Elektor

10/99

Um es gleich vorweg zu nehmen: Die-
ser Hochleistungs-Akkulader eignet
sich nicht für Akkus mit sehr kleinen
Zellen, wie z.B. Knopfzellen, Ladyzel-
len und 9-V-Blockakkus. Die kleinste
verwendbare Zellengröße sind schnell-

ladefähige Mignon-Akkus. Das bedeu-
tet im Klartext: Keine Akkus mit weni-
ger als 700 mAh Kapazität (bei Entla-
dung mit C/3). Nach oben hin sind
jedoch keine Grenzen gesetzt, ob Sub-C,
Baby, Mono oder noch größere Son-

Die durch einen Mikro-

prozessor vom Typ

68HC05 gesteuerte

Ladeschaltung eignet

sich sowohl für Nickel-

Cadmium- als auch für

Nickel-Metallhydrid-

Akkus beziehungs-

weise Akkupacks. Es

können 1 bis 10 Zellen

mit bis zu 3 A bei auto-

matischer Anpassung

des Ladestroms gela-

den werden.

Die Beendigung des

Ladevorgangs erfolgt

ebenso automatisch bei Erreichen von 100 % der tatsächlich vorhande-

nen Akkukapazität. Dank eines speziellen Impulsladeverfahrens ist keine

Vorentladung des Akkus erforderlich. Neben der Ladefunktion mit auto-

matischer Umschaltung auf Ladeerhaltung bietet der Hochleistungs-

Akkulader auch eine Lade-Entlade-Zyklusfunktion und eine Regenerier-

funktion zum Aktivieren von “müden” Akkus.

16

Entwurf von Norbert Bechtloff

und Günther Brenner

(Conrad-Technology-Center CTC)

Hochleistungs-

Akkulader

(1)

Automatisch laden mit bis zu 3 A

LADETECHNIK

derbauformen: Hauptsache Nickel-
Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid.
Bleiakkus und Lithium-Ionen-Akkus
sind für dieses Ladegerät systembe-
dingt völlig ungeeignet.

P

R I N Z I P I E L L E S

Für das Schnelladen von Akkus gilt
bekanntlich: Je höher der Ladestrom,
desto kürzer ist bei gegebener Akku-
kapazität die Ladezeit. Als Anwender
möchte man natürlich möglichst kurze
Ladezeiten erzielen und dabei gleich-
zeitig auch die Gewißheit haben, daß
der Akku einerseits zuverlässig vollge-
laden wird und andererseits unter
dem Schnelladeverfahren keinen Scha-
den nimmt - im Gegenteil: Das Lade-
verfahren soll auch eine optimale
Kapazitätsausnutzung über eine maxi-
male Akkulebensdauer garantieren.
Dabei soll der Ladevorgang möglichst
unkompliziert und das Laden unab-
hängig vom Ladezustand des Akkus
(also ohne umständliches Vorentladen)
möglich sein. Mit anderen Worten:
Akku anschließen, Lader einschalten,
und nach kurzer Zeit ist der Akku
zuverlässig zu 100 % geladen - nicht
mehr und nicht weniger.
Wer sich schon einmal mit der Proble-
matik des Ladens von Akkus mit
wenigstens einer Nickelektrode (NiCd
und NiMH) beschäftigt hat, der weiß,
daß sich alle diese Forderungen nicht
so einfach unter einen Hut bringen las-
sen. Ein zügiges Laden mit relativ
hohem Ladestrom ist zwar gut für die
Kapazitätsausnutzung und wirkt dem
bei NiCd-Akkus ausgeprägten
Gedächtniseffekt entgegen. Dabei muß
der Akku vor dem Laden aber ganz
entladen sein und darf unter keinen
Umständen mit einem hohen Strom

Ladewirkungsgrad keine konstante
Größe ist, sondern von der Größe des
Ladestroms im Verhältnis zur Kapa-
zität und auch von der Temperatur
abhängt. Die Methode “Kontrolle der
Ladezeit” ist daher zu ungenau, um
damit allein Volladung zu erreichen
und gleichzeitig Überladung zuverläs-
sig zu verhindern.

