Unterspannung erkennen mit diskreten Bauteilen

Komperator ...

Ich rate von der Schaltung ab:
- Highpegel des LM324 ist <15V, der MOSFET hängt am Solarpanel ---> wird 
leitend.
- Solarpanelspannung hängt direkt ohne Begrenzungwiderstand am LM324, 
dessen Versorgungsspannung ist niedriger...

Komparator auf 5V laufen lassen, der Vergleich lässt sich auch da 
machen.

Ok, das mit dem Vorwiderstand leuchtet ein, war halt Quick&Dirty 
zusammen geklickt und simuliert.

Aber das mit dem Leitend werden vom Fet dürfte nicht passieren, ist ein 
P-Typ, der leitet erst mit 0V am Gate. Die 10K sollen ihn statisch 
"zumachen".

Klar kann man auch mit kleinerer Spannung arbeiten, gab keine Vorgaben.
Nur muss dann ein anderer PMOS-Fet her, gibts die als LogicLevel ?
(Hab nicht gesucht)

Hä? Der IRF5210 ist ein Stino Enhanced P-MOSFET (erkennbar an der 
unterbrochenen Linie), d.h. bei Ugs=0V sperrt der.  Bei Ugs=4V fängt der 
an zu leiten, d.h. diese Schaltung funktioniert NICHT!

Komparator über 78L05 auf 5V laufen lassen, evtl. präzisere Referenz als 
den Längsregler verwenden (TL431), Hystere nicht vergessen, Level-Shift 
über NPN machen, und mit P-chanel MOSFET die Solarzelle schalten.

Achtung, die maximale Ladeendspannung von Pb-Akkus ist 
Temperaturabhängig, bei höheren Temperaturen etwas weniger, sonst fangen 
die an zu gasen.

Ich glaube das das nicht sooo kompliziert werden sollte.
Und mit einer 20W Solarzelle den Akku zum Gasen zu bringen ? Gut wenn er 
ziemlich klein ist, bleibt aber immer noch das verringern der 
Ladeschlussspannung auf den Worst-Case-Fall.

Ich schaue nochmal nach, welchen Fet ich in der Simu hatte, es 
funktionierte definitiv.

Edith: War ein IRF9510

Auch eine noch so einfache Schaltung ist sinnlos, wenn sie nicht 
funktioniert - und sie funktioniert nicht, dazu brauche ich keine 
Simulation. Es ist eine Seuche, statt Schaltungstechnik zu verstehen, 
wird heute ohne Sinn und Verstand simuliert...

Edit: IRF9510 ändert nichts daran...

Ohje, könnte es daran liegen das der Fet "auf dem Kopf" steht ?
Source liegt oben, Drain unten !

Anhang : Fet ist ein.

Anhang: Fet ist Aus

Will ja nicht recht behalten...aber es funktioniert ;-)
Hätte ich nen P-Kanal Fet hier, wäre es mir jetzt sogar Wert das ganze 
aufzubauen.

Edith :
Aus der Sicht vom Fet liegen an Gate-Source bei Ein -12V und bei Aus ca. 
+0,7V

Der P-MOSFET ist an der Stelle völlig richtig (für einen N-MOSFET 
bräuchte man eine Ansteuerspannung über der Versorgungsspannung).
Aber die Ansteuerung stimmt nicht. +0,7V ist nicht richtig, Source liegt 
auf Solarpanelspannung (bis zu 18V, siehe oben - die Simulation stimmt 
nicht), Gate unter 15V (LM324 liefert nicht 15V).
Eine Simulation ist nie so gut wie etwas Nachdenken...

Ich habe jetzt keine Lust mehr auf Nachhilfe...



Nachtrag: Sieh es doch endlich ein, Deine Simulation hat nichts mit der 
Praxis zu tun. Wenn ich dieses blinde Glauben an Simulationen sehen, 
verstehe ich, wieso es soviele fehlerhafte Produkte gibt.

Ok, auf Nachhilfe habe ich auch kein Bock, ich besorge mir morgen mal 
einen P-Fet und baue das auf. Zum lernen ... ;-)
Kann dann ja mal die Meßwerte vom realen Aufbau mit dem der Simu 
vergleichen.

Lernbereitschaft ist strukturell nie falsch... ;)

Ansonsten gilt: GIGO - Garbage In Garbage Out

Mit dem TL431C, Precision Shunt Regulator, kann man einen einfachen 
Komparator bauen der gleichzeitig einen P-Channel MOSFET einschalten 
kann. Funktioniert super. Braucht keine extra Betriebspannung da er sich 
den Strom von der Last her holt. Mit zwei Widerstaenden laesst sich die 
Schaltspannung praezise einstellen.

Im Datenblatt sind einige Anwendungsvorschlaege fuer die verschiedensten 
Zwecke. Es lohnt sich diesen Baustein gut zu kennen.

