Fieldday Regler CQDL
Fieldday-Power Batterieregler aus CQDL 7-2009
Beim Batteriebetrieb von Amateurfunkgeräten fehlt es oft an der ausreichenden Stromversorgung für die notwendige Sendeleistung. Die Spannung einer Autobatterie sinkt im Betrieb schnell unter 12 Volt ab. Das hier vorgestellte Gerät hält die Spannungsversorgung konstant auf 13,5 Volt und ermöglicht eine längere Nutzung der Batteriekapazität auch bei niedrigen Spannungen.
Bei einem Feldeinsatz werden oft Autobatterien für die Stromversorgung der Amateurfunkgeräte verwendet. Diese Batterien haben die Eigenschaft kurzzeitig sehr hohe Ströme zu liefern, aber die Ausgangsspannung fällt auch bei großen Kapazitäten sehr schnell unter 12 Volt ab. Eine ausreichende Sendeleistung des Transceiver ist bei 11 Volt und weniger nicht mehr möglich. Dieser Umstand führte zu der Idee, ein Gerät zu entwickeln, dass die Ausgangsspannung solange wie möglich auf 13,5 Volt hält und somit die Leistungskapazität der Batterie optimal ausnutzt. Eine weitere wichtige Forderung an das Gerät ist ein möglichst hoher Wirkungsgrat. Um diese Anforderungen zu erfüllen wurde das Schaltungskonzept des Step-UP-Wandlers eingesetzt, der eine kleine Spannung in eine größere Spannung umwandeln kann. Die hier eingesetzten Bauteile ermöglichen bei einer Spannung von ca. 13 Volt Ausgangsströme bis zu 10 Ampere. Für eine Sendeleistung von 100 Watt sind aber bis zu 30 Ampere nötig. Deshalb sind in diesem Gerät drei gleich aufgebaute Regler parallel geschaltet.
    
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| FunktionsweiseDie Schaltung arbeitet ab einer Eingangsspannung von 9,5 Volt und benötigt bei Volllast einen Eingangsstrom von bis zu 50 Ampere. Der maximale Ausgangsstrom bei 13,5 Volt liegt bei etwa 30 Ampere. Die drei Widerstände Rx1 am Ausgang der einzelnen Regler sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Strombelastung auf die einzelnen Regler und bieten zusätzlich einen Überlastungsschutz, da die Ausgangsspannung bei zu hohen Strömen dann absinkt. Diese Widerstände wurden so bemessen, dass bei einem maximalen Strom von 30 Ampere die Ausgangsspannung noch ca. 13 Volt beträgt.Aufbauhinweise
Das Schaltungskonzept entspricht im Wesentlichen den Datenblättern der Hersteller und wurde so gewählt, dass Bauteile verwendet werden, die günstig und leicht erhältlich sind. Der Transistor T1 und die Diode D1 werden auf Kühlkörper montiert, um die entstehende Wärme abzuleiten. Die Wärmeentwicklung ist aber auch bei Volllast nicht sehr gro, so dass auf zusätzlich Lüfter verzichtet werden kann. Der Transistor T1 entwickelt durch die hohe Schaltfrequenz nur eine sehr geringe Wärme. Die Hauptwärmequelle ist die Diode D1 und muss deshalb mit einem größeren Kühlkörper ausgestattet werden. Mit dem Poti P1 kann die Ausgangsspannung in den Grenzen zwischen 12 und 16 Volt eingestellt werden. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Speicherdrossel L1. Die Qualität dieser Spule ist entscheidend für die Arbeitsweise und den Wirkungsgrad des Gerätes. Bei falscher Auswahl des Materials kann es bei den hier auftretenden hohen Strömen zu verheerenden Schäden kommen. Deshalb wurden Ringkerne mit den notwendigen guten Eigenschaften ausgewählt. Bei der Anfertigung der Spulen ist für die optimale Funktion des Gerätes eine besondere Sorgfalt notwendig. Die Stromführenden Leiterbahnen sind mit zusätzlichen Kupferlitzen verstärkt. Abgleich Die Ausgangs-Schutzwiderstände haben einen Wert von 0,05 Ohm mit 5 Watt Belastbarkeit (oder 2 mal 0,1 Ohm parallel). Diese