2. Kontrolle der Ladespannung
Beim Erreichen der Volladung wird
der Ladestrom vom Akku zunehmend
nicht mehr in Ladung, sondern in
Wärme umgesetzt. Die Temperaturer-
höhung führt dazu, daß die Lade-
spannung nicht mehr weiter ansteigt,
sondern sich zuerst stabilisiert und mit
beginnender Überladung sogar
zurückgeht (siehe Bild 1). Dieser Zeit-
punkt kann durch Überwachung der
Ladespannung als Abschaltkriterium

17

Elektor

10/99

1

Eigenschaften:

Umschaltbar für NiCd und NiMH, 1 bis 10 Zellen

Steuerung durch Mikroprozessor mit ausgeklügeltem Ladeprogramm

Überwachung von Ladestrom, Ladespannung, Ladestrommenge und Temperatur

Zuverlässiger Schutz vor Überladung für höchste Akku-Lebensdauer

Es braucht nur die Zellenzahl mit einem Drehschalter eingestellt zu werden, die Anpassung des Ladestroms an die

Zellengröße (ab Mignon > 700 mAh bei C/3) erfolgt automatisch

Keine Vorentladung erforderlich, der Akku wird in jedem Fall auf 100 % der momentan möglichen Kapazität

aufgeladen

Automatische Ladeerhaltung nach Ladeende

Gepulster Lade- und Entladestrom vermeidet Gedächtniseffekt

Maximaler Ladestrom 3 A effektiv (8 A Spitzenwert)

Maximaler Entladestrom 1,5 A effektiv

drei verschiedene Ladeprogramme:

1. Laden (1malige Ladung bis 100 %)
2. Zyklus (Laden-Entladen-Laden)
3. Auffrischen (bis zu sechs Zyklen)

Speicherung der Ladedaten bei und korrektes Weiterladen nach Netzunterbrechung

(bei Akkus mit 4 oder mehr Zellen)

Speicherung der ermittelten Lade- und Entladekapazität

Anzeige mit LC-Display

Einknopfbedienung für Eingaben und Abfragen

überladen wird. Die erste Bedingung
läßt sich normalerweise durch Vorent-
ladung erfüllen. Zur Einhaltung der
zweiten Bedingung gibt es zwei
Methoden, die häufig auch kombiniert
angewandt werden:

1. Kontrolle der Ladezeit
Die Ladung wird nach Ablauf der für
Volladung berechneten Ladezeit been-
det. Dazu muß einmal der Anfangsla-
dezustand bekannt sein, was durch
Vorentladung sichergestellt werden
kann. Zum zweiten muß auch die
Akkukapazität bekannt sein, das heißt,
vom Benutzer eingestellt werden. Dar-
aus ergibt sich neben dem zusätzlichen
Bedienungsaufwand das Problem, daß
die eingestellte Nennkapazität häufig
nicht (mehr) mit der tatsächlichen
Akkukapazität übereinstimmt. Außer-
dem ist zu berücksichtigen, daß der

Bild 1. Typischer Ladespannungsverlauf einer
NiCd- und einer NiMH-Zelle bei 20

°C und ein-

stündiger Ladung (Ladestrom 1CA).

genutzt werden. Die nach dem Span-
nungsrückgang (∆U) auch als Delta-U-
Abschaltung bekannte Methode hat
den Vorteil, daß sie unabhängig vom
Anfangsladezustand funktioniert und
die tatsächliche Akkukapazität berück-
sichtigt. Es ist aber in der Praxis nicht
einfach, aus dem Ladespannungsver-
lauf den richtigen Abschaltzeitpunkt
mit der geforderten (100%igen) Sicher-
heit zu erkennen. Da sich die relevan-
ten Spannungsänderungen im Milli-
voltbereich bewegen, besteht die
Gefahr, daß die Auswerteschaltung auf
Störungen reagiert und deshalb zu
früh abschaltet. Außerdem ist der
Spannungsverlauf in Abhängigkeit
vom Ladezustand und Ladestrom
nicht bei allen Akkus gleich. Vor allem
ist der Spannungsrückgang unter-
schiedlich stark (oder auch gar nicht)
ausgeprägt. Die Entwicklung einer
zuverlässigen

∆U-Abschaltung ist schon

fast eine Geheimwissenschaft und
erfordert wegen der benötigten “Intel-
ligenz” der Ladekontrolle einen Mikro-
controller, entwicklerisches Geschick
und vor allem viel Erfahrung auf die-
sem Gebiet.

