Teholähteet

Laitteiden käyttöjänniteet

Millaisia jännitteitä pidetään pienjännitteinä ?

Nykyään pienoisjännitteen raja on 50 VAC ja 120 VDC. 50 VAC kytkennöissäkin pitää olla kosketussuojaus. Näitä edellä esitettyjä jännitteitä isommilla jännitteillä systeemit pitää todellakin rakentaa kun mitkä vain verkkojännitteiset asennukset tai vielä paremmin suojatuiksi.

Käytännössä turvallisina jänniteinä voitaneen pitää vaihtojännitteitä aina 24V asti ja tasajännitteitä aina 40V asti.

Mikä on yleisvirtakone ?

Suoraan töpselistä käyttösähköt ottavia verkkomuuntajattomia laitteita kutsutaan yleisvirtakoneiksi. Esimerkkejä tälläisitä ovat esimerkiksi vanhat televisiot. Tälläisten rakentelu ei sähk|turvallisuuden nimissä ole ollenkaan suositeltavaa.

Millaiset määräykset on verkkosähkön käytöstä piirilevyllä?

Piirilevyä koskevat samat eristys ja ryömintävälisäännöt kuin muitakin sähkölaitteita. Tiedot löytyvät standardeista, joita löytyy eri laiteryhmille. Erilaisissa laitteissa ja erilaisissa käyttöolosuhteissa on erilaisia vaatimuksia vaadittaville eristysväleille.

Moneen laitteeseen tarpeelliset tiedot löytyvät esimerkiksi EN60950 normista (koskee mm. tietokoneita ja vastaavia konttorilaitteita). Eli yritä saada käsiis tuo esim iec950 tai en60950 (saa kyllä esmes fimkosta rahalla).

Jos standardeja ei ole käsillä niin hyvä lähtökohta on purkaa jostain laitteesta jossa on CSA leima ja mitata asioita verkko-osan piirilevyltä. CSA leimatuissa laitteissa ne tarkistetaan viranomaisten toimesta. CSA määräykset ovat yleisesti ottaen hankalampia kuin eurooppalaiset.

Yleisohjeena voi antaan, että jos löytyy vähintään 8mm järkkää pinta-väliä verkkojännitteisen muuntajan ensiöstä toisioon, niin ollaan kohtuu varmalla pohjalla. Ensiöpuolella välillä vaihe - nolla riittää vähempikin. Kun tekee johdotuksia, muuntajia yms. niin täytyy muistaa etta on vähintään kaksi eristekerrosta välissä. Ja eristemateriaalit täyttää vaadittava paloluokitukset. Piirilevyn materiaali vaikuttaa jonkun verran vaavittaviin eristeväleihin.

Millaisia eristysvälejä tulee olla verkkojänniteisten ja laitteen muiden osien välillä ?

Tiimissä Hamssiksi kirja antaa mm. seuraavia minimietäisyyksiä eri laitteen osien välillä suojausluokan II (suojaesitetty) rakenteelle:

  • Verkkomuuntajan ensiön ja toision liittinten välillä: 6 mm / 3 kV
  • Verkkomuuntajien ensiön ja toision johtojen välissä: 4 mm / 3 kV
  • Muuntajan ensiön ja muuntajan maadoitetun sydämen välissä: 5 mm / 3 kV
  • Verkkoännitteisen johtimen ja laitteen kuoren väli: 6 mm / 3 kV
Minimietäisyydet suojausluokan I (maadoitetulla pistokkeella seinässä kiinni):
  • Verkkomuuntajan ensiön ja toision liittinten välillä: 6 mm / 3 kV
  • Verkkomuuntajien ensiön ja toision johtojen välissä: 4 mm / 3 kV
  • Eristys ensiön ja muuntajan staattisen suojan välillä: 2 mm / 1.5 kV
  • Eristys verkkojännitteisen osan ja laitteen maadoitetun kuoren välissä: 3 mm / 1.5 kV
  • Muuntajan ensiön ja muuntajan maadoitetun sydämen välissä: 2 mm / 1.5 kV

Pinta- ja ilmavälit liitinrimassa:

  • Ilmaväli ei saa olla alle 3 mm
  • Pintaväli ei saa olla alle 4 mm

Edellä kuvatut olivat minimietäisyyksiä. Eristysvälit saavat olla suurempia. Kannattaa käyttää suurempia etäisyyksiä turvallisuussyistä.

Mistä johtuu joidenkin pienten muuntajien suhteellisen voimakas lämpeneminen tyhjäkäynnilläkin ?

Muuntajan lämpenemisen tekninen syy on selkeä. Muuntaja on induktiivinen komponentti, joka on tyhjäkäynnillä käytännössä kela. Sen läpi kulkee jatkuvaasti virtaa (magnetointivirta) joka sitten langan resistanssissa muuttu lämmöksi.

Todennäk|isesti nämä halvat kaukoidän pikku muuntajat ihan tarkoituksellisesti alimitoitetaan niin lähelle kestävyysrajaa kuin vain mahdollista. Käytänn|ssähän muuntaja on sitä halvempi tehdä, mitä vähemmän ja mitä ohuempaa kuparilankaa, kuparihan on kallista. Langan ohentaminenhan tietenkin vähentää sen menekkiä ja samalla lisää resistiivisiä häviöitä. Langan lyhentäminen (kierrosten vähentäminen nesiöstä) taas kasvattaa magnetointivirtaa. Käytännössä rajana toimii oikeastaan vain juuri lämpeneminen ja lopulta muuntajan käämin palaminen.

Onko tavallista että pienillä verkkomuntajilla ilman kuormaa ulostulojännite on tuntuvasti nimellisjännitettä suurempi ?

Tämä on ihan normaalia tyypillisistä tasajännitettä antavilla verkkolaitteilla. Nehän koostuvat vaan muuntajasta, tasasuuntaussillasta, suodatuskondensaattorista ja kotelosta.

Kun lähtöä ei kuormiteta ollenkaan, niin laitteesta ulos tuleva jännite on muuntajan antama huippujännitteen suuruinen, eli noin 1.4 kertaa nimellinen jännite, koska tuo tasasuuntaussilta ja kondensaattori toimivat niin että kondensaattoriin latautuu kunkin verkon aallon huippujännite. Kun laitetta aletaan kuormittaa, niin kondensattorinkin kesimääräinen jännite kyllä laskee, koska se ehtii ositain purkautua jokaisen latausjakson välissä.

Jo tämän seikan johdosta, esimerkiksi 6V muuntajasta tulisi jo yli 8 voltin jännite. Ilmiöt eivät kuitenkaan rajoitu tähän. Nuo itse muuntajat on suunniteltu siten, että ne antavat 6 voltin jännitettä ulos nimelliskuormallaan (virtalähteen täysi kuorma). Koska muuntajan johdoissa tapahtuu aina jännitehäviöitä kuorman mukaan, pitää muuntajan ulostulon kelan olla mitoitettu isommalle jännitteelle kuin ulostulo, että täydenkin kuorman muuntajan sisäisillä häviöillä ulos saadaan vielä tarvittava jännite. Tyypillisissä muuntajissa lepojännite (jännite ilman kuormaa) on noin 15% suurempi kuin nimellisjännite (jännite kuormitettuna).

