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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Umschalter zwischen Netz und Akku


Autor: Paul H. (powl)
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Hi!

Nachdem das Problem mit den Spannungsschwankungen am ADC beim Laden nun 
beseitigt wurden gibt es ein Problem mit der Umschaltung zwischen Netz 
und Akku.

Der "Elektronische Schalter" besteht aus zwei antiseriell geschalteten 
P-Kanal Mosfets. Diese haben die Aufgabe die Akkus von der Schaltung 
abzukoppeln sobald Strom vom Netz kommt und umgekehrt wieder anzukoppeln 
sobald die Netzspannung wieder weg ist.

Nun ergeben sich folgende Effekte:

Wenn ich vom Akku betrieb aus das Steckernetzteil reinstecke startet 
sich irgendwie der µC neu. Scheinbar sperren die MosFETs schon während 
der µC auf anderem Weg noch gar keine Spannung bekommt. Ebenso beim 
herausziehen des Netzteils wobei es hier sogar passieren kann, dass 
garnix mehr geht und einfach alles komplett abstürzt. Die 
Siebkondensatoren werden hier wohl auch eine Rolle Spielen.

Dem ganzen konnte ich etwas entgegenwirken indem ich die Gates der 
MosFETs nicht direkt ans Netzteil sondern an den Ausgang des LM 
anschließe. Nun stürzt der µC zumindest mal nicht mehr ab, was ja 
schonmal sehr schön ist. Allerdings bleibt das LED-Display, das ich über 
I²C angeschlossen habe, dann regelmäßig hängen. Auch werden die LEDs 
beim rausziehen des Netzteils kurz dunkel was auf einen 
Spannungseinbruch zurückzuführen ist. Auch ein 470µF Elko parallel zur 
µC Versorgungsspannung löste das Problem nicht.

Ich brauche wohl einen Weg mit dem ich die MosFETs zuverlässig sperren 
kann sobald die Netzteilspannung ausreichend hoch genug ist.

lg PoWl

Autor: Gast (Gast)
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Hi,

Ich bin zwar kein Schaltungsguru, aber beim oberflächlichen drüber 
schauen fällt mir auf dass die gates der mosfets mit an den ladeelkos 
des gleichrichters hängen. Somit bricht die spannung nach ausfall des 
netzes nicht schnell genug zusammen da sie durch die elkos noch etwas 
aufrecht erhalten wird. Ich würde jetzt grob gesagt nach dem 
gleichrichter noch eine diode setzen und nach dieser diode die elkos. 
die gates der mosfets würde ich dann vor der diode abgreifen, so dass 
die spannung sofort nach ausfall des netzes zusammen bricht und die 
elkos für die umschaltzeit noch einen moment die spannung für den µC 
halten. Wenns nicht reichen sollte evtl noch etwas erhöhen. Das würde 
ich jetzt mal als schnelle lösung anbieten

Autor: Gast (Gast)
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Ach ja und den gates noch einen widerstand nach masse spendieren, damit 
sie auch definitiv umschalten.
Und am Ausgang der fets auch noch einen etwas grösseren Elko, damit in 
umgekehrtem fall ( akku -> Netz )auch noch etwas "reserve" für die 
umschaltzeit da ist.

Autor: Paul H. (powl)
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Also das mit der Diode hinter den Elkos hatte ich mir auch schon 
gedacht, ich würde aber einen zweiten Gleichrichter verwenden da ich auf 
die Spannung angewiesen bin und die mir mit ner weiteren Diode schon 
wieder um 1V sinkt. Das Problem ist bei so einem zweitnetzteil brauch 
ich auch wieder einen Kondensator und der müsste dann auch irgendwie 
wieder entladen werden :-S

Sagtmal wäre es ne Möglichkeit wenn ich zwischen Gate und Netzteil 
einfach ne 6,8V Z-Diode reinmach? Sobald die Spannung dann unter 6,8V 
sinkt sperren die FETs nicht mehr. Wobei über die Z-Diode immer 6,8V 
abfallen, richtig? D.h. ich müsste die Spannung der Zener-Diode 
verstärken so dass die volle Netzteilspannung an den Gates anliegt 
solange die Diode leitet.