K

O N Z E P T I O N E L L E S

Der Hochleistungs-Akkulader kommt
ganz ohne Ladezeitbegrenzung und
Vorentladung aus. Es können somit
auch teilentladene Akkus wieder aufge-
laden werden. Damit es dabei nicht zu
einer Kapazitätsverringerung durch
den gefürchteten Gedächtniseffekt
kommt, wird mit sehr hohen Stromim-
pulsen von bis zu 8 A geladen. Der
effektive Ladestrom wird durch Varia-
tion der Impulsbreite an das Ladever-
halten des jeweiligen Akkus angepaßt
und beträgt maximal 3 A. Die Lade-
stromeinstellung erfolgt in Abhängig-
keit vom Spannungsverlauf. Bei einem
kleinen Akku steigt die Spannung
schneller an als bei einem großen, ent-
sprechend wird der Ladestrom früher
zurückgenommen und so der kleine-
ren Akkukapazität (oder auch einem
schlechten Akkuzustand) automatisch
angepaßt. Da es sich um einen ausge-
sprochenen Schnellader handelt,
beträgt der minimale Ladestrom
immerhin auch noch 1 A, weshalb nur
schnelladefähige Akkus mit minde-
stens 700 mAh Nennkapazität geladen
werden können. Aber auch bei schnell-
ladefähigen Akkus kann es bei kleine-
ren Bauformen (Mignon) oder bei älte-
ren Akkus mit reduzierter Kapazität
am Ladebeginn zu einem sogenannten
“Überschwingeffekt” kommen. Auf-
grund des hohen Anfangsladestroms
steigt dabei die Temperatur des Akkus
so schnell an, daß die Ladespannung
nach einem anfänglich steilen Anstieg
wieder etwas zurückgeht. Das würde
bei einem normalen ∆U-Lader zur vor-
zeitigen Beendigung des Ladevor-
gangs führen. Nicht so beim Hochlei-

stungslader. Der Mikrocontroller ver-
folgt nämlich nicht nur den Span-
nungsverlauf, sondern er registriert
auch, wieviel Ladestrom der Akku
schon aufgenommen hat. Aufgrund
dieser Information wird jetzt nicht vor-
zeitig abgeschaltet, sondern erst einmal
für 9 Sekunden entladen, um dem Akku
beziehungsweise seinem Innenwider-
stand auf den Zahn zu fühlen, bevor in
der Regel mit reduziertem Ladestrom
weitergeladen wird. Auf ähnliche
Weise wird sichergestellt, daß auch die
Beendigung des Ladevorgangs in
Abhängigkeit von der aufgenomme-
nen Strommenge erfolgt. Nach Über-
schreiten der Ladespannungsspitze
(siehe typischer Verlauf in Bild 1) wird
bei einem kleinen Akku sehr schnell
abgeschaltet, bei einem großen Akku
wird hingegen noch etwas weitergela-
den, da er nach dem Ladespannungs-
maximum noch etwas Zeit braucht,
um Volladung (100 %) zu erreichen.
Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn
nach Erreichen der Ladespannungs-
spitze kein deutlicher Spannungsrück-
gang auftritt, was je nach Akkufabrikat,
Größe und Zustand durchaus vor-
kommen kann. Eine normale ∆U-
Überwachung schaltet dann nicht ab,
so daß der Akku bei hohem Strom
überladen und der Akkulader zum
Akkukiller wird. Beim Hochleistungs-
lader wird die Abschaltroutine schon
aktiv, sobald die Ladespannung nicht
mehr weiter ansteigt. Auch im Fall
einer “stagnierenden” Ladespannung
wird in Abhängigkeit von der bis
dahin eingeladenen Strommenge noch
etwas weitergeladen und dann abge-
schaltet. Diese sich auf den jeweiligen
Akku einstellende Abschaltroutine
ermöglicht es, bei jedem Akku ein
Maximum an Kapazität zu erreichen
und gleichzeitig eine Überladung in
jedem Fall auszuschließen.
Auch beim Entladen im Zyklusbetrieb
paßt der Mikrocontroller den Entlade-
strom (beginnend mit 1,8 A) an das
Verhalten des Akkus an. Durch zuneh-
mende Pausen wird der Strom von 1,5
A effektiv bei abnehmender Belastbar-
keit des Akkus automatisch auf bis zu
0,5 A effektiv reduziert.

