Spannungswandler

Spannungswandler werden genutzt, um aus einer vorhandenen niedrigen Versorgungsgleichspannung eine höhere benötigte zu erzeugen.

Stationäre Geräte bestehen aus einem Wechselrichter, der die Gleichspannung in eine sinus- oder rechteckförmige Wechselspannung zerhackt.

  • Die ältesten Wechselrichter sind magnetisch geregelt (Wirkungsgrad ca. 70%)
  • gefolgt von thyristorgeregelten (Wirkungsgrad ca. 90%)
  • den neuesten getakteten (Wirkungsgrad ca. 95%)
Die so erzeugte Wechselspannung wird einem Transformator (Wirkungsgrad ca. 98%) zugeführt. Mit stationären Anlagen können größere Leistungen umgesetzt werden.

Allerdings sind nur die kleinsten Transformatoren bezahlbar, leicht und klein genug für einen mobilen Einsatz und werden deshalb meist durch eine von 3Spannungsvervielfältigungsschaltungen, benannt nach deren Erfindern Delon, Villard oder Feldmann ersetzt. Alle Schaltungen verwenden Dioden und Kondensatoren, um die Eingangsspannung pro Stufe nahezu zu verdoppeln und unterscheiden sich lediglich im Bauteilaufwand, mit dem nur eine oder beide Halbwellen ausgenutzt werden. Die Wirkungsgrade hängen außerdem hauptsächlich von der Bauteilqualität ab und sind eher mäßig zu bewerten (ca. 30-60%). Je mehr die Spannung hochgesetzt werden muss, desto mehr hintereinander gereihte Stufen werden benötigt und desto schlechter wird auch der Wirkungsgrad. Deshalb sollte möglichst vermieden werden, zuerst auf Netzspannung hochzuwandeln und dann wieder herunter zu transformieren.

Die beste Entscheidung wäre allerdings, auf Spannungswandler ganz zu verzichten.

Auch zur Laptopnachladung sollten Netzspannungswandler von 12 auf 230V vermieden werden, da diese oft einen erbärmlich miserablen Wirkungsgrad haben, der sich mit dem Wirkungsgrad des serienmäßigen Netzteils multipliziert.

Direktspannungswandler

Direktspannungswandler führen die Wechselrichterspannung einer Kette von wenigen Wandlerstufen zu und wären damit eigentlich die bessere Wahl. Ein Stufenschalter greift die ausreichende Spannung zwischen den Stufen ab, richtet diese wieder gleich und führt diverse umschaltbare Kleinspannungen an verschiedenen Adaptersteckern dem Ausgang zu. Die Verluste übermäßig vieler Stufen sowie die des Seriennetzteils werden vermieden. Meist liegt jedoch die Maximalbelastbarkeit knapp unter dem Strombedarf, so dass die Entladung des Laptopakkus bei Betrieb weder verhindert, noch zeitverzögert werden kann. Auch eine mobile Aufladung während Betriebspausen bei abgeschaltetem PC ist erst möglich, wenn man eine Bordsteckdose ohne Zündungsabschaltung installiert hat. Dann ist die Ladezeit jedoch enorm lang, so dass das ebenfalls oft nichts bringt.

Laptopakku-Übergrößen

Laptopakkuübergrößen, die man via freier Internethändler von Fremdherstellern für bemerkenswert kleines Geld haben kann. Dieser wird zu Hause und/oder im Büro halbwegs billig geladen und reicht bei entsprechenden Energiespareinstellungen im Laptop für 2 bis 5Stunden pro Akku. Mit mehreren Akkus kann am billigsten der ganze Tag überbrückt werden. Bitte beachten Sie aber, dass jeder Akku schon ab Herstellung Kapazität verliert. Kaufen Sie Akkus grundsätzlich nicht im Vorrat, sondern nur so viele, wie Sie aktuell auch brauchen. Von Vorteil wäre auch, wenn die gleichen Akkus in mehreren kompatiblen Geräten genutzt werden können.