Geht das? Ne zweite Möglichkeit wäre vielleicht ein Schmitt-Trigger 
wobei die Hysterese hier ja auch nicht unbedingt von nöten is.

Das mit dem Kondensator vor dem µC hat wie gesagt leider nicht 
funktioniert. 470µF haben keinerlei Wirkung gezeigt.

lg PoWl

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Paul Hamacher wrote:
> Also das mit der Diode hinter den Elkos hatte ich mir auch schon
> gedacht,

Die Diode soll vor die Elkos.

> ich würde aber einen zweiten Gleichrichter verwenden da ich auf
> die Spannung angewiesen bin und die mir mit ner weiteren Diode schon
> wieder um 1V sinkt.

Reichen dir ~8 Volt nicht aus? Hängt da noch mehr dran als in deinem 
Schaltplan? Wenn da nur der LM317 dranhängt, dann ist das doch kein 
Problem oder?

> Sagtmal wäre es ne Möglichkeit wenn ich zwischen Gate und Netzteil
> einfach ne 6,8V Z-Diode reinmach? Sobald die Spannung dann unter 6,8V
> sinkt sperren die FETs nicht mehr. Wobei über die Z-Diode immer 6,8V
> abfallen, richtig? D.h. ich müsste die Spannung der Zener-Diode
> verstärken so dass die volle Netzteilspannung an den Gates anliegt
> solange die Diode leitet.
Hört sich nicht sehr elegant an die Lösung :)

Gruß Marcus

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Hier, so gut wie es mein Touchpad hinbekommen hat :)

Autor: Paul H. (powl)
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Marcus W. wrote:
> Paul Hamacher wrote:
>> Also das mit der Diode hinter den Elkos hatte ich mir auch schon
>> gedacht,
>
> Die Diode soll vor die Elkos.

Sry das meinte ich auch so, hab mich versehentlich falsch ausgedrückt.

>> ich würde aber einen zweiten Gleichrichter verwenden da ich auf
>> die Spannung angewiesen bin und die mir mit ner weiteren Diode schon
>> wieder um 1V sinkt.
>
> Reichen dir ~8 Volt nicht aus? Hängt da noch mehr dran als in deinem
> Schaltplan? Wenn da nur der LM317 dranhängt, dann ist das doch kein
> Problem oder?

Ja, in der Ladeschaltung ist auch noch ein LM317 aber als 
Konstantstromquelle. Der braucht jedes Volt das er kriegen kann und 
arbeitet schon am Limit. Wenn der noch ein Völtchen weniger krigt dann 
kann er den Konstantstrom nicht mehr aufrecht erhalten und die 
Brummspannung des Netzteils überträgt sich auf den Akku, wodurch der ADC 
vom AVR total durcheinanderkommt.

So wies aussieht könnte ich dann aber die Diode D4 vor dem LM der 
Ladeschaltung weglassen. Die ist nämlich nur dazu da, dass wenn die 
Ladeschaltung grad aktiv ist und der Netzstecker gezogen wird, kein 
Strom zurück aus dem Akku in die Gates der MosFETs fließt.

>> Sagtmal wäre es ne Möglichkeit wenn ich zwischen Gate und Netzteil
>> einfach ne 6,8V Z-Diode reinmach? Sobald die Spannung dann unter 6,8V
>> sinkt sperren die FETs nicht mehr. Wobei über die Z-Diode immer 6,8V
>> abfallen, richtig? D.h. ich müsste die Spannung der Zener-Diode
>> verstärken so dass die volle Netzteilspannung an den Gates anliegt
>> solange die Diode leitet.
> Hört sich nicht sehr elegant an die Lösung :)

Einen Tod muss man sterben :-( Ich probier das mal so aus wie dus gesagt 
hast. Hatte mir das ja schonmal überlegt aber nicht intensiv genug, 
wegen der Diode.