R

E A L I S I E R U N G

Das Blockschaltbild (Bild 2) gibt einen
Überblick über die doch recht
umfangreiche Elektronik des Hochlei-
stungsladers.
Der Ladestrom für die Akkus wird
direkt von der Sekundärseite des Netz-
trafos geliefert, wobei die Einstellung
des Ladestroms vom Mikrocontroller
aus durch Halbwellensteuerung über
Thyristoren erfolgt. Die Entladung des
Akkus im Zyklenbetrieb steuert der
Mikrocontroller hingegen über Lei-
stungs-MOSFETs.
Der Mikrocontroller registriert sowohl
den Ladestrom als auch die Ladespan-

nung. Zusätzlich wird auch ein Tem-
peratursignal ausgewertet, wobei mit
einem NTC wahlweise die Akkutem-
peratur oder die Betriebstemperatur
des Laders überwacht werden kann.
Die manuelle Einstellung erfolgt zum
einen über einen Drehschalter für die
Zellenzahl und zum anderen über den
Mode-Taster für die menügeführte
Auswahl der Betriebsart in Verbindung
mit dem LC-Display. Nicht eingezeich-
net ist im Blockschaltbild der Kipp-
schalter für die Umschaltung zwischen
NiCd- und NiMH-Akku.
Im Schaltbild (Bild 3) findet man diese
Schaltungsteile zwar nicht auf den
ersten Blick, aber mit einiger Überle-
gung doch wieder. Die gestrichelten
Umrandungen geben an, welche Bau-
teile sich auf welcher Platine befinden:
Der linke Teil ist auf der kleinen Pla-
tine, der rechte Teil auf der großen Pla-
tine aufgebaut. Zuerst zur

Ladeschaltung:
Die Mittelanzapfung der Trafo-Sekun-
därseite liegt an Masse, so daß die bei-
den Thyristoren THR1 und THR2
einen vom Mikrocontroller aus
geschalteten Vollweggleichrichter bil-
den. Da der Ladestrom über Pha-
senanschnitt eingestellt wird, können
angesichts des kräftigen Trafos sehr
hohe Impulsströme mit einem Maxi-
mum von 8 A in den angeschlossenen
Akku fließen. Der Strom durch den
Akku wird über den Spannungsabfall
an den Widerständen R2 und R3
gemessen. Nach Mittelwertbildung
durch R7 und C2 wird die gemessene
Spannung durch IC1a verstärkt und
mit einer netzsynchronen Säge-
zahnspannung verglichen, die von
IC2c erzeugt wird. Der Sägezahnam-
plitude hängt von der Referenzspan-
nung VREF ab und kann daher mit P2
(an der Referenzspannungsquelle IC3)
eingestellt werden. Sobald die vom
Ladestrom abgeleitete Spannung am
Ausgang von IC1a größer ist als die
Sägezahnspannung, wird über IC2a T3
gesperrt, so daß der Thyristor nicht
zündet. Der Phasenanschnitt erfolgt
daher sozusagen selbständig mit den
genannten drei Opamps, wobei der
Mikrocontroller diese Stufe mit Hilfe
von T1 lediglich ein- und ausschaltet.
Wenn der Controller T1 über die
CHARGE-Leitung ansteuert, leitet der
Transistor und legt die Spannung an
C2 auf 5 V, was der Schaltung mit den
drei Opamps einen sehr hohen Lade-
strom vorgaukelt. Die Schaltung steu-
ert die Thyristoren daher nicht an, so
daß sie sperren, es fließt somit kein
Ladestrom. Wenn der Controller die
Zündschaltung wieder freigibt, geht
die Spannung an C2 (5 V) nur langsam
zurück, so daß die Regelung des
Stroms schön gleichmäßig von Null ab
beginnt. Außerdem kann der Controller
den Strom über CHV zwischen 100 %