Als Solarladeregler laesst er sich auch ganz gut verwenden.

@Dennis
Ja, ist unschön sollte noch eine Schottky zwischen.

Was mir aber noch im Kopf aufgefallen ist, sobald der Fet zuschaltet, 
wird die Spannung der Solarzelle einbrechen und der Komparator öffnet 
sich wieder.
Gibt bestimmt ein "lustiges" hin und her.

Muss offensichtlich noch optimiert werden (unabhängig vom Ein bzw. nicht 
Ein schalten des Fets)

Der Fet ist NICHT als Last oder analoger Regler gedacht, müsste schon 
aufgrund der Komparatoren klar sein, dass es sich hier um ein einfachen 
Ein-Aus-Schalter handelt.
Hier wird definitiv NIX geregelt, nur geschaltet. Einschaltschwelle ist 
die Spannung vom Solarmodul und die Ausschaltschwelle wird von der 
Ladeschlussspannung bestimmt, mehr nicht.

So, zur Hilfsspannung, es wurde vom Threaderöffner nur eine Schaltung 
gesucht, die das grundsätzlich machen würde. Ich habe auch geschrieben, 
das es auch anders geht.

Es wäre, meine Meinung, im Sinne der Problemlösung einfacher das nicht 
jeder auf diesen einzigen Schaltungsvorschlag rumhacken würden, sondern 
einen besseren vorstellt.
Es wurde eine einfache, möglichst diskrete Variante gesucht, mit dem er 
sein Problem lösen kann. Nur läuft hier wieder der selbe "Film" wie in 
vielen Threads ab, einer traut sich was zu posten und der Rest kann nur 
kritisieren OHNE nur einen alternativen Plan reinzupacken.
Ich bin ja für jegliche "normale" Kritik empfänglich (siehe Tcf Kat), 
aber nicht für das was jetzt abläuft.

Sorry, aber das kotzt mich an.
Natürlich gibt es immer "bessere" oder gar "optimale" Lösungen, nur habe 
ich versucht etwas möglichst einfaches, mit Bauteilen die jeder etwas 
ambitionierte "Bastler" in der Schublade hat, als VORSCHLAG hinzupacken.
Ich habe weder behauptet, dass die Schaltung optimal ist, ganz im 
Gegenteil ich schrieb ganz oben "Einfacher gehts nicht".
Also wenn schon kritisieren, dann aber bitte mit konkreten Vorschlägen 
und einem alternativen Schaltungsvorschlag.

Man, man....echt traurig was hier abläuft.

@Snt Opfer: Lasse Dich nicht beirren! Ein P-MOSFET im Schalterbetrieb(!) 
ist hier völlig richtig, niemand hat was von Linearbetrieb gesagt. Beim 
Laden wird die Solarzelle direkt auf den Akku geklemmt. Ist vom 
Wirkungsgrad zwar nicht das Optimum, dafür gibt es SMPS-MPP-Regler 
(Maximum Power Point), aber das steht hier erstmal nicht zur Debatte. 
(Franks Vorschlag mit dem buck-boost ist auch ok, ist aber mehr Aufwand, 
und muss vom Wirkungsgrad überprüft werden).
Dein Fehler in der Simulation ist, dass die Solarzelle beim Abschalten 
sofort in der Spannung hochgeht (die erwähnten 18V oben), sodass mit 
dieser Schaltung der MOSFET im linearen Betrieb leitend wird, und sofort 
zerstört wird. Um den MOSFET sicher abzuschalten, braucht es den 
genannten Levelshifter mittels simplen NPN. Simulationen sind nur so 
gut, wie sie mit der Realität übereinstimmen... das war mein Vorwurf.
Die notwendige Diode in Reihe mit dem Akku, um Entladung über die 
Solarzelle zu vermeiden, habe ich auch übersehen - Asche auf mein Haupt!
Aber schön, dass Du meine doch etwas bissige Kritik nicht übel genommen 
hast... ;)

Zur Schaltung: Klar tut es ein simpler Zweipunkt-Regler, aber 
Schalthysterese ist hier zwingend notwendig! Wird der Akku abgeschaltet, 
sinkt dessen Spannung sofort. Hat man keine Hystere in der Schaltung, 
schaltet das Ganze lustig Ein und Aus, mit baldiger Zerstörung des 
Schaltelementes. Deswegen ist mir der Vorschlag mit dem TL431 alleine 
etwas suspekt, sofern der ohne Hystere betrieben wird.

