Ton´s NC2000

Aktuelle Info:

Ton´s Aktivitäten in Sachen Modellbau bewegen sich nach eigener Auskunft momentan irgendwo bei NN (Nahezu Null ;-))
Um Nachbauwilligen die notwendigen Unterlagen zur Verfügung zu stellen, hoste ich sie in Absprache mit Ton auf meiner Site.

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Von Ton´s Site konnte man sich die Unterlagen zum Nachbau seines Laders herunterladen. Ebenso das Tool PrintGL zum Betrachten und Ausdrucken seiner .hpg-Dateien. Mit ein bisschen kriminellem Spürsinn bekommt man nach wenigen Stunden spannenden Probierens heraus, wie man die Einstellungen in diesem Tool wählen muss, damit das Layout auch so auf dem Drucker ankommt, dass der Film hinterher seitenrichtig vorliegt ;-)) (Von einer Beschreibung sehe ich hier ab, denn ich müsste selbst wieder probieren... ist schon zu lange her).

Nachtrag
Die Seite von Ravitz (Autor von PrintGL) ist offline. Jeder ist also gefordert selbst mit Google auf die Jagd zu gehen. Mit "printgl.zip" als Suchparameter (ohne Anführungszeichen) stehen die Chancen gar nicht so schlecht, fündig zu werden ;-)

Der geneigte Nachbauer sollte sich auf jeden Fall intensiv mit der schön gemachten Beschreibung des Laders auseinandersetzen. Dort steht viel, was ich erst in mühsamer Kleinarbeit und mit vielen Mails an Ton (die er alle mit einer Engelsgeduld beantwortet hat :-) herausgefunden habe. Zu meiner Schande muss ich gestehen, dass ich seine Beschreibung zwar flüchtig überflogen habe, aber glaubte eine Abschrift der Applikationsunterlagen des Chipherstellers zu lesen. Erst sehr viel später habe ich kapiert, dass tatsächlich viel aus der Applikationsschrift stammt, dass aber der weitaus größere und wichtigere Teil von Ton gegenüber der Applikationsschrift abgeändert implementiert und dementsprechend beschrieben wurde.

Letztlich (also nach Füllen meiner Wissenslücken) habe ich den Lader dann relativ schnell ans werkeln bekommen.

Lediglich einige kleinere Änderungen habe ich einfließen lassen, die ich hier beschreiben möchte.

• Hinweis zu den Treibertransistoren in Ton´s Dokumentation:

In Ton´s Beschreibung zum NC 2000 steht, dass zwischen den Ausgängen der Operationsverstärker und den Basen der Endstufentransistoren jeweils ein Treibertransistor vom Typ BD233 bzw. BD234 eingebaut wird.

Ein Nachbauer (hallo Axel :-) hat festgestellt, dass die Ladeschaltung schwingt. Als Ursache stellten sich eben diese Treiberstufen heraus. Axel hat daraufhin einige Messungen getätigt die ergaben, dass die Operationsverstärker in allen Betriebssituationen (bis zu Strömen von 30A im Entladezweig, also 12A Ladestrom) in der Lage sind, die Basisströme für die Darlington-Transistoren zu liefern. Ton hat deshalb sowohl den Schaltplan als auch das Layout entsprechend abgeändert, aber die Dokumentation nicht nachgezogen.

Wenn jemand bereits die Platine nach der “alten” Vorlage geätzt hat, kann er die Änderung leicht nachziehen. Es fallen einige Bauteile (R70 und R71, Q9 und Q10) weg, und ganz wichtig, die Eingänge der Operationsverstärker U6A und U10A (jeweils Pins 2 und 3 am OpAmp) müssen vertauscht werden weil der invertierende Treibertransistor jetzt fehlt. Der Kondensator C13 geht nicht mehr an den Kreuzungspunkt zwischen R37 und R39 sondern direkt an +12V.