Widerstände dürfen erst eingelötet werden, wenn die einzelnen Regler auf die Ausgangsspannung von 13,5 Volt abgeglichen sind. Das ist notwendig, weil die IC’s sehr gute Regeleigenschaften haben und kleine Unterschiede in den Ausgangsspannungen der drei Regler zu ungleichen Stromverteilungen führen. Die maximale Spannungs-Differenz der drei Regler darf 0,1 Volt betragen. Kleine Abweichungen in der Ausgangsspannung führen dazu, dass bei niedrigen Lastströmen nur einer der drei Regler belastet wird und mit steigendem Strom die anderen zugeschaltet werden. Um diesen Effekt zu minimieren wurden die Leistungswiderstände in die Ausgänge der Regler eingefügt. Sind die Ausgangsspannungen der drei Regler auf 13,5 Volt abgeglichen, werden die Leitungswiderstände eingelötet und das Gerät kann in Betrieb genommen werden. Praxiseinsatz Das Gerät hat sich in der Praxis sehr gut bewährt. Abhängig von der Batteriekapazität und Dauer der Sendezeiten war ein Betrieb von bis zu 10 Stunden möglich. Ich selber nutze das Gerät oft in meinem Gartenhaus, um ohne störende Umgebungseinflüsse Betrieb zu machen. Datenblatt UC3843N Datenblatt IRFZ48N Datenblatt MBR1645
Hinweise zum Aufbau
Unbedingt vorher durchlesen!
Bevor Du mit dem Aufbau beginnst, möchte ich Dir einige wichtige Info’s für den erfolgreichen Betrieb geben. Bei dieser Schaltung treten sehr hohe Ströme (bis 30 A) auf. Deshalb sind einige Dinge auch für erfahrene Bastler zu beachten. Hinweise, die auf jeden Fall beachtet werden müssen!!!! Die Leiterplatte ist auf der Lötseite nicht mit einer Löstopmaske versehen, weil die meisten Lötbahnen noch mit Lötzinn und Draht verstärk werden müssen. Die Kupferlackdrähte müssen möglichst dicht und gleichmäßig verteilt auf den Kern gewickelt werden! Die genaue Windungszahl ist nicht so bedeutend, wie die saubere Verarbeitung! Zwischen Regler und der Autobatterie müssen Kabel mit integrierter Sicherung von ca. 50 A in der Plus-Leitung verwendet werden. Eine Autobatterie kann, wenn sie will, gigantische Ströme liefern!! Der Abgleich sollte mit einem einstellbaren Netzteil (Strombegrenzung) erfolgen. Ein Steckernetzteil 9 – 12 Volt reicht aber auch, um die drei Regler auf 13,5 – 14 Volt Ausgangsspannung einzustellen. Der Abgleich sollte sehr genau durchgeführt werden! D. h. die drei Regler müssen möglichst gleiche Ausgangsspannungen haben, damit sie später unter Volldampf gleichmäßig belastet werden. Durch die Leistungswiderstände entsteht zwar eine Verteilung des Ausgangsstroms. Dieser sorgfältige Abgleich sorgt dafür, dass nicht ein Regler mit 30 A überlastet wird und die anderen beiden nicht zum Zuge kommen! Auch für eine ausgewogene und minimale Wärmeentwicklung ist der genaue Abgleich notwendig. Bei der ersten Inbetriebnahme sollte man nicht gleich den maximalen Strom entnehmen. Mit Glühlampen oder Widerständen kann man die Schaltung testen, ob Alles funktioniert und nicht unterschiedlich warm wird. Die Leistungswiderstände Rx1 der einzelnen Regler dürfen erst nach dem Abgleich eingelötet werden. Sinnvoll ist auch, jeden der drei Regler einzeln auf Funktion zu prüfen, bevor man die drei Lastwiderstände einbaut. Erst nachdem Alles funktioniert und abgeglichen ist werden die Kupferbahnen, die hohe Ströme führen, mit Lötzinn (kurze Verbindungen) oder gelötete Litze (lange Verbindungen) verstärkt. Auf dem Foto oben ist auf der Platinenunterseite sichtbar, wie und wo die Leiterbahnen verstärkt werden müssen. Etwas mehr Lötzinn ist besser, als zu wenig! |
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