Halvoissa muuntajissa on yleensä paljon häviöitä, joten jännite tyhjäkäyntijännite pitää olla toisinaan tuntuvasti isompi kuin kuormitettu jännite, jotta häviöt saataisiin kuriin. Esimerkiksi moni pienempi 6V nimellistä jännitettä antava muuntaja antaa helposti 8V ulos ilman kuormaa.

Jos tuohon 8V jännitteese kerrotaan tuolla 1.4 kertoimella, niin päästääkin jo yli 11V tyhjäkäyntijännitteeseen virtalähteen ulostulossa.

Miten muutan muuntajasta saamani pienijännitteisen vaihtojännitteen tasajännitteeksi ?

Muutanajasta tulevan vaihtojännitteen muuntaminen tasjännitteeksi tapahtuu tasasuuntaamalla. Mahdollisia tapoja tasasuuntaukseen ovat puoli- ja kokoaaltotasasuuntaus, joista kannattaa valita kokoaaltotasuuntaus.

Mitä Vcc tarkoittaa ?

Micronin sanakirja osoitteessa http://www.micron.com/mti/msp/html/glossary.html antaa seuraavan selityksen tälle termille:

Vcc = collector common voltage

Yleensä siis laitteen positiivinen käyttöjännite.

Mikä kokoinen suodatuskondensaattori pitää laittaa tasasuuntaussillan perään ?

Tarvittavan kondensaattorin suuruus riippuu siitä kuinka paljon tuota lähtöä kuormitetaan ja paljonko rippleliä jännitteessä saa olla (eli paljonko se saa laskea yhden puolijakson aikana). Moniin yleistarkoituksiin vähintään 1000 mikrofaradia jokaista virran amppeeria kohti on aika hyvä nyrkkisääntö josta voi lähetä suurentelemaan tarpeen mukaan.

Jos haluaa tarkemmin laskea kondensaattorin pienemmille rippeleille, niin sen koon voi johtaa seuraavasti: 

C=(I*t)/U
Missä:
  • C= vaadittava kapasitanssi
  • I=kuormavirta
  • t=aika mikä virtaa otetaan konsendaattorista
  • U=sallittu maksimirippeli.
Jos esim. 100Hz:n kokoaaltotasasuunnattu sisäänmeno (tasasuunnattu 50Hz AC) tungetaan suotokondensaattorille, voidaan "worst case"-tilanteessa ajatella että kondensaattorin pitää antaa virtaa 10ms:n ajan (todellisuudessä hiukan vähemmän aikaa). Jos kuormavirta on vaikka 1A, ja haluttu maksimirippeli 1V, tulle suotokonkan minimikooksi C=1A*10ms/1V=10000uF. Jos käytetään puoliaaltotasasuuntausta, niin aikajaksoksi laitetaan 20 millisekuntia.

Lisätietoja aiheesta löytyy osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/ml04.htm.

Miten voin tehdä laitteeseeni suojauksen, että se ei mene rikki jos siihen kytketään käyttöjännite väärin päin ?

Klassinen kytkentä tätä varten on käyttää virransyötön kanssa sarjassa diodia, joka päästää virran laitteeseen vaan oikeaan suuntaan: 

       + ---|>|---- +
Sisään                 Laitteeseen
       - ----------- -
Tähän kytkentään sopiva diodi aina 1A virtoihin saakka ovat esimerkiksi diodit sarjasta 1N4001..1N4007. Suuremmille virroille pitää valita joku enemmän virtaa kestävä diodi- Tämä kytkentä toimii oikein hyvin käytännössä. Ainao haittapuoli täsä on, että tu suojadiodi aiheuttaa aina noin 0.7V jännitehäviön, joten laite ei saa aivan täyttää syöttäjännitettä. Monissa laitteissa tämä ei ole kuitenkaan ongelma.

Joissain tilanteissa suojadiodin joi korvat P-kanavaisella FET:illä, jolloin päästään pienempiin jännitehäviöihin. Kytkemällä P-kanavaisen FETin source-nastan positiiviseen sisääntuläjännitteeseen, drain-nastan positiivideen ulostuloon ja gate-nastan negatiiviseen sisääntuloon kyseinen FT toimii diodin tavoin. FET taytyy valita siten, että se kestä ohjausjännitteenä laitteen käyttöjännitteen ja avautuu tällä täysin.

Jos haluat suojasukytkennän, joka ei aiheuta merkittäviä jännitehäviöitä, niin voit käyttää seuraavaa kytkentää: 

      + ---[sulake]---+----- +
                     _|_
Sisään               /_\     kytkentään
                      |
      - --------------+----- -
Tässä kytkennässä normaalikäytössä virta kulkee sulakkeen läpi eikä siinä tahapdu merkittäviä jännitehäviöitä. Kun käyttöjännitte on kytketty väärin päin, niin suojadiodi alkaa johtaa, mistä seuraa sulakkeen palaminen. Väärinpäin kytkettäessä suojadiodi rajoittaa laiteeeseen pääsevän väärinpäin olevan jännitteen tyypillisesti alle volttiin, joten sen elektroniikka ei pääse hajoamaan. Kytkennän sulake pitää mitoittaa siten, että se kestää laitteen normaalin toiminnan ja diodi pitää mitoittaa siten, että se kestää mahdollisesti suuren oikosulkuvirran sen aikaa että sulake palaa.

Jos laitteeseesa liikku isoja virtoja, niin silloin voi olla hankala toteuttaa edellä olevia suojakytkentöjä. Tällöin yhdenksi mahdollisuudeksi voi rakentaa kytkennän, jossa laitteen käyttöjännite kytketään päälle releen kautta. Relettä ohjataan sisääntulojännitteellä siten, että se kytkee käyttöjännitteen päälle ainoastaan kun se on oikean suuntainen. Seuraavaa ktkentää voi käytää releen kelan ohjaamisen vetämään kun käyttöjännite on oikeansuuntainen: 

       + ---|>|------+
                     |
Sisään             releen
                    kela
                     |
       - ------------+

Tämä kytkentä kytketään suoraan käyttöjännitteen sisääntuloliittimiin. Releen kiinni menevä kosketin kytketään tämän jälkeen johtamaan käyttöjännite sisääntulosta laitteelle. Jos käyttäjännite kytketään oikeinpäin, niin rele vetää ja päästää käyttäjännitteen laitteelle sakka. Jos käyttäjännite on väärin päin, niin perässä oleva laite ei saa käyttäjännitettä, koska rele ei sulje kontakteja (kela on virraton).

Millainen verkkojohto tulisi laittaa teholähteelle ?

Seuraava ohje verkkojohdoista perustuu osoittessa http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/art02.htm esitettyy materiaaliin:

Pistotulppaliitäntäisten kojeiden liitosjohtona on aina käytettävä tähän tarkoitukseen hyväksyttyä, kaksoiseristettyä kaapelia, jonka johtimet ovat monisäikeiset. Johtimia verkkokaapelissa tulee olla kaksi tai kolme riippuen siitä, onko koje maadoitettu. Tavallisissa kuivissa sisätiloissa käytettävän laitteen verkkokaapeliksi soveltuu muovieristeinen kaapeli. Jos sen sijaan kyseessä on roiskevesitiivis laite, tai kaapeli joutuu alttiiksi öljylle tai muille kemikaaleille, tai pakkaselle, kannattaa kaapeliksi valita kumikaapeli.

