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Hallo zusammen!

Da mein Thread http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=15583 leider schon ziemlich weit nach hinten gerutscht ist, erlaube ich mir, hier kurz einen neuen zu eröffnen, um mich für die vielen Hilfen zu bedanken, die ich hier bekommen habe. Nach einigem Experimentieren ist das Gerät nun fertig und funktioniert einwandfrei. Daher wollte ich die Gelegenheit nutzen, den Schaltplan hier reinzustellen, denn vielleicht sucht ja jemand anderes genau soetwas oder hat Lust, das Ganze mal nachzubauen. Ist ja immer schade, wenn jemand ein Schaltungsproblem gelöst hat und dann niemand von der Lösung erfährt...

Um es vorweg zu nehmen: die Probleme mit der mangelhaften Temperaturstabilität konnten durch Verwendung von hochwertigen Metallfilm-Widerständen sowie dem Einsatz einer hochstabilen Spannungsreferenz (TL431) gelöst werden (danke an Jörg an dieser Stelle für den Tipp!!). Das Temperaturverhalten des OP LM358 ist anscheinend doch besser, als man annehmen würde, denn ihn musste ich nicht ersetzen. Ich habe die Schaltung bis -20°C getestet und festgestellt, dass die Schwankungen des Schmitt-Triggers im Millivolt-Bereich liegen. Mit einer winzigen Abschalt-Toleranz (5,40 Volt bei 20°C und 5,38 Volt bei -20°C) kann ich sehr gut leben.

Es handelt sich bei dem Gerät um einen Dämmerungsschalter für drei kleine Flackerlichter mit insg. 280mA, die sich abends automatisch einschalten und so Kerzen simulieren (die Flackerlicht-Schaltung ist nicht im Plan enthalten). Da das Ganze im Akkubetrieb läuft, war natürlich Stromsparen angesagt. Die Schaltung besteht insgesamt aus drei Komponenten, die über ein einfaches Oder-Gatter (D1 bis D3) die Treiber-Schaltstufe sperren (Signal LOW = Ausgang LOW): ein Dämmerungsschalter, eine Schaltuhr und ein Unterspannungs-Wächter.

Das Kernstück bildet die Treiberschaltstufe, die den Ausgang mit stabilen 4,00 Volt versorgt. Diese stabile Spannung ist nötig, damit die Flackerlichter in konstanter Helligkeit unabhängig von der Akkuspannung gleichmäßig leuchten. Um Strom zu sparen, habe ich mich nicht für einen handelsüblichen stromfressenden Spannungsregler entschieden, sondern für die diskrete Variante mit dem TL431. Diese Lösung bietet gleichzeitig den Vorteil, mit zwei zusätzlichen Transistoren aus dem Spannungsregler eine Schaltstufe zu realisieren, die extrem hochohmig angesteuert werden kann und im Ruhebetrieb fast keinen Strom verbraucht. Nur im eingeschalteten Zustand "zieht" die Schaltstufe ca. 7mA bei typ. 6,0V. Dieser Verbrauch hätte durch einen größeren R19 noch etwas reduziert werden können, aber dann hätte der TL431 nicht bis unter 5,0 Volt Eingangsspannung einwandfrei gearbeitet. Somit bildet die Schaltstufe fast schon einen Low-Drop-Spannungsregler mit Schalteingang, verbraucht aber nur die Hälfte eines echten Low-Drop-Reglers.

Der Regler ist als "Aus-Schaltung" konzipiert, d.h. er schaltet durch, solange an seinem Eingang über T5 kein LOW-Pegel anliegt. Somit kann über das Diodengatter eine simple Einschalt-Bedingung festgelegt werden: der Ausgang ist LOW, wenn entweder

- der Dämmerungsschalter LOW gibt (am Tage)
- die Akkuspannung unter 5,40 Volt fällt
- die Zeitschaltuhr die Dämmerungszeit unterbricht (z.B. von 2.00 Uhr bis 5.00 Uhr morgens)

Der Ruhestromverbrauch der gesamten Schaltung liegt bei jeder dieser Bedinungen bei ca. 1mA bei typ. 6,0V und bei ca. 7mA im Betrieb (ohne Last am Ausgang).