18

Elektor

10/99

(3 A effektiv) und 33 % (1 A effektiv)
umschalten. Wenn der Controller über
CHV den Transistor T2 ansteuert, wird
R8 zugeschaltet und bildet mit R7
einen Spannungsteiler. Durch diese
Abschwächung wird der zum Errei-
chen der Referenzspannung erforder-
liche Ladestrom entsprechend größer.

Das Entladen des Akkus erfolgt über
die MOSFETs T4 und T5. Auch hier
handelt es sich wieder um eine auto-
nome Teilschaltung, die vom Controller
aus nur ein- oder ausgeschaltet wird.
Die Widerstände R35 und R36 sorgen
für eine gleichmäßige Verteilung des
Entladestroms auf die beiden FETs. Der
gesamte Entladestrom fließt über R37
und liefert so den Spannungsabfall zur
Überwachung des Entladestroms durch
den Opamp IC1c, der diese Meßspan-
nung mit dem an P1 eingestellten Refe-
renzwert vergleicht. Auch hier kann der
Controller über einen 5-V-Pegel (auf der
Leitung DIS) intervenieren. Geht DIS
auf 5 V, gelangt diese hohe Spannung
über R29 und D3 an den Meßeingang
der Opampschaltung mit IC1c und
spiegelt einen hohen Entladestrom vor,
so daß der Opamp die Entladung
abschaltet. Das Ein- und Auschalten
erfolgt dank des Zeitglieds mit C7 in der
Gegenkopplung des Opamps ebenfalls
auf die sanfte Tour. Zur Absicherung
liegt im Entladekreis noch eine soge-
nannte Polyfuse, eine Art Super-PTC.
Im nicht ausgelösten (kalten) Zustand
ist ihr Widerstand sehr klein (einige
Zehntel Ω). Bei Überschreiten des
nominalen Stroms wird die Sicherung
durch die Temperaturzunahme hoch-
ohmig. Geht der Strom zurück, wird die
Sicherung nach Abkühlung wieder
niederohmig. Der Vorteil der “Selbst-
heilung” hat aber im Vergleich zur nor-
malen Schmelzsicherung den Nachteil
einer größeren Trägheit.

Der A/D-Wandler ist (quasi diskret) mit
dem Opamp IC6d als einfacher Single-
Slope-Wandler wie folgt realisiert: Im
Ausgangszustand wird T6 durch den
Controller aufgesteuert, die Spannung
an C10 ist (fast) Null. Wenn eine Mes-
sung erfolgen soll, sperrt der Control-
ler T6, so daß C10 über R51 von einer
stabilen Referenzspannung aus gela-
den wird. Sobald diese Vergleichs-
spannung den Wert der am anderen
Opampeingang liegenden (herunter-
geteilten) Akkuspannung erreicht,
schaltet der Ausgang von IC6d um. Die
Zeit zwischen der Freigabe der Kon-
densatorladung und dem Umschalten
von IC6d ist für den Mikrocontroller
das Maß, aus dem er die gemessene
Spannung berechnen kann. Die abso-
lutet Genauigkeit der Messung spielt
dabei eine untergeordnete Rolle, da es
um die Erfassung des Meßwerts über
einen Zeitraum von einigen Stunden
geht und nicht um den absoluten Wert

