Diesmal werden wir einen Spannungswächter mit einer Z-Diode und einem LM393-Komparator bauen.
Z-Diode als Spannungswächter
Letztes Mal haben wir uns angesehen, wie eine Z-Diode als Spannungsreferenz verwendet werden kann. Dieses Mal werden wir uns ein praktischeres Beispiel ansehen. Wir werden einen Spannungswächter für eine 12 V Bleibatterie mithilfe einer Z-Diode und einem Komparator bauen.
Lass uns einen Blick darauf werfen, was wir erreichen wollen: Wir wollen, dass eine Warn-LED angeht, sobald die Batteriespannung unter einen bestimmten Wert fällt. Dazu müssen wir zunächst einen geeigneten Schwellenwert festlegen.
Für einen 12 V AGM-Bleiakku ist 12 V ein guter Wert. Das mag auf den ersten Blick verwundern, aber ein moderner 12 V AGM-Bleiakku wird mit 14,7 V geladen und sollte bei voller Ladung eine Spannung von etwa 13 V aufweisen. Um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten, sollte er außerdem nicht unter 50 % der Kapazität entladen werden. Diese 50 % werden bei 12 V erreicht.
Los gehts! Bauen wir die Schaltung auf.
Die Schaltung
Für die Schaltung verwenden wir wieder den LM393-Komparator. Ein Komparator vergleicht die Spannungen an seinen beiden Eingängen. Wenn die Spannung an seinem nicht-invertierenden Eingang (+) niedriger ist als die am invertierenden Eingang (-), wird sein Ausgang niederohmig und die LED leuchtet.
In der Schaltung habe ich eine 9 V Z-Diode als Spannungsreferenz verwendet und sie mit dem invertierenden Eingang des LM393 verbunden.
Warum 9 V und nicht 12 V?
Wenn die Batteriespannung unter 12 V fällt, hält die Z-Diode die Spannung am invertierenden Eingang nicht auf magische Weise auf 12 V. Die Zenerdiode kann die Spannung nur verringern, nicht erhöhen. Um auf die unter 12 V fallende Batteriespannung zu reagieren, muss unsere Spannungsreferenz auch unterhalb von 12 V stabil sein.
Warum nicht 5 V oder 3,3 V?
Wie beim letzten Mal besprochen, brauchen wir eine Avalanchediode und keine echte Zenerdiode, um eine stabile Referenzspannung zu bauen. Unterhalb von 5 V wird der Zenereffekt zum dominierenden Durchbruchseffekt.
Wie passt das zu unserem Ziel, die LED bei einer Batteriespannung von 12 V einzuschalten?
Um die Batteriespannung zu messen, werden wir einen Spannungsteiler verwenden. Wir müssen die Widerstandswerte so wählen, dass der Spannungsteiler bei 12 V eine Ausgangsspannung von 9 V liefert.
Dies kann durch die Verwendung eines 3,3 kΩ und eines 10 kΩ Widerstands erreicht werden. Wenn du mehr darüber wissen willst, wie man diese Werte berechnet, empfehle ich dir einen Blick auf meinen Artikel über Spannungsteiler.
Und so sieht die fertige Schaltung aus:
Das Ergebnis
Um die Schaltung zu verwenden, schließt du sie parallel zur Last an die Batterie an. Sobald die Batteriespannung nun unter 12 V fällt, leuchtet die LED auf.
HINWEIS
Die Schaltung bietet nur einen optischen Indikator dafür, wann die Batterie leer ist. Sie trennt die Batterie nicht von der Last, um sie vor weiterer Entladung zu schützen.