Dann brauche ich aber trotzdem noch einen kleinen Elko sonst werden die 
FETs in den Tälern der gleichgerichteten Spannungshalbwellen trotzdem 
kurz leitend. Right?

lg PoWl

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Paul Hamacher wrote:
>
> Ja, in der Ladeschaltung ist auch noch ein LM317 aber als
> Konstantstromquelle. Der braucht jedes Volt das er kriegen kann und
> arbeitet schon am Limit.

Ok, die neue Diode hat aber wenn sie so wie im Bild geschalten ist 
keinen Einfluss auf die Spannung der Ladeschaltung.

>
> So wies aussieht könnte ich dann aber die Diode D4 vor dem LM der
> Ladeschaltung weglassen. Die ist nämlich nur dazu da, dass wenn die
> Ladeschaltung grad aktiv ist und der Netzstecker gezogen wird, kein
> Strom zurück aus dem Akku in die Gates der MosFETs fließt.
>

Vo sollte soweit ich weiß niemals ein höheres Potential haben als Vi. 
Könnte eventuell Probleme geben (die sich auch erst nach langer Zeit 
Zeigen können). Sicherheitshalber kann man (bei beiden LM) von Vo zu Vi 
eine Diode schalten.


> Dann brauche ich aber trotzdem noch einen kleinen Elko sonst werden die
> FETs in den Tälern der gleichgerichteten Spannungshalbwellen trotzdem
> kurz leitend. Right?

Ja kann sein, vorallem da die Ladeschaltung Strom zieht.
Wenn du zu den Gates hin noch eine Diode schaltest sollte das Problem 
behoben sein, da die Gates sich ja wie ein kleiner Kondensator 
verhalten. Evtl. noch einen kleinen Kondensator dahinter und/oder den 
10k Widerstand vergrößern.
D4 kannst du dann auch weglassen.
Deine Mosfets leiten ja schon bei weit unter 5 Volt, also sollten da 
kleine Schwankungen kein Problem darstellen.

Gruß Marcus

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Noch ein Bild.

Ich seh grad D4 hab ich nicht so richtig überdacht. Vielleicht muss die 
doch drinbleiben. Mh, ausprobieren oder nochmal überlegen :)
Muss jetzt leider erstmal weg.

Autor: Guest (Gast)
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D4 muss drinbleiben, der Transistor kann doch auch "rückwärts" leiten, 
auch wenn auch nicht so viel durchgeht wie normal.

Autor: Paul H. (powl)
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So, so ähnlich werde ich das jetzt wohl mal aufbauen. Allerdings werde 
ich die Ladeschaltung nicht direkt mit dem Gleichrichter verbinden 
sondern hinter die von dir eingezeichnete Diode, also mit den Siebelkos. 
Sonst würde ja der volle Brumm auf die Ladeschaltung übertragen. Dafür 
kann ich dann auch die Diode D4 weglassen.

mal schauen ob das so funktioniert

Autor: Marcus W. (Gast)
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Könnte dann nicht ein Strom aus dem Akku rückwärts in Richtung IC-1 
fließen?
Q8 schaltet ja erst verzögert ab beim trennen vom Netz. Dauert ja bis 
der µC merkt, dass das Netz weg ist.
Um den Brumm auf der Ladeschaltung zu vermeiden könntest du auch nochmal 
ein oder zwei Siebelkos in den Ladeschaltungszweig hinter D4 einbauen.

Musst drauf achten, dass der Gleichrichter und die Dioden den 
Einschaltstrom verkraftet wenn er die (leeren) Elkos läd.

Gruß Marcus

Autor: Paul H. (powl)
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Habs nun nach diesem Schema gemacht. Das rausziehen des Netzsteckers 
funktioniert jetzt ganz gut. Allerdings sperren die FETs nicht ganz, was 
sich leicht feststellen lässt wenn ich Die Ladeschaltung und den Akku 
abklemme. Dann müsste der ADC ja 0 messen, tut er aber nicht. Wobei das 
wohl nur ein sehr geringer Strom sein wird.