Muovieristeinen kaapeli tunnetaan useimmiten MSK tyyppimerkinnästä. Esimerkiksi MSK 2*0,75 tarkoittaa muovieristeistä verkkokaapelia, jossa on kaksi 0,75 mm² poikkipinta-alaista johdinta. VSK ja VSKB puolestaan ovat kumieristeisiä kaapeleita. Esimerkiksi VSKB 3*1,5 tarkoittaa kumikaapelia jossa on kolme kappaletta, 1,5 mm² poikkipinta-alaista, johdinta.

Pistotulpan ja verkkokaapelin jälkeen, on seuraavaksi aika tulla sisälle laitekoteloon. Vedonpoistajan on oltava riittävän tukeva, jotta se ei vaurioidu kovemmastakaan johtoon kohdistuvasta nykäisystä tai jatkuvasta vedosta. Vedonpoistimen rakenteen on oltava myös sellainen että se ei missään tilanteessa vaurioita johdon eristeitä ja vedonpoistin voidaan tukevasti kiinnitettää laitteen runkoon. Vedonpoistimen materiaalina on yleensä muovi, mutta myös metallisia rakenteita voidaan käyttää. Verkkokaapelin reikä laitteen kotelossa on hyvä varustaa jonkinlaisella läpivientikumilla tai muulla johtoa suojaavalla rakenteella, esim. kumisella taivutussuojalla.

Millainen tulisi olla verkkolaitteeni virtakytkin ?

Seuraava ohje verkkokytkimistä perustuu pääsosin osoittessa http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/art02.htm esitettyy materiaaliin:

Verkkokytkimenä kannattaa omatekoisissa laitteissa käyttää aina kaksinapaista kytkintä, siis sellaista joka katkaisee sekä nolla- että vaihejohtimen (sinisen ja ruskean).

Kytkimen jännitteen kestoksi on oltava merkitty 250 volttia vaihtojännitettä (250 VAC). Virrankestoa kytkimessä tulee olla mieluiten puolet enemmän kuin on laitteen ottama maksimivirta, mielummin vieläkin enemmän varsinkin jos laite ottaa kovasti virtaa käynnityessään.

Kytkimen runkorakenteen on olisi hyvä olla sellainen, jonka kuorirakenteissa on mahdollisimman vähän metallisia osia (vähentää sähköiskun vaaraa jos kytkin vaurioituu). Metallirunkoisia halpojaa vipukytkimiä kannattaa siis välttää turvallisuussyistä. Sähkökytkimeksi kannattaa mielellään valita sellainen kytkinmalli, jossa on elektroniikan testilaboratorioiden merkintöjä sopivuudesta tälläiseen käyttöön (FI-merkki tms.).

Suojamaadoitus johdinta (kelta-vihreä) ei saa missään tilanteessa viedä kytkimen kautta.

Miten on sulakkeiden laite omissa teholähteissä ?

Seuraava ohje verkkojohdoista perustuu pääsosin osoittessa http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/art02.htm esitettyy materiaaliin:

Omatekoiset laitteet on aina syytä varustaa verkkosulakkeella. Huokein ja tällaisessa käytössä paras ratkaisu, ovat tavalliset 5*20 millimetrin lasiputkisulakkeet. Sulakepitimeen on olemassa seuraavat ratkaisut:

  • Moneen käyttöön paras on laitekotelon reikään kiinnitettävä sulakepidin, jossa sulakkeen pystyy vaihtamaan koteloa avaamatta.
  • Hiukan edullisempi vaihtoehto on avonainen sulakepidin, joka kiinnitetään pienellä ruuvilla kotelon sisälle. Avonaisen rakenteen takia on muistettava irrottaa verkkojohto pistorasiasta aina ennen kotelon avaamista. Jos käytät metallista koteloa, on syytä huolehtia riittävästä erityksestä tälläisen sulakepitimen ja kotelon välissä.
  • Jos verkkojännite tuodaan piirielvylle, niin on mahdollista käyttää myös piirilevyyn juotettava sulakkeenpidintä.

Verkkosulake riittää toiseen verkkojohdon virtajohtimista, eli vaihejohtoon. Säännöt sanovat näin, vaikka täkäläisissä olosuhteissa normaaleilla pistokkella varustetuissa laitteissa sillä onko sulake kummassa johdossa ei ole niin väliä, koska, koska nolla ja vaihe menevät ristiin, kun tulpan kääntää pistorasiassa.

Yleensä pienitehoisissa laitteissa riittää yksi sulke muuntajan ensiöpuolella. Virtalähteissä ja muissa vastaavissa tapauksissa joissa muuntajasta löytyy enemmän tehoa, on suositeltavaa asentaa sulake myös muuntajan toisio virtapiiriin.

Oman ja muiden turvallisuuden takia laitteessa olevaa sulaketta ei saa korvata isomman virran sulakkeella, johdinpätkällä tai rautanaulalla.

Suojamaadoitusjohtimeen (kelta-vihreä) sulaketta ei saa asentaa missään tapauksessa!

Millaisia vaatimuksia on verkkomuuntajalla ?

Omatekoisen teholähteen muuntajan tulisi turvallisuuden vuoksi olla hyväksyttyä mallia oleva verkkomuuntaja. Verkkomuuntajan toki voi purkaa jostain vanhasta laitteestakin, tällaisen turvallisuus kannattaa kuitenkin aina tarkastaa (maalaisjärjesn käyttö iästä ja ulkonäöstä sekä jonkinlaiset mittaukset).

Verkkomuuntajan tyypin valintaan vaikuttavat lähinnä käyttötarkoitus ja tehontarve. Pienille tehoille soveltuvat pienet pakkamuuntajat, jotka kiinnitetään kahdella tai neljällä ruuvilla kotelon runkoon. Jos muutajassa on paljaana oleva metallisydän, niin se tulisi yhdistää luotetavasti laitteen maadotettuun metallikuoreen tai maadoittaa muuten mahdollisuuksien mukaan (mikäli muuntajassa on liitäntäruuvi tätä varten).

Toinen pienille tehoille soveltuva ratkaisu ovat piirilevymuuntajat, joiden tehot ovat yleensä väliltä 1 - 10 VA. Piirilevymuuntaja on aina asennettava riittävän tukevalle piirilevylle, sitä ei pidä lähteä virittelemään kotelon seinämille.

Suuremmilla tehoilla (yli 20 VA) on vaihtoehtoina pakkamuuntajat ja rengassydänmuuntajat. Rengassydänmuuntajat ovat sähköteknillisesti parempilaatuisia kuin pakkamuuntajat, ja lisäksi hyötysuhteeltaan parempia. Myös hintakin on vastaavasti korkeampi.

Ja muuntajaa rakentaessa kannattaa muistaa, että verkkojännitteellä toimivat elektroniikkalaitteet on aina koteloitava erityisen huolellisesti. Kotelon rakenteen on oltava sellainen että verkkojännitteisiin osiin ei pääse käsiksi koteloa avaamatta.

Millaista jännitettä saa auton tupakasytyttäjän liitännöstä ?

Auton tupakansytyttäjän liittimestä saa nimellisesti 12V jännitettä (auto akkujännite) ja virranantokyky on tyypillisesti rajoitettu 10 amppeerin sulakkeella. Todellisuudessa tyypillinen akkujännitteen (ja siis tuosta litännästä saatavan jännitteen) arvo on alueella 12-14.4 volttia. Auton sähköjärjestelmä ei ole niitä kaikkein satabiileimpia ja silloin tällöin sieltä saatava jännite voi suurestikin vaihdella. Esimerkiksi kylmäkäyynnistyksessä jännite voi laskea aina 5 voltintietämille ja lyhytaikaiset jännitetransientit voi mennä jopa yli sadan voltin. Auton sähkölaitteistoon liitettävän laitteen suunnitelussa kannattaa siis ottaa huomioon että jännitteen aleneminen ei aiheuta mitään vaarallisia virhetoimintoja ja että laiten on kunnolla suojattu hetkellisiä ylijännitepiikkejä vastaan.