Sind Sie Elektroniker, können Sie mit relativ überschaubarem Aufwand auf Spannungswandler auch ganz verzichten. Eine zweite herumliegende oder für überschaubares Geld akquirierbare kleine Autobatterie passt in Tiefe und Höhe genau in ein altes Beautyhardcase von Samsonite. Sie wird auf dieser „Schiene“ mittig im Schwerpunkt platziert und lediglich gegen axiales Verrutschen fixiert. Auf der rechten Seite verstrebt die Elektronik. Auf der linken Seite bildet eine Ausfachung die restliche Distanzverstrebung. Das Hardcase wird im Kofferraum ebenfalls zweckmäßig gegen Verrutschen verstrebt und über einen Gasungsschlauch durch den Reserveradboden nach außen verbunden. In den Kofferraum werden daneben 2Bordsteckdosen installiert. Die vordere wird erst über das Zündschloss aktiviert. Die hintere wird über Dauerspannung mit später Energiemanagementabschaltung oder besser über einen separaten Sicherungshalter direkt von der Batterie versorgt und über 2verschiedenfarbige Anschlussleitungen ins Hardcase geführt. An der Leitung vom Zündschloss wird nur die Erregerwicklung eines Umschaltrelais angeschlossen. Dessen Kontaktsatz schaltet im abgefallenen Zustand die Casebatterie in Reihe zum direkten Pluspol der Fahrzeugbatterie und stellt damit bei abgestelltem Fahrzeug 24Volt gegen Masse bereit. Diese kann durch einen kalibriert schalt- und regelbaren Spannungsregler auch auf Zwischenwerte stabilisiert werden. Im Angezogenen Zustand schaltet das Relais die Casebatterie parallel zur Fahrzeugbatterie. Ein dazwischen liegendes Array aus für die Absicherung ausreichend vielen parallel geschalteten Rückstromdioden unterbindet Rückladungen aus der Casebatterie in die Fahrzeugbatterie. Aufgrund der besseren Sperreigenschaften werden Siliziumdioden am häufigsten hergestellt, sind damit am billigsten und besten geeignet und haben eine Diffusionsspannung von ca.0,7Volt (z.B.1N400X mit je 1A). Solange nur die Zündung eingeschaltet ist, ist die Ladespannung aus der Fahrzeugbatterie am kleinsten und reicht je nach Ladezuständen für Rückstromdioden und Umladung nicht aus. Wird der Motor gestartet, erhöht sich die Ladespannung bei Standgas etwas. Wird losgefahren, erhöht sich diese weiter. Irgendwann ist dabei die Ladespannung groß genug für die sanft beginnende Umladung. Je höher die Motordrehzahl, je niedriger der Widerstand des Lichtmaschinenreglers durch Vorgabe des Energiemanagements, je voller die Fahrzeugbatterie, und je leerer die Casebatterie, desto größer die Spannungsdifferenz zwischen Fahrzeug- und Casebatterie und damit desto höher der Umladestrom. Der Ladestrom aus der Lichtmaschine würde sich bei gleich großen Batterien hälftig aufteilen, wenn die Fahrzeugbatterie vorher um die Diffusionsspannung (0,7V) mehr als die Casebatterie aufgeladen wäre. Da die Fahrzeugbatterie jedoch viel mehr Kapazität hat, erhält diese auch einen noch höheren Ladestromanteil. Die Rückstromdioden geben somit auch ein sinnvolles Ladestromverhältnis vor, erhöhen die Belastung des Lichtmaschinenreglers nur moderat und machen Ladestrombegrenzungswiderstände mit weiteren Verlusten überflüssig. Je voller die Casebatterie, desto mehr sinkt der Ladestrom bis auf Erhaltungswerte ab, so dass auch Überladungen zuverlässig verhindert werden. Da die Ladung auf beide Batterien verteilt wird, gewinnt das Energiemanagement dabei leider fehlerhaft überhöhte Daten für den Ladezustand der Fahrzeugbatterie. Die Ladung wird jedoch trotzdem so lange fortgesetzt, bis eine volle Fahrzeugbatterie erkannt wird. Das Case kann auch abgenabelt werden, um dessen Batterie mit einem Ladegerät aus einer Netzsteckdose kostengünstiger auf- oder vorzuladen. Insbesondere wenn Sie auch Modellbauer sind, können Sie große Akkus zusammen mit dem Fahrzeug aus bis zu 24V oder kleine Akkus abseits vom Fahrzeug mobil aus bis zu 12V der Casebatterie laden. Erst wenn beides nicht möglich ist, müssen Sie auf verlustreiche Spannungswandler zurückgreifen.

VORSICHT
Zwischen Autobatterie und Verbrauchern wie Bordsteckdosen befinden sich bei allen Fahrzeugen mindestens Sicherungen und ggf. Zündschloss oder Schalter. Jüngere Fahrzeuge sind mit einem Energiemanagement ausgestattet, das Verbraucher bei Bedarf in vom Hersteller priorisierten Gruppen abschaltet, um Batterieladung für wichtigere Verbraucher wie z. B. das Motorsteuergerät zu reservieren. In den Verbraucheranschlüssen befinden sich hierzu dann auch Sensoren zur Messung des verbrauchten Stroms oder bei konstanter Höhe der Betriebsdauer. Sowohl die Abschalt-, als auch die Messbaugruppe sind ausgesprochen empfindlich gegen Rückspannung aus angeschlossenen Verbrauchern und würden dabei sofort zerstört. Zur Instandsetzung wären teure Spezialmodule und Dienste einer autorisierten Vertragswerkstatt erforderlich. Bei Verbrauchern mit integrierten Akkus ist somit generell entsprechende Vorsicht und Absicherung geboten. Am sichersten wäre eine Bordsteckdose, die nicht über den serienmäßigen Sicherungskasten, sondern über eine separate Sicherung direkt von der Batterie gespeist wird. Zur Vermeidung einzuziehender Zusatzpipelines wäre hierfür eine Heckbatterie in Steckdosennähe sehr von Vorteil. Wenn Sie kein Elektroniker sind, lassen Sie besser die Finger davon.

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