• Zur Kontrolle, was der Lader denn nun gerade macht, habe ich zwei LEDs eingebracht, die den Lade- bzw. Entladepuls anzeigen. Nicht unbedingt nötig, aber nett anzusehen, wenn man erkennt, wie z.B. der Ladepuls zu Beginn der Ladung langsam immer länger wird, um sich erst nach einigen Minuten mit dem Entladepuls abzuwechseln... :-)

Die beiden LEDs werden jeweils direkt von den Ausgängen Pin 1 und Pin 2 des ICS 1702 über einen gemeinsamen Widerstand von 510 Ω an Masse gelegt.

• Um Kurzschlüsse zwischen Masse und +5V beim Umschalten verschiedener Drehschalter (SW5B beim Ãœbergang von 2C nach 1C und umgekehrt, sowie SW5C bei  jedem Ãœbergang zwischen den einzelnen Ladestromstärken) zu vermeiden, habe ich in die Massezuleitung zu SW5 einen Serienwiderstand von 510 Ω gelegt.

Bei meiner ersten Eigenentwicklung mit dem ICS 1702 habe ich offenbar make-before-brake-Typen der Drehschalter erwischt. Der temporäre Kurzschluss beim Umschalten an sich konnte keinen Schaden anrichten, denn der 5 Volt-Stabilisator in der Schaltung ist Kurzschlussfest. Allerdings ist in diesem Fall die Versorgungsspannung des ICS 1702 gegen Null gegangen, während am Messeingang VIN noch die Batteriespannung anlag. CMOS-ICs gehen in solchen Fällen in den sogenannten Latch-Up-Zustand. Es fließt dann ein sehr hoher Strom durch das IC der sehr schnell zu dessen Zerstörung führt.

• Um den Lader per PC steuern zu können, habe ich Widerstände von zwei der vier Zustands-LEDs (MMN/Pin4 und CMN/Pin5) sowie den Reset-Pin/Pin11 des ICS 1702 an einen Stecker geführt. Ãœber den Parallelport eines PC kann ich dadurch entscheiden, ob der Entladeteil eines Entladen-Laden-Zyklus läuft, und ob der Ladeteil ggf. abgeschlossen ist um nach einer Pause einen Reset auszulösen. Dadurch ist ein Zyklen des angeschlossenen Akkus möglich. Ein (rudimentäres) Basicprogramm mit Anzeige der jeweils ent- bzw. geladenen mAh und den dafür benötigten Zeiten kann hier geladen werden.

Für Interessierte ohne Basic-Compiler hier die ausführbare Version vom 05.01.2001 (zur Sicherheit in einem ZIP-Archiv. Ihr wisst ja: erst auf Platte speichern, dann Virenchecken, dann verwenden ;-))

Achtung ! NEU !

Die beiden oben beschriebenen Widerstände sind im wirklichen Leben jeweils 1k. Da ich mit meinem neuen “Bastelrechner” immer wieder Probleme mit dem Anschluss an den Parallelport hatte (die Stati der LEDs flackern wild), habe ich mal wieder das Oszi angeworfen und nachgemessen, was an den Pins Richtung Parallelport wirklich rauskommt ... leider nichts, was der geneigte Digitaltechniker als TTL-Level bezeichnen würde :-(

Offenbar hatte die Parallelportkarte in meinem ersten Bastelrechner eine andere Beschaltung der Eingänge, denn da funktionierte alles prima. Der “neue” Parallelport bringt keine TTL-Hi-Pegel, wenn die Eingänge offen sind (also die LEDs vom ICS 1702 nicht angesteuert werden).

Als Abhilfe habe ich zusätzlich jeweils an die beiden Ausgangspins des Steckers einen Pull-Up mit 10k gegen P5V (siehe Bild) geschaltet. Jetzt kommen in jedem Fall gültige TTL-Level an den Pins zustande (und mein Zyklen-Programm läuft wieder wie eine Eins ;-))