Hei, Onko kukaan tutkinut mahdollisuutta rakentaa PC-tietokoneen powerista 12 voltin 200w virtalähdettä ?

Radioamatöörilehdissä on muutaman kerran ollut kytkentäideoita tällaisiin muutoksiin. Tuossa muuttamisessa tulee kyllä useita ongelmia eteen:

  • Pitäisi saada virtalähteen kytkentäkaavio ja ymmärtää sen toiminta
  • Virtalähteet on suunniteltu niin, että niistä otetaan tehoa tietyssä suhteessa +5V ja +12V lähdöstä. Jännitteiden säätö tapahtuu yleensä pelkästään +5V lähdön jännitteen perusteella.
  • +12V lähdön komponentit eivät ole suunniteltu kuin rajoitetulle tehomäärälle (eivät kestä koko 200W aulostuloa)
  • PC-powerit ovat pitkälle optimoituja kytkentäjä, jossa kaikki osat on mitoitettu tarkalleen, että ne täyttävät vaatimukset, mutta eivät enempää. Näin ne on saatu hinnaltaan edullisiksi.
Periaatteessa saattaisi onnistua tai sitten kaatuisi johonkin virtalähteen erityisominaisuuteen, kuten esimerkiksi muuntaja ei kestä +12V lähdöstä täyttä virtaa tai koko virtalähde vaan sekoaa kun muita lähtöjä ei kuormiteta tasaisesti.

Miten teen teholähteen tietokoneen emolevylle niin, että se toimii autosta tulevalla 12V jännitteellä ?

Eräs mahdollisuus tehdä asia normaalista "hyllytavarasta" on ostaa 12V->230V vaihtosuuntaaja, jonka ulostulo viedään normaaliin PC:n teholähteeseen. Tämä ratkaisu on kookas ja hukkaa tehoa melkoisesti. Toinen kaupallinen ratkaisu on hankkia jostain 12V jännitteellä toimiva PC:n teholähde (kallis, hankala löytää, kannattaa kysyä sulautettuja PC_ järjestelmiä myyvistä firmoista).

Lisää tietoa aiheesta löytyy seuraavista osoitteista:

Mikä on hyvä piiri positiivisen jännitteen vakavointiin ?

Helpoin ratkaisu on yleisesti käytetyjä 7800-sarjan regulaattoripiirejä, joita saa eri jännitteille alueella 5 volttia..24V. Näissä piireissä on sisäänrakennettu ylivirta- ja ylilämpösuojaus. Piirien maksimivirta on 1 ampeeri, ja tähän pääsemiseksi pitää käyttää ulkoista jäähdytysripaa parantamassa jäähdytystä. Piiri toimii hyvin kun ottovirta siitä on muutaman millampeerin ja tuon yhden ampeerin välillä sekä piirin yli jää vähintään kolmen voltin jännitehäviö (sekä tietenkin jäähdytys on riittävä). Piirien datalehden saa osoitteesta http://sps.motorola.com/cgi-bin/get?/books/dl128/pdf/mc7800rev*.pdf ja sieltä löytyvät tarpeelliset tekniset tiedot sekä esimerkkikytkennät. Ehkä yleisin 8700-sarjan regulaattoripiiri on 5 voltin jännitettä antava 7805. Muita yleisiä ovat 12 voltin 7812 ja 15 voltin 7815. Alla esimerkkikytkentä 9V jännitettä antavalle 7809-piirille (voi solvetaa myös muille piirimalleille): 

                      +-------+
sisään +12V ----+-----| 7809  |---+------- +9V ulos
                |     +---+---+   |
                |         |       |
               ---        |      ---
               ---  220   |      ---  220
                |    nF   |       |    nF
                |         |       |
sisään -    ----+---------+-------+------- - ulos
Kytkennässä mainitut regulaattorin kummallakin puolella oleva kondensaattorit ovat tarpeellisia. Sisääntulossa oleva kapasitanssi pienentää syötön impedanssia. Kapasitanssin puute voi johtaa kytkennän värähtelyyn. Kondensaattorien on syytä olla lähellä regulaattoria, mielellään aika lailla jaloissa kiinni. Yleensä noin 100 nF on minimi pienillä kuormilla, isot ja ilkeät tarvitsevat enemmän. Luokkaa 100 - 470n kerkot ovat käypäiset melkein kytkentään kuin kytkentään. Tarvittava konsensaattorien arvo riippuu myös jonkin verran käytetystä regulaattoripiirin versiosta (jotkin toimivat hyvin vähemmällä kuin toiset, mutta ei minmivaatimusta isommasta niillekään ole haittaa).

Jos kytkennän käyttöjännite otetaan jostain muutajasta, jonka perässä on vain tasasuuntaussilta, pitää kytkennän sisääntuloon lisätä vielä siellä olevan kondensaattorin rinnalle tarpeeksi suuri elektrolyyttikondensaattori, joka takaa että regulaattorin syöttöjännite ei missään tilanteessa pääse putoamaan alle regulaattorin tarvitseman pienimmän sisääntulojännitteen (ulostulo + 3V), tai muuten ulostulojännitekin tippuu siinä samalla. Jos mennään käyttämään myös elektrolyyttikondensaattoeita noiden keraamisten kondennsaattorien rinnalla, niin silloin voi myös soveltaa seuraavaa sääntöä: SUORAAN regun jalkoihin vähintään 10nF polkot, ensiöpuolelle lyytti kuormitusvirran mukaan mitoitettuna ja toisiopuolelle lyytti kapasitanssilla ensiolyytti/10.

78xx-sarjan regulaattorit toimitetaan yleisimmin suunnilleen alla olevan kuvan näköisessä TO220 kotelossa, jonka johdinjärjestys menee näin: 

  +-------+
  |   O   |
  +-------+
  |       |
  | 7809  |
  |       |
  +-------+
   |  |  |
   |  |  |
sisään  ulos
     maa
Regulaattori on hyvä kiinnittää jonkinmoiseen jäähdytyslevyyn. Tässä on syytä muistaa että regulaattorin kuoren metalliosa on kytketty maanastaan.

Jos tarvitset säädettävää ulostulojännitettä, tai sellaista jännitettä, jolle ei ole olemassa sopivaa vakiojänniteregulaattoria, niin sitten kannattaa tutustua säädettävää ulostulojännitettä antavaan LM317 regulaattoripiiriin. Sen ulostulojännite on säädettävissä alueella 1.2-37V ja ulostulovirta voi maksimissaan hyvin jäähdytetyllä piirillä 1.5 ampeeria, tosin ei kannata yrittää ottaa normaalikäytössä yli 1 A tulosutlovirtoja. Alla on esitetty yksi käytännöllinen esimerkkikytkentä LM317 regulaattoripiirille: 

                    I +-------+ O
    Vin (+) o-----+---| LM317 |---+--------------+-----o Vout (+)
                  |   +-------+   |              |
                  |       | A     /              |
                  |       |       \ R1 = 240     |
                  |       |       /              |           ___
                 _|_ C1   |       |            +_|_ C2      |_0_|  LM317
                 --- .01  +-------+             --- 1 uF    |   |  1 - Adjust
                  |  uF   |                    - |          |___|  2 - Output
                  |       \                      |           |||   3 - Input
                  |       / R2                   |           123
                  |       \                      |
                  |       |                      |
    Vin(-) o------+-------+----------------------+-----o Vout (-)

Vastuksen R2 arvo ohmeissa lasketaan halutun ulostulojännitteen (Vout) mukaan kaavalla: 

R2 = (192 x Vout) - 240
LM317 datalehti on saatavana osoitteesta http://www.national.com/search/search.cgi/design?keywords=LM317.