Der Unterspannungs-Wächter mit IC1 schaltet die Treiberschaltstufe bei Unterschreiten von 5,40V Akkuspannung ab, um eine Tiefentladung zu verhindern. Erst wenn der Akku auf mind. 5,80V aufgeladen wurde (z.B. über Solarzellen etc.), kann die Schaltstufe wieder durchschalten. Natürlich zieht der Ruhestrom von ca. 1mA den Akku weiter leer, aber bei einer Kapazität von 4Ah würde es dennoch Tage dauern, bis er wirklich Schaden nimmt. Bis dahin wird er wieder nachgeladen - spätestens am nächsten Tag, wenn die Sonne scheint. Die relativ geringe Hysterese von 0,4V ist dabei ein Kompromiss, der im seltenen Fall einer Entladung die Anlage bereits wieder einschaltet, bevor der Akku ganz voll geladen ist.

Der Dämmerungsschalter hat einen weiten Helligkeitsbereich von ca. 1000 Lux (30 Min. nach Sonnenuntergang) bis fast 0 Lux. Leider kann ich zum verwendeten Fototransistor keine Angaben machen, da ich ihn in meiner Bastelkiste herumfliegen hatte. Nachbauer müssen also u.U. mit den Spannungsteilern etwas experimentieren, um das gewünschte Schaltverhalten zu bekommen.

Bei der Schaltuhr handelt es sich um eine handelsübliche Steckdosen-Schaltuhr, die ich einfach ausgesägt und ins Gehäuse gefräst habe. Hier wird der bei diesen Uhren meist übliche LOW-Pegel dazu genutzt, die Einschaltzeit der Anlage während der Nacht zu reduzieren, damit diese nicht die ganze Nacht hindurch läuft.

Vielen Dank nochmal für die nette Hilfe hier!

LG,
supanova

» Ist ja
» immer schade, wenn jemand ein Schaltungsproblem gelöst hat und dann
» niemand von der Lösung erfährt...

Das sehe ich auch so, und deshalb finde ich es schön, das Du da eine löbliche Ausnahme bist.

» Um es vorweg zu nehmen: die Probleme mit der mangelhaften
» Temperaturstabilität konnten durch Verwendung von hochwertigen
» Metallfilm-Widerständen sowie dem Einsatz einer hochstabilen
» Spannungsreferenz (TL431) gelöst werden

Schön, das hatte ich eigentlich auch so erwartet.
Du hättest Dir allerdings den TL431 an dieser
Stelle sparen können, und dafür den zweiten in der
Stab. Schaltung anzapfen können. Dafür müssten dann
nur, wegen der anderen Spannung, die Widerstände
R3 + R4 anders dimensioniert werden.

» Das Temperaturverhalten des OP LM358 ist anscheinend doch
» besser, als man annehmen würde, denn ihn musste ich nicht ersetzen. Ich
» habe die Schaltung bis -20°C getestet und festgestellt, dass die
» Schwankungen des Schmitt-Triggers im Millivolt-Bereich liegen.

Nun den Hauptanteil bringen natürlich die stabilisierte
Spannung und die Widerstände. Der kleine, noch vorhandene
Rest entsteht dann möglicherweise durch die Drift der
Offsetspannung des OPVs.

» Es handelt sich bei dem Gerät um einen Dämmerungsschalter für drei kleine
» Flackerlichter mit insg. 280mA, die sich abends automatisch einschalten
» und so Kerzen simulieren (die Flackerlicht-Schaltung ist nicht im Plan
» enthalten).

Schade, die hätte mich auch mal interessiert...


» Um Strom zu sparen, habe ich mich nicht für einen
» handelsüblichen stromfressenden Spannungsregler entschieden, sondern für
» die diskrete Variante mit dem TL431. Diese Lösung bietet gleichzeitig den
» Vorteil, mit zwei zusätzlichen Transistoren aus dem Spannungsregler eine
» Schaltstufe zu realisieren, die extrem hochohmig angesteuert werden kann
» und im Ruhebetrieb fast keinen Strom verbraucht.

Interessante Lösung...