Wenn ich das Netzteil allerdings vom Akkubetrieb aus reinstecke dann 
startet sich die Schaltung neu, was sich nur durch zwei 100µF 
Kondensator vorm µC beheben ließ (mit einem 100µF Kondi blieb das 
Display trotzdem manchmal hängen). Das wird wohl daran liegen, dass sich 
die Siebkondensatoren erstmal aufladen müssen bevor die Schaltung 
Spannung bekommt und die MosFETs sperren schon längst. Scheint wohl 
alles auch nicht so die Ideallösung zu sein :-S

Doch die Lösung mit der Z-Diode? Man müsste es ja so einrichten können, 
dass die FETs immer dann sperren wenn die Spannung des Netzteils unter 
meinetwegen 6,8V fällt. Oder etwas das die FETs mit Masse kurzschließt 
sobald das Netzteil keine Spannung mehr liefert? Naja kommt aufs gleiche 
hinaus, da bräucht ich auch zwei transen.

@Marcus: Ja, das passiert so aber das macht nix, da der Strom eh nicht 
weiter wie bis zum LM kommt. Wie du schon sagtest wird der kurz danach 
auch abgeschaltet.


Weiß jemand, ob man in Eagle den absoluten Zoom-faktor einstellen kann? 
Jetzt wo ich den schaltplan verändert hab passt er, egal wie ich zoom, 
nicht mehr in den vorigen den ich in photoshop hab d.h. ich muss ihn 
komplett neu abscreenshooten.

Autor: Marcus W. (blizzi)
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Paul Hamacher wrote:
> Habs nun nach diesem Schema gemacht. Das rausziehen des Netzsteckers
> funktioniert jetzt ganz gut. Allerdings sperren die FETs nicht ganz, was
> sich leicht feststellen lässt wenn ich Die Ladeschaltung und den Akku
> abklemme. Dann müsste der ADC ja 0 messen, tut er aber nicht. Wobei das
> wohl nur ein sehr geringer Strom sein wird.

Wie hoch ist zu dem Zeitpunkt die Gatespannung?

8V am Gate ist soweit ich das seh das absolute Maximum, höher wird dem 
Mosfet schaden. Der Spannungsabfall am Gleichrichter wird wahrscheinlich 
nicht 1V betragen, dann hättest du in jedem Fall zu viel. Der Fehler ist 
auch schon in deinem ersten Schaltplan.


> Wenn ich das Netzteil allerdings vom Akkubetrieb aus reinstecke dann
> startet sich die Schaltung neu, was sich nur durch zwei 100µF
> Kondensator vorm µC beheben ließ (mit einem 100µF Kondi blieb das
> Display trotzdem manchmal hängen). Das wird wohl daran liegen, dass sich
> die Siebkondensatoren erstmal aufladen müssen bevor die Schaltung
> Spannung bekommt und die MosFETs sperren schon längst. Scheint wohl
> alles auch nicht so die Ideallösung zu sein :-S
>

Funktioniert mit diesen 200µF vor dem mc alles? Sooo unelegant ist das 
doch garnicht :)
Mir würde vielleicht noch ne andere Lösung einfallen, dazu würde man 
aber noch einen Mosfet extra benötigen.
Grob beschrieben: Die Ladeleitung für das Gate wird von einem Mosfet 
blockiert. Das Gate des FETs wird beim anstecken ans Netz langsam 
geladen (Widerstand, Kondensator) und damit wird der Umschaltvorgang in 
dieser Richtung verzögert. Beim abschalten bleibt aber alles wie bisher.
Verstehst du wie ichs ungefähr mein?

> Doch die Lösung mit der Z-Diode? Man müsste es ja so einrichten können,
> dass die FETs immer dann sperren wenn die Spannung des Netzteils unter
> meinetwegen 6,8V fällt. Oder etwas das die FETs mit Masse kurzschließt
> sobald das Netzteil keine Spannung mehr liefert? Naja kommt aufs gleiche
> hinaus, da bräucht ich auch zwei transen.