Jos tarvitset enemmän virtaa kuin piirien tarjoama noin 1 ampreeri, niin voit rakentaa isompivirtaisen regulaattorin tehotransistorista, jota ohjaat tälläisella regulaattoripiirillä. Edellä mainittuista datalehdistä löytyy tähänkin kytkentäesimerkki.

Mikä on hyvä piiri negatiivisen jännitteen vakavointiin ?

Helpoin ratkaisu on yleisesti käytetyjä 7900-sarjan regulaattoripiirejä, joita saa eri jännitteille alueella 5 volttia..24V. Näissä piireissä on sisäänrakennettu ylivirta- ja ylilämpösuojaus. Piirien maksimivirta on 1 ampeeri, ja tähän pääsemiseksi pitää käyttää ulkoista jäähdytysripaa parantamassa jäähdytystä. Piirien datalehden saa osoitteesta http://sps.motorola.com/cgi-bin/get?/books/dl128/pdf/mc7900rev*.pdf ja sieltä löytyvät tarpeelliset tekniset tiedot sekä esimerkkikytkennät.

Negatiivisilla regulaattoreilla kannatta huomioida, että ottaaa varmasti virtaa ulos ainakin tuin regulaattorille datalehdessä kerrotun minimivirran verran, tai saattta tulla ongelmia. Joidenkin valmistajien NEGATIIVISILLA 7908 piireillä voi kuormittamattomana tullakin -14 V, katso http://www.hw.cz/english/docs/stabil79/stabil79.html.

Miten voin reguloida 60V jännitettä, kun näin osolle jännitteelle ei tahdo löytyä regulaattoripiirejä ?

Jos et löydä regulaattoripiirä tarpeeksi suurelle jännitteelle, niin sitten monesti täytyy rakentaa regulaattorikytkentä erillisistä komponenteista. Yksinkertaisimman regulaattorin saa zenerdiodista ja transistorista seuraavaan tapaan: 

 +60V o-------+------+---\    _/-----+--------o +40V
              |      |    \   /|     |
            +---     R   -------    ---
             ---     R      |       ---
           C1 |      |      |     C3 |
              |      +------+        |
              |      |      |        |
              |    +---   |_|_       |
              |     ---    / \       |
              |  C2  |  Z1 -|-       |
 GND o--------+------+------|--------+--------o GND

 Q1 NPN darlington tehotransistori (oletus hfe=1000)

 C1 6800µF (se suodatuskonkka tasasuuntaajan jälkeen)
 C2 22..100µF/63V
 C3 100...330nF polko
 R  680 ohmia
 Z  42V/1W
Tämä kytkentä ei ole regulointiominaisuuksiltaan regulaattoripiirien veroinen eikä siällä ylikuormitusssuojauksia, mutta on muuten ihan käyttökelpoinen tapa toteuttaa tuo regulointi.

Tällä tavoin tehdyn kytkennän lähtöjännite on noin zenerjännite - kantaemitteriliitosjännite. Kytkentä ei ole stabiiliuudessaan kaikkein parhaimpia. Paras hy|ty saadaan silloin kun zenervirta pidetään lähes maksimissaan. Silloin zenerjännitekin pysyy lähes paikallaan kuormasta riippumatta.

Jännitettä muutettaessa täytyy zenerdiodi vaihtaa sopivamman jännitteiseen arvoon. Zenerin jännitettä muutettaessa täytyy vastuksen arvo laskea uudelleen, koska virratkin muuttuvat... Samaten täytyy silloin tarkastaa, että transistori saa riittävästi ohjausvirtaa, jotta saadaan tarvittavat tehotkin ulos.

Elikkä jo yllä olevasta kytkennästä halutaan max. 40V/4A ulos, niin silloin kantavirran ollessa 4mA olisi R=3,3kohmia. Tehoa hukkuisi noin 53mW. Zenerin tehonkestoksi riittäisi seuraavaksi suurempi arvo kuin 170mW.

Mitä taas transistoriin hukkuu, niin se on tulo- ja lähtöjännitteen erotus kerrottuna läpi menevällä virralla, (55,4-40,8)V x 4A = 58,4W.

Miten saan negatiivista -5V ja -12V jännitettä kytkentääni ?

Jos käytössäsi on ainoastaan yksi positiivinen +5V tai +12V tasajännite, niin tarvitset DC-DC muunninkytkennän joka tekee tarvittavaa negatiivista jännitettä tuosta positiivisesta käyttöjännitteestä. DC-DC muuntimia on saatavana valmiina moduuleina tai sellaisen voi kasata sopivasta muunninpiiristä.

Seuraavat Maximin piirit syövät + 3...16 V ja antavat 

MAX 764    - 5 V  min. 150 mA
MAX 765    -12 V  min.  50 mA
Lisätietoja piireistä löytyy osoitteesta http://www.maxim-ic.com/ ja piirejä myy mm. Yleiselektroniikka ja Farnell.

Mistä löydän tietoa hakkuriteholähteen suunnitelusta ?

Osoitteesta http://www.smpstech.com/ löytyy Switching-Mode Power Supply Design joka on lukemisen arvoinen dokumenttikokoelma kaikille hakkuriteholähteitä suunnitteville. Jos jostain löydät Unitroden application note kirja niin lue se. Unitroden webbisivuilta osoitteesta http://www.unitrode.com/ löytyy myös hakkuriteholähteisiin liittyvää tietoutta. Maxim valmistaa hyvin suurta valikioimaa aika käteviä hakkuripiirejä etenkin pienitehoisiin hakkurikytkenöihin ja lisätietoja voi etsiä osoitteesta http://www.maxim-ic.com/ sekä Maximin datakirjoista. Myöskin Motorola ja National Semiconductor valmistavat mikropiirejä hakkuriteholähdesovellutuksiin, joten näidenkin yritysten datakirjojen ja webbisivujen selailu voi olla avuksi suunnittelussa.

Miten rakennan laboratoriteholähteen ?