» - die Zeitschaltuhr die Dämmerungszeit unterbricht (z.B. von 2.00 Uhr bis
» 5.00 Uhr morgens)

Du gehörst anscheinend nicht mehr zu der Generation,
die die Nächte durchfeiert...

» Der Ruhestromverbrauch der gesamten Schaltung liegt bei jeder dieser
» Bedinungen bei ca. 1mA bei typ. 6,0V und bei ca. 7mA im Betrieb (ohne Last
» am Ausgang).

Das reicht für diese Anwedung sicherlich aus.

» Der Unterspannungs-Wächter mit IC1 schaltet die Treiberschaltstufe bei
» Unterschreiten von 5,40V Akkuspannung ab, um eine Tiefentladung zu
» verhindern. Erst wenn der Akku auf mind. 5,80V aufgeladen wurde (z.B. über
» Solarzellen etc.), kann die Schaltstufe wieder durchschalten.

6 Zellen ? Dann ist die Abschaltspannung i.O.
Die Wiedereinschaltspannung würde ich aber eher
bei 6...7,2 V ansiedeln, notfalls ergänzt durch
eine Handeinschaltung per Druckknopf.

» Der Dämmerungsschalter hat einen weiten Helligkeitsbereich von ca. 1000
» Lux (30 Min. nach Sonnenuntergang) bis fast 0 Lux. Leider kann ich zum
» verwendeten Fototransistor keine Angaben machen, da ich ihn in meiner
» Bastelkiste herumfliegen hatte. Nachbauer müssen also u.U. mit den
» Spannungsteilern etwas experimentieren, um das gewünschte Schaltverhalten
» zu bekommen.

Darum kommt man sowieso nicht herum, da der mechanische
Einbau sicherlich auch eine Rolle spielt.



Wozu dient der kleine Eimer? Zum Auffangen des
Spannungsabfalls?

Gruss
Harald

T4 ist ein PNP. Du hast ihn als NPN gezeichnet.

Es gibt mit mir schon den zweiten der sich fuer die Flackerlichtschaltung interessiert...

Gruss
Thomas

Hallo Harald!

» Das sehe ich auch so, und deshalb finde ich es schön, das Du da eine
» löbliche Ausnahme bist.
»
Naja, wir wollen doch alle was lernen, und ich ärger mich auch immer, wenn sich jemand hilfesuchend an das Forum wendet, sein Problem dann irgendwie löst, und niemand bekommt die Lösung zu Gesicht...

» Schön, das hatte ich eigentlich auch so erwartet.
» Du hättest Dir allerdings den TL431 an dieser
» Stelle sparen können, und dafür den zweiten in der
» Stab. Schaltung anzapfen können.

Hmmm, das stimmt, aber dann hätte ich die Treiberschaltstufe anders konzipieren müssen, denn T2 wird ja aus Stromspargründen nur zusammen mit dem Ausgang aktiv. T4 wäre dann zwischen Basis von T6 und Ausgang von T2 gekommen, aber ich weiß nicht, wie das die Spannungsstabilität des Ausgangs bei unterschiedlichen Temperaturen beeinflusst hätte. Den Spannungsabfall von T4 hätte ich dann über Vref = 4,60V ausgleichen müssen. Diese Referenzspannung wäre für den Unterspannungs-Schmitt-Trigger in IC1 aber nicht mehr geeignet, denn T2 hätte mir die 4,60V nur bis zu einer Mindestspannung von ungefähr 5,80V geliefert, darunter wäre die Referenzspannung "eingebrochen". Die Schaltung soll aber bis mind. 5,40V arbeiten. Das wäre alles zu knapp geworden.

Lediglich an der Schaltstufen-Konzeption hätte ich vielleicht noch etwas "feilen" können, um den Eigenstromverbrauch von 7mA etwas zu reduzieren (immerhin braucht TL431 laut Datenblatt nur mind. 1mA, um sicher zu arbeiten). Mit einem größeren R19 arbeitete die Schaltstufe aber nicht mehr herunter bis 5,40V mit sauberer Ausgangsspannung (und das, obwohl der exotische SD880 von vielen getesteten Typen das beste "Low-Drop"-Ergebnis brachte). Trotzdem sind 7mA Eigenstromverbrauch bei durchgeschaltetem Ausgang immer noch weniger als die meisten Low-Drop-Regler "ziehen". Ein Kompromiss also...