>> Sagtmal wäre es ne Möglichkeit wenn ich zwischen Gate und Netzteil
>> einfach ne 6,8V Z-Diode reinmach? Sobald die Spannung dann unter 6,8V
>> sinkt sperren die FETs nicht mehr. Wobei über die Z-Diode immer 6,8V
>> abfallen, richtig? D.h. ich müsste die Spannung der Zener-Diode
>> verstärken so dass die volle Netzteilspannung an den Gates anliegt
>> solange die Diode leitet.

Die Verstärkung kann entfallen, da zumindest in meinem Datenblatt 
ersichtlich ist das die auch schon ab 2,5Volt sehr gut leiten.
Wäre also eine Möglichkeit.
Das Problem mit dem Sperren, bzw. "Vom-Netz-Trennen" funktioniert aber 
doch und das andere Problem mit dem anstecken wird dadurch nicht gelöst.

>
> @Marcus: Ja, das passiert so aber das macht nix, da der Strom eh nicht
> weiter wie bis zum LM kommt. Wie du schon sagtest wird der kurz danach
> auch abgeschaltet.
>

Ok, wenn der Strom gering genug ist, dass die Netzerkennung noch 
funktioniert dann ist das kein Problem.

>
> Weiß jemand, ob man in Eagle den absoluten Zoom-faktor einstellen kann?
> Jetzt wo ich den schaltplan verändert hab passt er, egal wie ich zoom,
> nicht mehr in den vorigen den ich in photoshop hab d.h. ich muss ihn
> komplett neu abscreenshooten.

Wieso exportierst du den Plan nicht einfach?
Datei -> Exportieren -> Image

Autor: Gast (Gast)
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Jo, das sieht schon so aus wie ich mir das dachte. Nur Du brauchst die 
Elkos direkt am µC, denn wenn Du das Netzteil einsteckst, sperren deine 
Fets. C1 hinter dem LM317 macht im ersten moment erst mal nen 
Kurzschluss bis er geladen ist. In dieser Zeit wäre der µC ohne Strom, 
so dass er dann neu startet. Darum brauchst Du die Elkos ( Oder einen 
470µF ) sollte reichen für den moment des Umschaltens. Hab ich aber zu 
Anfang schonmal gesagt. ;)

Autor: Gast (Gast)
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Und wegen dem ADC wert dass der nicht ganz null ist kann am "Leckstrom" 
der Transistoren liegen. Stz mal testweise einen 100K Widerstand von den 
Fet eingängen gegen masse. Das sollte helfen. Falls nicht kannst Du noch 
ne Diode vor den Eingang setzen.
öhm.... Falls dir die 0,7 V Spannungsabfall dann wieder zu viel sind, 
kannst du ja hinterher noch ne kleine Schaltung mit einer Ladepumpe..... 
(Duck und wech)... Ich setz mich jetzt am besten erst mal nach 
Australien ab....

Autor: Paul H. (powl)
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So ich hab jetzt alle hier in dem Thread jemals genannten Lösungen 
ausprobiert. Alle haben jedoch gemeinsam, dass das LED-Display beim 
Umschalten gelegentlich hängen bleibt. Ist mir jetzt jedoch ehrlich 
gesagt auch egal, das Display ist im normalen Betrieb sowieso nicht dran 
sondern im Moment nur zu Diagnosezwecken. Solange die Schaltung trotzdem 
noch zuverlässig ihren Dienst erfüllt ist ja alles soweit in Ordnung und 
ich betreibe keinen unnötigen Aufwand.

Ach ja, bei der einen genannten Lösung wo es nötig war einen Elko vor 
den µC zu sätzen hätte ich  mindestens einen Klopper von 470µF oder mehr 
gebraucht dass das zuverlässig arbeitet.

lg PoWl

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