Mikähän kumma siinä on että ensimmäiset elektroniset laitteet ovat aina näitä labrapowereita, kun ne eivät ole niitä helpoimpia kytkentöjä. Jos sunnittelet omaa kytkentää niin seuravat vinkit on paikallaan:

  • Älä yritä tehdä kytkentää toimimaan yhdellä käyttöjännitteellä, koska säätöpiirit on helpompi saada toimimaan kunnolla jos niille on oma jännitelähteensä.
  • Älä kuormita pääteltransistoreja liikaa, koska ylikuormittuessaan ne voivat käyttöytyä omituisesti tuhoisin seurauksin (3055 tai vastaava saattaa toimia hyvin, mutta muuttaa koko powerin muutaman Mhz oskillaattoriksI vähän ennen hajoamistaan.)
  • Tehohäviöitä voi välttää seuraavin keinoin:
    • Käyttämällä muuntajassa väliottoja, joita kytketään mukaan sopivalla hystereesillä halutun lähtöjännitteen mukaan.
    • Käyttämällä tyristoria tai transistoria heti tasasuuntauksen jälkeen ja leikkaaman sisään tulevan sinijännitteen huippuosa pois kun sitä ei tarvita
    • Käyttämällä jotain hakkuriregulaattoria lineaarisen edessä. Tällä saa pienet häviöt ja hyvälaatuisen ulostulojännitteen.
  • Säätöaluetta ei kannata tehdä liian suureksi, koska tämä vaikeuttaa kytkennän saamista kunnolla toimivaksi kaikissa olosuhteissa. Esimerkiksi ei kannata yrittää saada samasta teholähteestä tarvittaessa sekä 5 mA vakiovirtaa ja sitten tarvittaessa >10A maksimisrtaa.
  • Lankavastus virranmittauksessa ei välttämättä ole hyväksi (induktanssia!)
  • Laita ainakin yksi ylilämposuoja jäähdytyslevyyn tai muuntajaan, mieluummin molempiin.
  • Konkat kuumenevat (+räjähtävät sitten) isoilla virroilla. Katso maksimi rippelivirta konkan datalehdestä, laita mieluummin useampi rinnan.
  • Käytä valmiiksi hyväksi todettuja kytkentöjä tuossa ohjauspiirissä niin vältät monia ongelmia.
Akkulaturi->akku->regulaattori on hyvin halpa ja melko turvallinen harrasteluhommiin kunhan muistaa laittaa akun lähtöön sulakkeen ja ohjata akusta mahdollisesti ulos tulevat "höyryt" ulos. Ilman lähtösulaketta ja kunnolla suojttuja napoja varustettu akku on vaarallinen, koska akusta saavava maksimissaan parin sadan amppeerin virta kuumentaa johtimia niin paljon että paksummastakin kaapelista sulaa eristeet ja pienempi sulaa poikki !

Miten saan L200-regulaattoripiirillä ulostulojännitteen säädön alkamaan nollasta ?

Mikäli haluaa L200-regulaattoripiiristä tehdyn kytkennän säädettävän jännitteen olevan 0:sta yl|späin, pitää tehdä pieniä virityskytkentöjä, sillä L200:sen referenssijännite on 2,85 volttia. Piirin nelosnastan jännitettä verrataan tähän jolloin minimi ulostulojännite on 2,85V

Huijaus onnistuu mm. asettamalla L200:sen maataso 2,85 volttia lähdön maatasoa alemmaksi. Tosin tällöin voi käydä niin, että regulaattorista tulee epästabiili, riippuen kuinka hyvin negatiivinen huijausmaataso pysyy kohdallaan.

Miten voin tehdä oman verkkomuuntajan ?

Verkkomuuntajan tekeminen ei itse ei ole mahdotonta. Perustietoja verkkomuutajan mitoittamisesta löytyy osoitteesta http://koti.mbnet.fi/~huhtama/ele/ml08.htm. Verkkomuuntajan tekeminen itse ei ole kovinkaan suositeltavaan sähköturvallisuuden takia. Muuntaja pitää nimittääin suunnitella tarkkaan oikein ja kasata asiallisesti, että se toimisi turvallisesti. Lisäksi muuntaja tulisi testata perusteellisesti ennen käyttöönottoa.

Jos on tarvetta itse tehdä muutaja (tarvitset esimerkiksi sellaisia jänniteitä, joita ei valmiina saa), niin silloin on parasta turvautua johonkin muuntajanrakennussarjaan. Esimerkiksi Yleiselektroniikka myy RS:n muuntaja-sarjoja, joissa ensi| on jo käämirungolla (eli mitoitettu/käämitty valmiiksi) ja sen lisäksi tilaa käyttäjän omille käämeille. Tuohon on helppo käämiä tarvittavat käämit, kun kierrosta/V on tiedossa (löytyy sarjan teknisistä tiedoista).

Akut ja paristot

Miten voin helpoiten mitata pariston kunnon ?

Ensimmäisen arvion pariston kunnosta voi tehdä mittaamalla sen navoissa esiintyvän jännitteen. Jos se on tuntuvasti pariston nimellisjännitteen alapuolella, niin silloin paristo on varmasti lopussa. Jos paristo antaa selvästi nimellisjännitteen tai enemmän, niin sitten seuraavassa testissä paristoa voi kuormittaa jollain sopivalla polttimolla ja tarkkailla josko pariston jännite rupeaa tuntuvasti laskemaan (hyvällä paristolla muuttuu paljon vähemmän kuin huonolla).

Ehkä luotettavin tapaus selvittää pariston kunto on tehdä se oikosulkumittauksella. Tämä mittaus tehdään sopivalla yhdistelmällä, jossa on kiinni sekä pieniresistanssinen vastus (päästää useita ampeereita virtaa pariston nimellisjännitteellä) sekä sopiva ampeerimittari. Tälläinen härveli pitää sitten "kalibroida" tekemällä taulukon millaisia virtoja eri paristotyypit antaa täytenä.

Millaisia ominaisuuksia on erilaisilla akkutyypeillä ?

Lyijyakku

  • Sisältää lyijylevyjä sekä happoa
  • Käytetään yleisesti moottoriajoneuvoissa ja puhelinkeskuksissa
  • Edullinen
  • Painava
  • Ladatessa tuottaa vetyä
  • Vettä pitää lisäsä silloin tällöin
  • Ei hirveän tarkka latuaksien kanssa
  • Oikein huollettuna pitkä käyttöikä
  • Toimii pakkasessakin
Lyijyhyytelöakku
  • Kuten lyijyakku, mutta happo on hyytelöity
  • Tarkempi latauksen suhteen kuin normaali lyijyakku
Nikkelikadmiumakku (NiCd)
  • Tuli markkoinlle 1950-luvuilla
  • Käytetään melkein kaikissa akuilla varustetuissa pienissä elektroniikka- ja sähkölaitteissa
  • Edullinen
  • Akkua voidaan ladata ja purkaa oikein käytettynä noin 1000 kertaa
  • Yhden akkukennon volttimäärä on yleensä 1.25V.
  • Uudempiin akkutekniikoihin verrattuna ongelmina pieni kapasiteetti sekä ns. muisti-ilmiö.
  • Cadmium on myrkyllistä
  • Kestää pakkasta kohtuullisen hyvin
  • Hidas peruslataus kestää noin 14 tuntia
  • itsepurkautuminen tyypillisesti noin 1% / päivä
Nikkelimetallihydridi akku (NiMH)
  • Nikkelikadium akusta kehitetty "parannettu painos"
  • Tuli yleiseen käyttöön vuonna 1970
  • Akkua voidaan ladata ja purkaa tyypillisesti noin 500 kertaa.
  • Yhden akkukennon volttimäärä on yleensä 1.25V.
  • Kevyempi kuin NiCd-akku ja kapasiteetti suurempi
  • Pakkasenkestävyys on heikko
  • Purkaantuu tyhjäksi itsekseen käyttämättömänä varsin nopeaan tahtiin (n.3 -10% / päivä).
Litium-ionakku (Li-ion)
  • Yleisesti käytössä olevista akkutyypeistä uusinta ja kehittyneintä teknologiaa.
  • Ensimmäiset Li-ion-akkutyyppiä käyttävät sovellukset tulivat markkinoille vuonna 1990.
  • Akkua voidaan ladata ja purkaa tyypillisesti 300-500 kertaa.
  • Yhden akkukennon volttimäärä on yleensä 3.6V.
  • Kevyt
  • Reilusti suurempi kapasiteetti verrattuna NiCd ja NiMH akkuihin
  • Selvästi kalliimpi valmistaa kuin vanhemmat akkutyypit
  • Pakkasessa toimivuus ei kamalan hyvä.
  • Vähäine itsepurkaus (n. 1 - 2% / kuukausi).

