Die Versorgung der Uhr erfolgt erwartungsgemäß mit
Kondensatornetzteil
und Akkustütze.
Dabei ist der Anschluss des Akkus geschickterweise so realisiert,
dass sein Tod (Kurzschluss oder Unterbrechung)
nicht zum Tod des gesamten Konsumgutes führt.
Clever.
Sonst würde man die Uhr direkt am Akku betreiben
und diesen mit dem Widerstand nachladen.
Da NiMH-Akkus überladefest sind, wirken sie automatisch
spannungsbegrenzend wie Z-Dioden.
Nur eben nicht im Defektfall.
Geänderte Schaltung
Statt des Relais wurde eine Reihenschaltung aus
Vorwiderstand, blauer Leuchtdiode und LED eines Opto-Triacs
eingebaut.
Zur Anzeige des Aus-Zustandes leuchtet eine weitere blaue LED,
mit der Katode an die ohnehin vorhandene 3,9-V-Z-Diode.
Die LEDs sorgen auch ohne die 12-V-Z-Diode dafür,
dass die Vorspannung ins Unermessliche steigt.
Im Muster wurden 6 V (ein) bzw. 8 V (aus) gemessen.
Der Opto-Triac steuert direkt die Wicklung des Umschaltrelais.
Defekt:
Die Leistung des Kondensatornetzteils war zunächst
nicht ausreichend genug, um den Strom zum Zünden
des Opto-Triacs zu liefern.
Schließlich wurde der Kondensator selbst als defekt ausgemessen,
dieser hatte nur noch 50 nF statt der angegebenen 220 nF.
Zur Hand waren gerade 330 nF im gleichen Gehäuse;
damit sind die blauen LEDs schon blendend hell.
Verringerung der Stromaufnahme
Die folgenden Maßnahmen verringern die Stromaufnahme einer
elektronischen Zeitschaltuhr von etwa 1 W auf weniger als 0,1 W!
Zumindest solange Relais ausgeschaltet.
Weitere vorteilhafte Ergänzung ist eine grüne oder beliebige LED
für AUS
und eine rote oder beliebige LED für EIN.
Jeweils eine wird vom Haltestrom des Relais bestromt,
altmodische Zweifarb-LEDs mit gemeinsamer Katode wie VQA60 kommen hier gut weg.
Der Entwurf kommt hier ohne Depletion-Mode-MOSFET aus, die Zweifarb-LED D1 lässt das nicht zu.
Für die Uhr selbst wird eine verschwindend geringe Stromaufnahme
im 100-µA-Bereich vorausgesetzt, sowie eine Akku- oder
Superkondensator-Stütze.
Für das Relais vorzugsweise eins mit 24, 48 oder gar 60 V einsetzen
Haltestrom (nicht: Anzugstrom) messen und Kondensator danach dimensionieren.
Typische Werte sind 330 nF für 12-V-Relais, 220 nF für 24-V-Relais, 100 nF für 60-V-Relais.
Relaiswicklung in Reihe mit der Uhr sowie dem NiCd/NiMH-Akku:
Am „unteren Ende“ (= Masse der Uhr) Relaiswicklung, Kleinst-Thyristor T3 und rote LED zur negativen Versorgung
Von der Uhren-Masse zum Gate des Thyristors eine Z-Diode D3
mit Durchbruchspannung von ca. 3/2 der Relaisspannung
Eine Freilaufdiode ist nicht erforderlich.
Von der Uhren-Masse npn-Transistor und grüne LED.
Dieser Schaltungsteil überbrückt das Relais und senkt(!) die Leistungsaufnahme der Gesamtschaltung.
Bei ausgemessener Stromverstärkung von T2 und geeigneter Dimensionierung von R3
wird der LED-Strom allein durch die Stromverstärkung von T2 begrenzt.
Basisspeisung mit pnp-Transistor und Emitterwiderstand = Konstantstromquelle.
Dadurch L = aus und H = ein, wie üblich.
Anschaltung des Transistors T1so unter Zuhilfenahme von D5,
dass bei fehlender Speisung der Akku nicht vom Basisstrom leergesaugt wird!
Kein Basiswiderstand.
Ladebegrenzung für Akku durch Parallelwiderstand R4,
senkt Ladestrom auf zulässigen Dauergrenzwert herab.
Ohne nähere Angabe geht man von 1/10 (in A) der Nennkapazität
in Ah aus.
Die Zweifarb-LED leuchtet deutlich hell grün
wenn Netzspeisung vorliegt und rot wenn das Relais angezogen ist.
Kurzzeitig leuchtet keine der LEDs wenn sich der Elko C1 zum Bereitstellen des Anzugstroms lädt.
Anwendung in
Zeitschaltuhr für Hutschiene für Zisternenpumpe in Struppen;
dort ohne die grüne LED. Die Uhrenschaltung wird da von einem 1,2-V-Akku versorgt.
Wie man am Schaltplan sieht sind die Bauelementewerte noch weiter optimiert:
Der (auch für Chinesen kostentreibende) Kondensator C2
ist auf 100 nF für 7 mA Relais-Haltestrom reduziert.
Für die nächstkleinere Baugröße von 47 nF wird ein (teureres) 48-V-Relais benötigt.
Sieht man auf beiden Seiten der Netzspannung so kleine Kondensatoren vor,
wird die Schaltung so langsam berühr-ungefährlich.
Krabbeln tut's aber trotzdem noch heftig, und
Fehlerstromschalter
lösen auch weit unter 20 mA aus.
Der Elko C1 ist auf ausreichenden Energiegehalt bei reduzierter Ladezeit
erprobt.
Dazu wird der Versuchselko auf, ich sag mal, 30 V geladen
und so geladen an das Relais gehalten.
Zieht es kurz an ist die Energie ausreichend.
22 µF waren bei mir zu wenig.
Die LED wurde so belassen, dass weniger auf der Platine zu ändern ist.
Die Z-Diode D6 kann allein über den Thyristor T3 gesetzt werden,
da eine nicht durchflossene Relaisspule auch keinen Spannungsabfall produziert.
Für eine (grüne) Betriebsanzeige ist kein Platz.
Am Oszillogramm lassen sich Lade- und Entladezeiten
und damit Ansprech- und Abfallzeiten des Relais ablesen:
Beim Ausschalten von T1 und T2 lädt sich der Elko 420 ms lang
bis zur Zündspannung der
Triggerdiode
aus D6 und T3.
Das kleine Plateau bei 28 V hat als Ursache die Reihenschaltung
zweier Labornetzteile als Gleichstromquelle zur Speisung.
Am Netz würde man die 100-Hz-Stromstöße sehen.
Der Entladestrom ist viel größer als 7 mA, τ liegt bei 80 ms,
entspricht 28 mA, also dem Vierfachen im Maximum.
Der Spulenstrom (nicht zu sehen) hat einen
Verlauf zweiter Ordnung im
Kriechfall.
Den langsamen Anstieg kann man dennoch
an der feinen Abflachung der Nadel erkennen.
Das Relais zieht an, während sich der am Widerstand des Relaiswicklung
resultierende Spannungsabfall von etwa 10 V einstellt,
dazu die Spannung für die Uhr.
Beim Einschalten von T1 und T2
wird das Relais mit τ ≈ 40 ms überbrückt, und es fällt zügig ab.
Die Zeitkonstante entspricht 12 mA, der permanente Ladestrom von 7 mA kommt noch dazu.
Siehe auch:
Einschaltdauer-Begrenzer
verwenden dasselbe Prinzip der leistungsarmen Relais-Ansteuerung — oder sollten es.