über einen längeren Zeitraum.
Mit S1 wird der Spannungsteiler am
Eingang des Wandlers beim Laden von
NiMH-Akkus angepaßt. Der Eingang
des A/D-Wandlers wird so “empfindli-
cher” gemacht, um die (im Vergleich
zu NiCd) kleineren Spannungsände-
rungen der Ladekurve bei NiMH
(siehe Bild 1) mit einer höheren Auflö-
sung verfolgen zu können.
Die Messung der Ladespannung
erfolgt immer zum gleichen Zeitpunkt
und immer nach einem Ladestromim-
puls, also praktisch “stromlos”, so daß
die mitunter erheblichen Spannungs-
abfälle an den Übergangswiderstän-
den und Anschlußleitungen keine
Rolle spielen und die tatsächliche
Spannung am Akku gemessen wird. Es
wird daher kurz nach jedem Null-
durchgang gemessen, wobei der Con-
troller über IC2b ein Signal erhält, das
angibt, ob der Strom groß oder sehr
klein ist. Dazu vergleicht IC2b das von
IC1b verstärkte Strommeßsignal mit
einer sehr kleinen Gleichspannung (im
Schaltplan als ZEROREF, also Nullre-
ferenz bezeichnet).

Die Akkupolarität wird mit Hilfe von
IC6a durch Vergleich mit ZEROREF
überwacht. Bei Falschpolung leuchtet
die LED D6 auf. Die Temperaturüber-
wachung besteht aus einer einfachen
Schaltung mit IC6b, die eine
Meßbrücke mit dem NTC R70 auswer-
tet. Überschreitet die Temperatur den
mit dem Brückenwiderstand R80 vor-
gegebenen Grenzwert, geht der Aus-
gang des Opamps auf Low und veran-
laßt dadurch den Mikrocontroller, den
jeweiligen Vorgang (Laden oder Entla-
den) zu unterbrechen. Ist die Tempera-
tur wieder unter den Grenzwert
zurückgegangen, wird der Vorgang

fortgesetzt. Erfolgt das Abschalten und
Wiedereinschalten aber dreimal hin-
tereinander, wird der Vorgang defini-
tiv beendet.

Die Stromversorgung ist relativ
umfangreich:
D18 und R72 (abhängig vom verwen-

deten Lüfter) liefern die Betriebs-
spannung für den Lüfter

D15 und D16 erzeugen eine Hilfsspan-

nung zum richtigen Zünden der
Thyristoren. Über D17 und R71 liegt
bei nicht angeschlossenem Akku
eine hohe Gleichspannung an der
Akkuklemme K5, damit der Con-
troller (via A/D-Wandler) erkennen
kann, ob ein Akku angeschlossen ist
oder nicht.

Über D14 fließt der Strom für die Span-

nungsregler, nämlich

IC4 mit den nachfolgenden Dioden

D11 und D12 für die beiden 5-V-Ver-
sorgungsleitungen CPUVDD
(Mikrocontroller) und VDD (restli-
che 5-V-Elektronik)

IC3 liegt über R69 an den 6 V vom Aus-

gang von IC4 und erzeugt die mit P2
einstellbare Referenzspannung
VREF (typ. 2,8 V)

Von VREF wird über R67 und R68 die

Nullreferenz ZEROREF (typ. 60 mV)
abgeleitet, mit deren Hilfe der Null-
durchgang der Trafowechselspan-
nung detektiert wird. ZEROREF
muß aber immer höher sein als die
maximale Offsetspannung der ver-
wendeten Opamps

Am Eingang von IC4 wird über D13

noch eine unstabilisierte Spannung
von etwa 14 V als Betriebsspannung
für die Opamps abgezweigt.

Der Backup zur Versorgung des
Mikrocontrollers bei Netzausfall (oder

19

Elektor

10/99

Strom-

versorgung

Lüfter

Vref

V+

RESET

Ladeschaltung

Entladeschaltung

A / D

# Zellen

1

10

Temperatur-

überwachung

LCD

Mikro-

controller

MODE

990070-12

2

Bild 2. Blockschaltung des Hochleistungs-Akku-
laders. Der Ladestrom fließt direkt vom Trafo
über Thyristoren in den Akku.

