Spannungsüberwachungsschaltungen: Praxisleitfaden mit LM339, LM324, LM3915

Spannungsüberwachung (Voltage Monitoring) ist essenziell für Batteriemanagement, Netzteile, Solaranlagen und Schutzschaltungen. Ein Spannungskomparator vergleicht eine Messspannung mit einer Referenz und schaltet einen Ausgang. Dieser Artikel zeigt vier praxisnahe Schaltungen mit gängigen ICs: LM339 (Batterie-Warnung), LM324 (4-Stufen-Anzeige), LM3915 (10-Stufen-Balkenanzeige) und Kfz-Batterie-Überwachung.

1. LM339 – Einfache Batterie-Überwachung (Unterspannungs-Alarm)

Der LM339 enthält 4 unabhängige Komparatoren (Open-Collector-Ausgänge). Hier nutzen wir einen als Unterspannungswächter für 6 V-Blei-Akku (z. B. 5-Zellen-NiMH oder 6 V-Bleiakku).

Bauteile

• LM339 (DIP-14)
• Z-Diode 1N5233 (6,2 V Referenz)
• Widerstände: 2× 1 kΩ, 1× 5 kΩ Poti
• LED (Rot) + Vorwiderstand 470 Ω
• Summer (Piezo, aktiv)
• 9 V Block (Test) oder zu überwachende 6 V Batterie

LM339 Batterie-Überwachungsschaltung

Funktionsweise

• Referenzspannung: Z-Diode an Pin 4 (invertierender Eingang) über R1 (1 kΩ) → ca. 6,2 V.
• Messspannung: Poti (5 kΩ) als Teiler an Pin 5 (nicht-invertierend). Einstellen so, dass bei gewünschter Abschaltschwelle (z. B. 5,5 V) Spannung an Pin 5 < Pin 4.
• Ausgang Pin 2 (Open Collector): Pull-up via LED+Summer zu VCC.
• V_Batt > Schwelle: Pin 5 > Pin 4 → Ausgang High-Z (LED/Summer AUS).
• V_Batt < Schwelle: Pin 5 < Pin 4 → Ausgang Low (GND) → LED + Summer AN.

2. LM324 – 4-Stufen LED-Spannungsanzeige (Punkte / Balken)

LM324 = 4 OP-Amps in einem Gehäuse, als Komparatoren genutzt (Single Supply fähig).

Bauteile

• LM324
• Z-Diode 3,3 V (Referenz)
• 4× LED (z. B. Weiß, Gelb, Orange, Rot)
• 4× 10 kΩ Presets (P1–P4) für Schwellen
• Widerstände für LED-Strombegrenzung
• Bias-Widerstand für Z-Diode (1 kΩ)

LM324 4-Stufen LED-Anzeige

Aufbau & Kalibrierung

1. Alle invertierenden Eingänge (Pins 2, 6, 9, 13) an Z-Diode-Referenz (ca. 3,3 V).
2. Nicht-invertierende Eingänge (Pins 3, 5, 10, 12) an Schieber der Presets P1–P4 (Teiler von V_Batt).
3. LED-Kathoden an Ausgänge (Pins 1, 7, 8, 14), Anoden über Vorwiderstand an VCC (Punkt-Modus) oder Kathoden alle an GND, Anoden an Ausgänge (Balken-Modus – nur mit zusätzlichen Transistoren/Puffern, da LM324-Ausgänge nicht stark genug für mehrere LEDs in Reihe).
4. Kalibrierung: Regellaborspannung auf niedrigsten Schwellenwert → P1 justieren bis LED1 leuchtet. Nächsten Wert → P2, usw. Presets verkleben.

3. LM3915 – 10-Stufen Logarithmische Anzeige (Balken / Punkt)

Der LM3915 ist ein spezialisierter Treiber für 10 LEDs mit logarithmischer Skalierung (3 dB/Stufe). Ideal für Batterie-Ladezustandsanzeige (0–100%).

Bauteile

• LM3915 (DIP-18)
• 10 LEDs (Balkenanzeige oder einzeln)
• Transistor (Emitterfolger, z. B. BD139) für LED-Stromversorgung
• Z-Diode 3,3 V (interne Referenz-Pufferung)
• Spannungsteiler: 10 kΩ + 10 kΩ Poti an Pin 5 (SIG)
• Widerstände für Referenzstrom (R_REF Pin 7–8)

LM3915 10-Stufen Regelschaltung

Funktionsweise

• Interne Referenz 1,25 V (Pin 7/8). Externer Teiler an Pin 5 (SIG) skaliert Eingangsspannung auf 0–1,25 V.
• Modus-Wahl Pin 9: Low = Punkt (nur 1 LED), High = Balken (alle LEDs bis Wert).
• Transistor als Emitterfolger puffert LED-Ströme, entlastet IC.
• Kalibrierung: V_in = Voll-Ladung (z. B. 12,6 V) → Poti so einstellen, dass LED10 gerade leuchtet. Dann entladen → LEDs erlöschen stufenweise.

4. Kfz-Batterie-Überwachung (12 V) mit LM324

Anpassung der Schaltung 2: Referenz 3,3 V (Z-Diode), Teiler an nicht-invertierenden Eingängen für 11,5 / 12,0 / 12,5 / 13,0 V (Beispiel). LEDs signalisieren: Tiefentladen, Laden nötig, OK, Laden aktiv. Summer bei kritischer Unterspannung (z. B. < 11 V).

Kfz-Batterie-Überwachung mit LM324

Fazit

Spannungsüberwachung lässt sich mit wenigen Bauteilen realisieren. Wahl des ICs nach Anforderung:

• LM339: Einfache Schwellenwert-Schaltung (An/Aus), niedrigster Strom, Open-Collector flexibel.
• LM324: Mehrere Schwellen, gleiche Referenz, kostengünstig.
• LM3915: Professionelle 10-Stufen-Anzeige (Balken/Punkt), logarithmisch, minimaler externer Aufwand.

Wählen Sie passend zu Genauigkeit, Anzeigeart und Strombudget. Für Fragen stehen wir bereit.