Ich würde die Schaltung über einen 78(L)05 (mit Überspannungs- und 
Verpolungsschutz!) von der Solarzelle versorgen, TL431 als Referenz, 
LM339 als Komparator (evtl. Fensterkomparator, bei dem man beide 
Schaltschwellen unabhängig einstellen kann), NPN als Levelshifter und 
P-MOSFET (von mir aus auch ein Relais) aufbauen. Das hätte den Vorteil, 
dass ohne Sonneneinstrahlung kein Querstrom den Akku leersaugen kann 
(obwohl der Strombedarf der Schaltung (mA!) eh geringer als die 
Selbstentladung des Akkus sein dürfte...).
Schaltung male ich nur, wenn ich Lust&Zeit habe, sieht im Moment nicht 
danach aus.

Ein simpler Zweipunkt-Regler tut es nicht!

Auch kein komplizierter. :-)

Ihr solltet langsam einsehen, dass man einen Bleiakku nicht mit einer 
geschalteten Stromquelle laden kann, da im unbelasteten Zustand des 
Akkus keine verlässliche Beurteilung über seinen Ladezustand möglich 
ist. Genauso wenig hilft es, ab einer bestimmten Spannung am Akku den 
Ladestrom auszuschalten. So kriegt man den Akku nie voll.

So kriegt man nur einen Oszillator, noch ne LED dran dann blinkt es 
schön.

Der Akku muss über einen Linearregler angefahren werden, der die 
Spannung schlicht auf die erwähnten 13.8V begrenzt. Entweder in Serien- 
oder Parallelregelung.

@ Tcf Kat
Wie gesagt, Deine Kritik ist ja berechtigt, nur was danach noch so 
geschrieben wurde fand ich doch etwas deftig.
Vielleicht ist es etwas naiv gewesen zu glauben, dass einige daran 
Interessierte die "Grundschaltung" noch optimieren, anstatt sie in Grund 
und Boden zu schimpfen. Oder einfach einen besseren Vorschlag machen.
Egal.


Habe auch noch ein wenig mit der Simu gespielt, die grössten Probleme 
entstehen, wenn der Fet öffnet und die Spannung der Solarzelle einbricht 
(Hab einen equivalenten Innenwiderstand von 3,8 Ohm angenommen) da nun 
der Stromfluss in Richtung Akku einsetzt.
Warscheinlich müsste man zusätzlich zu den "sauberen" Schaltschwellen 
eine Art FF nachsetzen, damit die Solarzelle erst wieder durch die 
Ladeschlussspannung abgetrennt wird. Macht nur alleine auch keinen Sinn, 
da bei veringerter Spannung an der Solarzelle auch der Akku nicht mehr 
geladen wird.

Zum Fet, meine Überlegung war folgende, durch die "Über-Kopf" Anordnung 
sieht der PMOS Gate-Source, wenn die Komparatoren auf 0V (GND) schalten, 
eben die -18V (Spannung von der Solarzelle), das funktioniert soweit.
Wo Du aber absolut recht hast ist der Abschaltmoment, da bestenfalls 15V 
aus dem Komparator kommen können (bei UB 15V :), bleiben da -3V stehen 
und der Fet macht nicht ganz zu -> ungünstig.
Hinzu kommt das Problem mit dem Innenwiderstand der Solarzelle, da durch 
bricht die Spannung ein und die Schaltung arbeitet nicht mehr richtig.

Ich habe halt versucht einen möglichst NICHT linear arbeitenden 
Lade-"Schalter" hinzu bekommen, da es schade um die Solarenergie wäre.
Bei 20 Wp von der Zelle braucht man definitiv keinen Regler 
(vorrausgesetzt der Akku ist >2Ah) da der Ladestrom nicht über den 
Kurzschlussstrom der Solarzelle kommen wird, in diesem Fall wohl 
irgendwo bei 1,5-1,8A.
Daher würde eine Abschaltung bei Ladeschluss (14-15V, je nach Akku und 
Temperatur) ausreichen. Knifflich wurde es erst durch die 
Zuschaltbedingung.

Noch eine Möglichkeit wäre, die besagte Schottkydiode direkt vor dem 
Akku und zwischen Solarzelle und Schottky eine dickere Zenerdiode mit 
14-15V und einen Widerstand zwischen + und -. Halt die Spannung der 
Solarzelle "shunten", wird wohl bei einigen Solarreglern gemacht, um bei 
zu geringer Energieabnahme durch die Akkus, die Solarzellen und den 
Regler zu schützen.
Hier würde es zwar kein definiertes Zuschalten geben, aber wozu braucht 
man das eigentlich ? So wird der Akku halt geladen sobald die Zelle 
genügend Spannung liefert, ist der Akku voll (>13,8V) wird die Energie 
halt von der Zener und dem Widerstand "verheizt".

