens minder betrouwbaar zijn en ook dan heb ik geen omkijken naar dit systeem. Ook als eenvoudig alternatief voor de voeding van transceivers in de shack is dit een goed bruikbaar systeem. Ik raad overigens af om de accu-met-lader te gebruiken als experimenteer voeding; een accu kan doorgaans zeer grote piekstromen leveren die kleine vergissingen bij het experimenteren met veel schade (mogelijk ook brandwonden) zal afstraffen. Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl |
|