Litium-akkuaja ei yksin kennoin myydä yksityisille, Litiumin ongelma on se, että elektrolyytti on tulenarkaa. Jos litiumakun kennon lämpötila nousee yli 150 asteen, alkaa itsestäänkiihtyvä eksoterminen reaktio, joka synnyttää räjähdystä muistuttavan ilmiön. Lithiumkenno yliladattaessa truuttaa elektrolyyttinsä pihalle, ja nämä kosketuksissa kuuman kennon ja ulkoilman kanssa syttyvät samantien. Sama tapahtuu myös pahassa oikosulussa. Kaikissa litium akuissa on (pitää olla) tuo piirilevyllä oleva kytkin-ic/puolijohdesulake, joka suojaa akkuja pahoilta ylikuormituksilta.

Esiintyykö NiMH-akuilla NiCd-akuilla tuttua harmillista "muisti-ilmiötä" ?

Monien ohjeiden mukaan NiCd- ja NiMH-akkujen käyttäminen kunnolla tyhjäksi silloin täll|in on järkevä huoltotoimenpide silloinkin, kun akkua käytetään kaikin puolin oikein. Säänn|llisellä purkamisella ehkäistään muisti-ilmiötä eli isojen kiteiden muodostumista akkuun.

'Muisti-ilmiössä' NiCd akuissa on tapahtunut cadmiumin kiteytymistä, joka aiheuttaa kennoston sisäisen resistanssin kasvamisen suuremmaksi kuin 'ehjässä' akussa. Joten muistiefekti akusta ei saa yhtä paljon virtaa, ilman että kennojännite tippuu => ts. kun puhelin ottaa akusta virtaa, akun jännite tiippuu niin alas, että puhelin luulee akun olevan tyhjä.

NiMH akuissa ei tosin ole tarpeen purkaa akkua muisti-ilmiön takia, koska akuista puuttuu tuo kiteytymistä aiheuttava cadmium. Joidenkin lähteiden mukaan muisti-ilmiötä aiheuttaa joku muukin seikka, koska se myös havaittavissa joissain NiMH-akuissa.

NiMH akuille on erityisen vahingollista alkaa ladata sitä jos akku on 'täysi', ts. NiMH akkua saa alkaa lataamaan vasta kuin siitä on käytetty yli 4% sen kapasiteetista (eli akku ei ole aivan täynnä).

Miten akkulaturi toimii ?

Yksinkertaisimmissa kaupallisissa latureissa on yleensä ainoastaan muuntaja, tasasuuntaaja (diodisilta), lämpösulake ja mahdollisesti virtamittari. Laite toimii siten että muuntajan resistanssit rajaavat oikosulkutilanteessa virtaa ja jos virtaa menee ihan liikaa niin lämpösulake katkaisee latauksen. Muuntajan sisäisten resistanssien pitää toki olla sopivan suuret että ne rajoittavat virtaa ja ohuet kytkentäkaapelit voivat tarjota lisävastusta. Muuntaja antaa tyhjäkäynnillä tuntuvasti enemmän jännitettä kuin täysin kuormitettuna, joten akkulaturin tyhjäkäyntijännite voi olla 16-18V luokkaa ja putoaa tuonne 12V tuntumaan nimelliskuormalla.

Voiko lyijyakin latautumista nopeuttaa kasvattamalla latausvirtaa ?

Suuri virta ei lyhennä lineaarisesti latausaikaa. Suurella virralla akku saadaan vain osin täyteen ja lisäksi akun ikä lyhenee. Jos 100Ah akkua ladataan esim. 20A virralla, alkaa akku "kiehumaan", eli napajännite nousee liian korkealle jo noin 70% varaustilassa.

Jonnekin 14.5-15V napajannitteeseen asti voinee käyttää kapasiteetin (C) viidesosan virtaa (100Ah "viideosa" on 20A, eli C/5), mutta loppu pitää ladata pienemmällä virralla. 100Ah akulla se kannattaisi olla vaikkapa n. 2-4A.

Voiko tavallisella akkulaturilla ladata turvallisesti pieniä lyijyhyytelöakkuja ?

Tavallienen autonakun laturi ei ole sopiva lyijyhyytelöakkujen lataamiseen, koska siitä tule liian paljon virtaa ja antojännite ei ole tasainen. Normaalilla auton akkulaturilla tuhoat helposti pienen (esim 12V/6Ah) lyijyhyytelöakun. Oikea laite on virtarajoituksella varustettu vakiojännitelaturi.

Perusprobleemi, joka tuhoaa hyytelöakkuja lienee (viisaampien mukaan) verkkolaitteesta jäävä "ripple" elikkä värähtely jänniteessä, mille hyytelöakku on kovasti allerginen. Akulle pitää antaa hyvin suodatettua, 14,4 voltin jännitettä, ja virtaa maksimissaan pari-kolmesataa milliampeeria. Tavalliset akkulaturit, samoinkuin halvat verkkolaitteet eivät suodata syöttöjännitettä kunnolla. Jos käytät enemmän lyijyhyytelöakuja, niin kannattaa investoida oikeaan hyytelöakun laturiin.

12V lyijyhyytelöakulle tehty latauslaite toimiii vakiovirtalaturina, joka antaa jännitteen nousta jonnekin 14.2-15V paikkeille. Kun akku saavuttaa asetetun jännitetason, alkaa virta putoamaan pikkuhiljaa. Siihen asti virranrajoitus on toiminut ja pitänyt virran "vakiona".

Jos akkua käytetään jatkuvasti ladattavana standby-akkuna, eli jonkinlaisena varavoimana, on maksimi latausjännite alempi, tyypillisesti 13.5-13.8V. Syklisen käytön akku (purku, lataus, purku, jne) ladataan n. 14.2-15V ja irroitetaan laturista sen jälkeen tai pudotetaan jännite standby-akun arvoihin ja jäte- tään laturi pitämään varausta yllä.

Miten lyijyhyytelöakkua tulisi ladata ?

Jos lataat lyijyhyytelöakkua vakiojännitteellä niin akun täyttyessä sen napajännite nousee, jolloin latausvirta pienenee akun täyttyessä olemattomiin. Akku ei tule aivan täyteen näin, mutta vajauksen voi kompensoida hommaamalla isomman akun.

Lyijyhyytel|akkua voi ladata jatkuvasti ylläpitolatauksella, esim. 12V akkua 13,6 - 13,8V jännitteellä. Usein akulle on määritelty erikseen latausjännitteet ylläpito- ja pikalataukseen. Nenän alla on akku jossa sanotaan pikalatausjännitteeksi 14,4V.

Ykis esimerkkikytkentä aiheesta löytyy osoitteesta http://www.cl.cam.ac.uk/users/mvi20/bike-stories/charger.html.