vorübergehendem Aus-
schalten des Laders)
erfolgt nicht durch eine
Backupbatterie im Lader, sondern viel-
mehr durch den Akku, der gerade zum
Laden angeschlossen ist. Das funktio-
niert natürlich nur, wenn und so lange
die Akkuspannung hoch genug ist.
Damit die Umschaltung auf die Not-
stromversorgung des Controllers
durch den Akku funktioniert, wird die

Spannung am Eingang des Span-
nungsreglers IC4 über T10 in Verbin-
dung mit D10 überwacht. Solange sie
über 6 V liegt, leitet T9, T8 sperrt und
ist somit ohne Einfluß auf CPUVDD
(die Controller-Betriebsspannung).
Sobald aber die 6 V unterschritten wer-
den, leitet der FET T8 und läßt so die

Spannung vom Akku
zum Mikrocontroller
durch, wobei D8 dafür

sorgt, daß es nicht mehr als maximal
6,8 V sind. Solange der Akku den Con-
troller versorgt, bleiben alle Werte und
Einstellungen gespeichert, so daß der
durch den Netzausfall unterbrochene
Vorgang bei Netzrückkehr automatisch
wieder dort fortgesetzt wird, wo er
zuvor unterbrochen wurde.

20

Elektor

10/99

K1

R83

S10K275

6A3

F3

6A3

F2

C25

100n

C24

100n

D15

D16

D17

THR1

TIC116A

THR2

TIC116A

R16

100

Ω

R15

100

Ω

R14

10k

D1

1N4148

1N4148

3x

T3

BC557B

R17

4k7

R18

10k

R71

10k

R1

100k

C23

100n

C26

10µ 63V

C27

220µ
35V

4

5

2

IC2a

R23

487k

1%

R24

33k

R2

0

Ω

1

5W

R3

0

Ω

1

5W

R8

15k4 1%

R10

750

Ω

1%

R11

1M

1%

R72

27

Ω

2W

R7

33k2

R12

9k09

R13

215k

1%

1%

1%

K3

K5

C2

1µ

16V

2

3

1

IC1a

C3

1µ

16V

R20

3k3

R19

3k3

C1

100n

6

5

7

IC1b

6

7

1

IC2b

R21

22k

R22

1k

C5

10n

T2

BC547B

C4

1n

C6

22n

5%

D2

1N4148

R25

100k

K4

D18

1N4001

FAN

T4

BUZ11

T5

R36

0

Ω

27

5W

R35

0

Ω

27

5W

R33

100

Ω

R34

100

Ω

R37

0

Ω

1

5W

R32

27k

C8

100n

R31

390

Ω

R30

2k2

POLYFUSE

F1

1A6

9

10

8

IC1c

C7

22n

8

9

14

IC2c

R28

237

Ω

1%

R27

3k83

1%

100

Ω

P1

D3

1N4148

R29

15k

D14

1N4001

C22

22µ
35V

F

B

E

C

Z

A

C21

100n

IC1

11

4

IC2

12

3

C19

47µ
16V

2x 18V

Tr1

3A33

BATTERY

CW

2x

VOUT

+ ACCU

IC1 = LM324

IC2 = LM339

10

11

13

IC2d

VREF

VREF

VREF

14V

ZEROREF

ZEROREF

DIS

CHV

CHGI

BUZ11

S

G

D

TIC116A

A

G

K

+ ACCU

70mV

1V5

0V23

0V15

0V18

4V5

4V4

0V44

0V42

0V19

1V

1V2

D

V

3

Bild 3. Die beiden umrandeten Schaltungsteile im Schalt-
bild entsprechen der Aufteilung der Schaltung auf die bei-
den Platinen.