• Der Takt des ICS 1702 wird mit einer RC-Beschaltung im IC selbst erzeugt. Mit der angegebenen Dimensionierung (R60 = 16k) ist der Takt zu langsam, die Zeiten würden zu groß werden. Ich musste R60 auf 13k2 abändern, damit der ICS 1702 mit 1MHz Takt lief. Der Takt sollte in jedem Fall nachgemessen werden, denn die Toleranz des 100pF-Kondensators als zeitbestimmendes Glied ist mit 5-10% recht groß.
• Den Spannungsregler U4 habe ich mit einem U-förmigen Kühlblech versehen (nicht unbedingt notwendig bei 12 V-Betrieb, ich wollte aber den Betrieb des Laders an einem vorhandenen 24V/10A Festspannungsnetzteil ermöglichen. In diesem Fall wäre die Verlustleistung in U4 mit über 2 W zu groß für ungekühlten Betrieb).
• Den Spannungsteiler aus R61 und R62 für OPREF habe ich durch einen 5k-Spindeltrimmer ersetzt um die Schaltschwelle für die Erkennung eines angeschlossenen Akkus einstellen zu können.
• Ein ganz eigenartiger Effekt trat bei meinen Drehschaltern auf... Ich musste SW3 und SW4 um 30° gedreht einbauen, damit Position 1 des Schalters mit dem Anschlag des Schalters übereinstimmte. Weder Ton noch ich können das erklären. Wir haben beide Schalter von LORLIN verwendet, die Bezeichnungen stimmen überein, alles sollte ganz normal sein....wie gesagt, keine Erklärung :-(

Beim Betrieb sind auch Probleme aufgetreten.

• Der mit dem NE555 aufgebauten Spannungs”erhöher” (Verdoppler wäre allzusehr übertrieben ;-) hat in meiner Schaltung von Anfang an nicht funktioniert. Mit R69 und D8 an 5 Volt hat er geschwungen, aber nur knapp über 5 Volt erzeugt, mit den beiden Bauteilen wie im Schaltbild gezeigt an 12 Volt gelegt war Ruhe im Karton (kein Schwingen der Schaltung). Erst durch Ersetzen des Spannungsteilers R69/R70 durch ein Poti ist es mir gelungen, auch bei vorschriftsmäßiger Beschaltung mit 12 Volt eine Spannungsüberhöhung von ca. 2,2 Volt zu erzeugen. Das Poti habe ich dann wieder durch Festwiderstände mit den ausgemessenen Werten (R69 hat jetzt 3k9, R70 hat 1k2) ersetzt.

Wie sich nach längerem Betrieb zeigte, ist diese Spannungsüberhöhung zu gering (Korrektur: das ist nicht das Problem. Siehe Nachtrag unten). Ton hat nach Rücksprache keine Probleme damit, aber mein Ladegerät verheizt angeschlossene Akkus, wenn das Produkt aus Ladestrom und C-Faktor den Wert 2 übersteigt . In diesem Fall wirkt sich das Schaltsignal CHG vom 1702 am Eingang von U10A/pin2 nicht mehr aus, weder die Taktung während des Ladevorgangs noch das Abschalten bei Ladeende funktioniert. Der Ladetransistor schickt dann immer den eingestellten Strom in den Akku. Möglicherweise ist in diesen Fällen die Eingangsspannung für den OPAmp zu wenig von VCC verschieden (der gute alte LM358 ist nicht rail-to-rail-fähig). Ich werde zuerst versuchen, die Spannungsüberhöhung zu vergrößern, wenn das nicht hilft, einen moderneren rail-to-rail-Typen einsetzen.

Nachtrag
Bei näherer Untersuchung dieses Problems stellte sich heraus, dass nicht der LM358 oder dessen Nicht-rail-to-rail-Fähigkeit Schuld war.

Der PullUp-Widerstand R35, in der Schaltung mit 15k angegeben, ist bei meinem Lader zu groß. Wenn CHG Low ist, wird Q3 gesperrt. Jetzt sollte R35 in der Lage sein Q4 durchzusteuern, damit U10A/pin2 über R37 auf GND gezogen wird um den Lade-Darlington zu sperren. Mit der im Schaltbild gezeigten Dimensionierung (R35 = 15k) kommt das Gate von Q4 aber nicht annähernd auf 5 V, sondern bleibt bei ca. 2,8 V hängen. In Folge steuert Q4 nicht durch und die Spannung an U10A/pin2 wird nicht weit genug abgesenkt um den Lade-Darlington zu sperren.

Nach Änderung von R35 von 15k auf 12k schaltet das CHG-Signal den Darlington wieder wie gewünscht.