Mitä akulle tapahtuu ylilatauksessa ja miten voin välttää sen ?

Kun tavallista lyijyakkua lataa liikaa, se alkaa hajottamaan akussa olevaa vettä vedyksi ja hapeksi. Tästä syystä kun akkua pidetään pitkään standby-latauksella, sinne pitää säännöllisesti lisäillä vettä. Jos tarkoituksena on pitää akkua kestovaraustilassa jatkuvasti, on hankittava akku jonka kestovarausjännite eri lämpötiloissa on speksattu. Jos akkua ladataan "ammattilaturilla" ilmoitetulla jönnitteellö, vesitysväli voi olla 1-4 vuotta.

Suljetun akun kanssa on toimittava , jos mahdollista, vielä tarkemmin kuin avoimen akun kanssa. Muuten latausperiaatteeet ovat osapuilleen samat kuin avoimella akulla. Hyytelöakussa veden lisääminen hyytelöön on melko mahdotonta, joten akku menee uusiksi kun veden osuus hyytelössä on laskenut liikaa pitkään jatkuneen latauksen takia.

Laturipiirien valmistajien papereista löytyy hyviä selostuksia akunlatausperiaatteista. Katso lisätietoja esimerkiksi seuraavista osoitteista:

Miten voin ladata NiCD-akkuja yksinkertaisesti ?

Nikkelikadmiumakkuja ladataan tyypillisesti vakivirtallatauksella, jossa latausvirta säädetään suunnilleen akun kapasiteetti jaettuna kymmellä tunnilla. Eli 1000 mAh latausvirraksi saataisiin näin 100 mA. Tällä virralla akun täyteen latautuminen kestää noin 14 tuntia, eikä akku vaurioidu vaikka sen jättäisi latauslaitteeseen vähän pidemmäksikin aikaa. Suurinosa halvoista ja hitaista NiCd-akkujen lataajista toimii tällä tavoin. Virran rajoittaminen on yksinkertaisinta tehdä sarjavastuksella.

Voit soveltaa esimerkiksi seuraavanlaista kytkentää: 


                   120 ohm    LED
                   +--/\/\----|>|-+
                   |              |
          + o------+---/\/\-------+--------o +
säädettävä            33 ohm                 ladattava
verkkolaite            5 W                   paristo

          - o------------------------------o -
Säädettävänä jännitelähteenä voi hyvin käyttää halpaa säädettäväjännitteistä verkkolaitetta (ulostulovirta ainakin 200 mA, jännite säädettävissä ainakin alueella 4.5-12 volttia). Verkkolaitteen ulostulojännite tulee säätää 3-4 volttia ladattavan NiCd-akuston jännitettä suuremmaksi (4.5V yhdelle kennolle, 6V kahdelle kennolle jne.). Latausvirraksi tulee noin 100 mA, joten 1000 mA kennon latatuminen kestää noin 12-14 tuntia. Kytkennässä on LED, joka osoittaa että latausvirta kulkee paristolle, kuten kaupallisissakin NiCd-pariston lataajissa.

Pikalataus: Nykyisten akkujen (NiCd, NiMH) kanssa pätee nyrkkisäänt|, että huoleti voi latailla puolta kapasiteettia (0.5 C) vastaavalla virralla. Eli 1000 mAh akkua voi ladata 500 mA:lla. MUTTA: lataus on lopetettava kun akku on täynnä ! Täynnä oleva akku ei siedä kovinkaan paljoa latausvirtaa vaurioitumatta. Automaattisessa pikalatauksessa akkuja ladataan ensin suurella irralla, ja kun akku havaitaan olevan täynnä (jänniten mutokset, lämpötilamuutos tms.), niin siirrytään pieneen ylläpitovirtaan (esim. 1/100 osa akun kapasiteetista). Tähän on olemassa valmiita mikropiirejä (katso vaikka http://www.maxim-ic.com/).

Edistyneemmät NiCD-akkujen pikalaturit ovat toiminnaltaan sitten paljon monimutkaisempia. Maximilta löytyy piirejä automaattisia piirejä NiCd/NiMh-akujen lataamiseen (esim. max713 tai max712).

Miten teen alykkään lataavan ja purkavan NiCd-akkujen latauslaitteen ?

Yksi näkemys aiheeta löytyy osoitteesta http://www.iki.fi/jlehtine/charger/index.html. Laite liitentään PC:n rinnakkaisporttiin ja PC huolehtii tuosta laitteen alykkyydestä.

Haittaako nimellisvirtaa pienempi latausvirta NiCd-akkujen latauksessa ?

Pienemmällä virralla lataaminen ei haittaa, on itseasiassa yleensä parempikin. Latausaika tietysti kasvaa virran pienenemisen suhteessa.

Sopiiko alykäs NiCd-laturi NiMH-akkujen lataamiseen ?

Akut kyllä latautuvat, mutta akkujen ikä todennäköisesti on aika lyhyt. Latauksen lopettamisehto on erilainen NiMH:lle kuin NiCd:lle. Ongelmaa ei tule, jos laturi osaa tunnistaa NiMH:n lämpötilakäyttäytymisen.

Tuo lämpötila juttu kannattaa tarkistaa valmistajan spekseistä ja katsoa mistä parhaiten pystyy määrittämään täyden kapasiteetin/milloin on aika lopettaa lataus. dT/dt kertoo aikaisemmin lopetustilanteen kuin dV/dt. Parasta on huomioida molemmat. Yleensä NiMH akkua on jo yliladattu kun jännitteen kasvu pysähtyy tai käy laskuun. (Tuo kannattaa tarkistaa käytettyjen akkujen spekseistä.) Tuohon käyttäytymiseen vaikuttaa latausvirta, pienemmillä virroilla erot ovat pienempiä. Toisaalta pienillä virroilla aiheutetaan vähemmän vahinkoa, joskin ylilataamisesta on silti haittaa akuille.

Voinko korvata vanhat NiCd kennot NiMh kennoilla, käykö sama laturi edelleen?

Kun laitteissa joka toimii alunperin NiCd-akuilla käyttää NiMh-akkuja ei laitteen toiminnassa pitäisi olla mitään eroa. NiMh-akut antavat samaa jännitettä ja ovat muutenkin kovasti samanlaisia, omaavat vain suuremman kapasiteetin (mahtuu enempi virtaa sisään).

Latauksessa pitää vähän miettiä. Jos kyseessä on tavallinen hidas laturi (noin 14h latausaika), joka antaa rajoitettua ja sopivaa jännitettä, niin NiCd kennot voi korvata NiMH kennoilla aivan hyvin tässä tapauksessa. Nopeampien älykkäiden laturien kanssa kannattaa varmistaa että laturi tukee NiMh-akkuja, koska kaikki älykkää NiCd-laturit eivät toimi välttämättä oikein NiMh-akkujen kanssa.

Pahastuuko litiumakku, jos sitä lataa ei-tyhjänä ?

Litiumakku ei pahastu ainakaan samassa määrin kuin NiCd tai NiMH. Ilmeisesti ainoa todellinen Li-akun huono puoli on se hinta. Mutta kai tuonkin saa ylilataamisella rikki, joten oman laturin tekeminen vaatii varovaisuutta (varoitus: Litiumakku voi vioittuessaan sytytä tuleen!)

Tomi Engdahl <[email protected]>

Takaisin hakemistoon