» » (die Flackerlicht-Schaltung ist nicht im Plan
» » enthalten).
»
» Schade, die hätte mich auch mal interessiert...

Den Schaltplan für die Flackerlichter wollte ich natürlich auch online stellen, das war mein Plan. Aber ich bin so ein Schussel und habe die Schaltplanskizze wohl versehentlich in die Tonne gekloppt, bevor ich sie auf den Rechner gezogen hatte. Aber das hole ich noch nach, versprochen. Muss ich halt mal den umgekehrten Weg gehen und den Schaltplan von der Platine ziehen.

» Du gehörst anscheinend nicht mehr zu der Generation,
» die die Nächte durchfeiert...

Doch, eigentlich schon... Aber man muss ja Strom sparen!! Bei ca. 90mA pro Licht will man sich ja nicht sinnlos den Akku leer saugen... Und die staunenden Nachbarn gehören nachts auch ins Bett.

» 6 Zellen ? Dann ist die Abschaltspannung i.O.
» Die Wiedereinschaltspannung würde ich aber eher
» bei 6...7,2 V ansiedeln, notfalls ergänzt durch
» eine Handeinschaltung per Druckknopf.

Nee, 6,0V-Bleigel mit 3 Zellen. Ich hab die Wiedereinschaltschwelle bewusst so niedrig gewählt, weil ich da einen Kompromiss gehen möchte. Noch hab ich die Anlage nicht an einer Solarzelle (sondern an einem kleinen Trafo), das Projekt steht noch aus. "Problem" ist der relativ hohe Stromverbrauch von ca. 300mA im Betrieb. Der Akku hat 4Ah, die bei diesem Verbrauch wohl recht realistisch sein dürften. Im Winter hätte die Anlage naturgemäß wohl die längste Betriebszeit von ca. 10 Stunden/Tag, was 3A Gesamtverbrauch bedeutet. Der Akku wäre also dann zu 3/4 entladen und müsste von einer (guten) Solarzelle tags darauf mit 3A wieder voll geladen werden. Die Solarzelle müsste also entsprechend stark dimensioniert sein - ein teurer Spass... Die Einschaltschwelle von nur 5,80V ist ein Kompromiss, der sicherstellen soll, dass die Anlage bei schlechten Lichtverhältnissen im Winter wenigstens ein paar Stunden läuft, wenn der Akku nicht voll geladen werden konnte (Bleigel-Akkus sind da ja recht anspruchslos). Mittlerweile bin ich aber am zweifeln, ob ich die Solarzelle noch in die Anlage integriere, denn bei gemessenem Verbrauch von 4W (rechnerisch sogar nur 1,8W ohne Trafo) kämen die Stromkosten bei großzügig angenommenen 8 Stunden täglicher Betriebszeit im gewogenen jährlichen Mittel auf nicht mal 1,90 EUR Stromkosten im Jahr. Eine entsprechend leistungsfähige Solarzelle mit mind. 30Wp ist kaum unter 80 EUR zu bekommen. Die Anlage würde sich also erst nach einigen Jahrzehnten amortisieren...

Bei der Konzeption der Schaltung hatte ich mir darüber allerdings noch nicht so die Gedanken gemacht. Sollte ich sie am Trafo lassen, wäre die Unterspannungsabschaltung natürlich überflüssig gewesen. Wer schenkt mir also jetzt eine Solarzelle??

» Wozu dient der kleine Eimer? Zum Auffangen des
» Spannungsabfalls?
»
» Gruss
» Harald

*gröööööööööööööhl*!!!!!


Dann hätte der auch kleiner ausfallen können! Da soll noch irgendwas "Blumiges" rein - aber ich finde nix...

LG,
supanova

Hallo Thomas!

» T4 ist ein PNP. Du hast ihn als NPN gezeichnet.

Oooops, Fehlerteufelchen! Gut, dass du so aufmerksam bist! Hab' ich sofort korrigiert!!! Danke!