Die Rückkehr der Netzspannung wird
über C12 und T7 erkannt. Steigt die
Spannung wieder an, wird T7 über
C12 kurz aufgesteuert, C11 entlädt sich
dann über T7 und generiert dadurch
einen Reset des Controllers. Über R58
wird die Resetleitung anschließend
wieder High und der Controller startet
in einem definierten Zustand. Über
den IRQ-Eingang erhält der Controller
die Information, daß zwar Akkuspan-

nung, aber keine Betriebsspannung
vorhanden ist.
Die Einstellung des Kontrasts des LC-
Moduls erfolgt mit dem Trimmer P3.
Bei der Schaltungsanalyse fällt viel-
leicht auf, daß einige Opampausgänge
trotz der 14-V-Opampbetriebsspan-
nung direkt mit Mikrocontrollerein-
gängen verbunden sind, die aber nur
Spannungen bis zur Höhe der ver-
wendeten Controllerbetriebsspannung

(5,4 V) vertragen. Dies ist auch der
Grund, weshalb diese Opamps vom
Typ LM339 sind, der Open-collector-
Ausgänge besitzt. Diese Ausgänge lie-
gen denn auch über Pull-up-Wider-
stände an VDD. Die Anschlüsse PB3
bis PB7 des Controllers bestimmen die
interne Einstellung (die Skalenfakto-
ren) des Controllers.

990070-1

(wird fortgesetzt).

21

Elektor

10/99

C16

10µ 63V

K2

R74

10M

X1

4MHz

C29

22p

C30

22p

R77

4k7

R78

47k

1k

P3

R79

22k

S3

MODE

C28

100n

R38

20k

1%

R39

20k

1%

R40

20k

1%

R41

20k

1%

R42

20k

1%

R43

20k

1%

R44

20k

1%

R45

20k

1%

R46

20k

1%

R47

10k

1%

R48

10k

1%

R49

3k32

1%

S1

C9

1n

C10

22n

T6

BC

R51

178k

R52

22k

10

11

13

IC6d

D4

1N4148

R50

220k

R53

4k7

R76

100k

S2

10

11

12

13

1

6

7

5

4

3

2

8

9

F

B

E

C

R9

10k

R26

220k

R73

220

Ω

C18

220µ 35V

7806

IC4

C17

100n

D12

1N4148

D11

1N4148

R69

470

Ω

R66

10k

R67

100k

R68

2k2

1k

P2

C14

10µ
63V

C15

10µ
63V

Z

A

R4

22k

R6

47k

R5

10k

T1

BC557B

4

5

2

IC6a

R55

470k

R57

5k6

D19

1N4148

D5

BAT85

D6

WRONG

D13

1N4148

R75

100k

JP1

TEST

R65

1k2

R64

1k

R63

1k8

R62

15k

R60

1M

R59

220k

R58

150k

547C

6

7

1

IC6b

R81

22k

R56

4k7

R80

220

Ω

R54

5k11

1%

C31

100n

R82

100k

R70

500

Ω

-

Θ

D9

1N4148

T10

BC557B

T9

BC547B

T7

BC547B

T8

BF245B

D10

5V6

D8

6V8

D7

1N4148

R61

100k

C13

47µ
16V

C11

1µ
16V

C12

100n

VIN

VDD

VDD

VREF

VDD

VDD

VDD

14V

CPUVDD

14V

VDD

CPUVDD

VREF

CPUVDD

VDD

VREF

ZEROREF

ZEROREF

IRQ

IRQ

IRQ

RESET

8

9

14

IC6c

IC6 = LM339

IRQ

68HC05C4

RESET

IC5

OSC1

OSC2

TCAP

TCMP

PA7

PA6

PA5

PA4

PA3

PA2

PA1

PA0

PB0

PB1

PB2

PB3

PB4

PB5

PB6

PB7

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PC0

PC1

PC2

PC3

PC4

PC5

PC6

PC7

IRQ

PD7

39

38

20

40

NC

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

29

30

31

32

33

34

28

27

26

25

24

23

22

21

37

36

35

3

4

5

6

7

8

9

1

2

DATA

NTC

TEMP

PWR

ADCIN

ADCOUT

CHARGE

CHV

DIS

IZI

LCD DISPLAY

CHARGE

990070 - 11

CW

10V9

17V4

11V6

5V4

2V8

60mV

4V9

5V4

4V5

D

V

+ ACCU

POLARITY

14V

5%

IC6

12

3

C20

100n

14V

6V

CW

CONTRAST

TL431CLP

IC3

ADJ

1

A

3

K

2

*

zie tekst

*

see text

*

siehe Text

*

voir texte

*

NiCd

NiMH