» Es gibt mit mir schon den zweiten der sich fuer die Flackerlichtschaltung
» interessiert...

Wegen der regen Nachfrage werd' ich es nachholen, siehe meine Antwort an Harald. Geduld!

LG,
supanova

» » Es gibt mit mir schon den zweiten der sich fuer die
» Flackerlichtschaltung
» » interessiert...
»
» Wegen der regen Nachfrage werd' ich es nachholen, siehe meine Antwort
» an Harald. Geduld!

Oh Supanova, wenn Du wuesstest, ich bin die Geduld in Person.

Aber eine Bitte haette ich, wenn Du die Schaltung auf das Posting des Harald postest, bekommt nur er eine Ankuendigungsmail. Koenntest Du mir separat eine kurze Mail senden?

Uebrigens, ich glaub ich weiss jetzt, was der Unterschied zwischen Supanova und Supernovae ist. Eine Supanova ist "eine neue Suppe" und eine Supernovae ist, wie jeder weiss, ein explodierender Stern, dessen Masse drastisch groesser als die der Sonne ist.

Neue Suppe:


Eine gewesene Supernovae:


Gruss
Thomas

Södele, hier nun der versprochene Schaltplan für das Flackerlicht.

Die Schaltung ist eigentlich so einfach wie genial, sie nutzt eigentlich nur "Schaltresonanzen" des Binärzählers HC4060, um die Lade-/Entladespannung des Elkos zu steuern. Man kann mit den Werten wie auch den Ausgängen natürlich schön herumexperimentieren (was ich auch zur Genüge getan habe! *g*), zumindest in meinem Fall hat sich die folgende Kombination jedoch als die realistischste Nachbildung einer ruhig vor sich hin brennenden Kerzenflamme erwiesen.

Nachteil der einfachen Schaltung ist natürlich, dass sie extrem bauteilabhängig ist und wegen der simplen Ansteuerung des Transistors mit einer stabilen Eingangsspannung arbeiten muss. Beim Einsatz anderer/stärkerer Lampen muss die Beschaltung daher entsprechend modifiziert werden. Diesen Nachteil haben "moderne" Flackerschaltungen mit µPC's nicht - dafür sind sie auch ein bisschen aufwändiger.

Wer die Möglichkeit hat, mit SMD-Bauteilen zu basteln, könnte diese Schaltung u.U. noch weiter miniaturisieren und so sogar ein "Teelicht" damit betreiben. Diese Dinger gibts allerdings schon für ein paar Euro zu kaufen, und die darin eingesetzten stromsparenden LED's wirken auch sehr realistisch, wie ich schon mal gesehen habe. Allerdings waren LED's für meine Zwecke viel zu dunkel. Da ist ein Lämpchen viel romantischer.

Noch ein Hinweis: aus mir nicht bekannten Gründen läuft die Schaltung nur mit dem HC4060, das CD-Äquivalent will irgendwie nicht. Ich vermute, dass das an der Beschaltung des Oszillators liegt, der bei der CD-Version mit der geringen Betriebsspannung von 4V nicht zu schwingen beginnt. Die HC's sind da ja genügsamer...

LG,
supanova

» Uebrigens, ich glaub ich weiss jetzt, was der Unterschied zwischen
» Supanova und Supernovae ist. Eine Supanova ist "eine neue Suppe" und eine
» Supernovae ist, wie jeder weiss, ein explodierender Stern, dessen Masse
» drastisch groesser als die der Sonne ist.

DAS ist ja der Hit! Da sieht man mal wieder, dass man gut recherchieren sollte, bevor man sich irgendwelche Nicks zulegt... Nu' bin ich 'ne neue Tütensuppe...ganz toll!

» Aber eine Bitte haette ich, wenn Du die Schaltung auf das Posting des
» Harald postest, bekommt nur er eine Ankuendigungsmail. Koenntest Du mir
» separat eine kurze Mail senden?

Schaltplan ist online, müsstest du aber bereits gesehen haben, da ich auf mein Posting geantwortet habe. Ansonsten bekommst du ja durch diese Antwort eine Benachrichtigung.

LG,
die neue Tütensuppe