@ Chrisi Das original

Hast ja recht, ein echter Regler macht das schon anders und besser.
Es ging halt um eine "einfache" Lösung, und mal ehrlich, für ein 12W 
Solarmodul gleich einen Regler einsetzen ? Die Ladespannung bzw. der 
Strom begrenzen sich über den Innenwiderstand der Solarzelle, man muss 
nur zusehen das nicht über die Ladeschlussspannung gefahren wird und der 
Akku das Gasen bekommt.

Nachdem nach einer einfachen Lösung gefragt ist, hab ich mal eine kleine 
Schaltung entworfen. Wenn die Schottkydiode nicht wäre, könnte die 
Schaltung aus den 70ern stammen.

Um bei der Ansprechschwelle flexibel zu sein, bzw. um mich da aus der 
Affähre zu ziehen, habe ich einen Trimmer zum Einstellen vorgesehen ;-)

Um einen Testaufbau kommt man aber nicht herum. Es könnte Probleme mit 
Oszillation geben...

@Chrisi Das original:
Doch, gerade bei einem Bleiakku kann man SEHR GUT anhand der 
Klemmspannung eine Aussage über den Ladezustand treffen, bei allen 
anderen Akkutechnologien ist das etwas schwieriger.
Zum Zweipunktregler: Ein Regler ohne Hysterese hat eine hohe 
Schaltfrequenz (wohlgemerkt ich rede von Schaltfrequenz, und nicht 
parasitären Schwingungen). Je größer die Hystere wird, desto geringer 
wird die Schaltfrequenz, aber auch die Regelgüte nimmt ab. Ein 
Zweipunktregler ist halt nicht ideal. Wenn Du das bezweifelst, empfehle 
ich Dir eines der tausenden Bücher über Regelungstechnik.
Der Akku muss mitnichten linear angefahren werden. Beim Laden reicht es 
völlig, die Solarzelle direkt auf den Akku zu klemmen, sie begrenzt dann 
den Strom - vorausgesetzt, die Größe der Solarzelle und des Akkus stehen 
nicht in einem krassen Missverhältnis; ist hier nicht gegeben. Das 
Abschalten des Ladens geschieht alleine auf Grund der Ladeendspannung.
@Schaltung von 13:47: Wunderbar, es gibt nur eine Schaltschwelle, damit 
die hohe Schaltfrequenz.* Zusätzlich kann der Schalttransistor in den 
linearen Betrieb kommen, was ihn thermisch überlasten kann. Außerdem 
widersprichst Du Deiner Aussage, dass die Akkuspannung eine Aussage über 
den Ladezustand erlaubt.
(* Etwas Hysterese durch Mittkopplung einfügen, und die Schaltung wäre 
besser. Mittkopplung: In die Emitterleitung des linken BC547 einen 
niederohmigen Widerstand legen, den Massepunkt des 10k-Trimmers an 
diesen Punkt anschliessen. Schon hat man einen klassischen 
Schmitt-Trigger ;) Wenn jetzt noch der TK der Zenerdiode negativ statt 
positiv wäre (ist negativ bis ca. 5V Zenerspannung, ab dann positiv), 
hätte man auch gleich eine Temperaturkompensation der Ladeendspannung, 
um Gasen zu vermeiden).

@Snt Opfer:
Deine Problematik kommt daher, dass Du etwas zu kompliziert gedacht 
hast! Es besteht überhaupt keine Notwendigkeit, die Spannung der 
Solarzelle zu überwachen! Es reicht völlig, die Akkuspannung zu 
überwachen: Akku unter z.B. 13,5V ---> die Solarzelle wird zugeschaltet. 
Akku über z.B. 13,9V ---> die Solarzelle wird abgeschaltet. Die 
Solarzelle liefert den Strom, den sie nach ihrer aktuellen Bestrahlung 
liefern kann. Ist die Bestrahlung zu gering, verhindert die Reihendiode 
eine Entladung des Akkus über die Solarzelle... so einfach ist das. 
Selbst eine bei voller Bestrahlung z.B. 18V liefernde Solarzelle auf 
einen Akku von 13,5V brutal zuzuschalten ist kein Problem, da die 
Solarzelle keinerlei Energiespeicher (C/Akku o.ä.) enthält, und somit 
der Strom sofort einbricht. Nur sollte man das nicht mit hoher Frequenz 
tun, da im Moment des Einschaltens im Schaltelement ein 
Leistungsintegral entsteht, was dieses thermisch überlastet - siehe 
@Chrisi im oberen Teil des Postings.
Alleine die Akkuspannung muss überwacht werden, aber eben mit etwas 
Hysterese, um die Schaltfrequenz im Zaum zu halten.

@Tcf Kat (tcfkat)

> Doch, gerade bei einem Bleiakku kann man SEHR GUT anhand der
> Klemmspannung eine Aussage über den Ladezustand treffen

Richtig, ganz meine Meinung.

Wenn Du aber die Solarzelle an den Akku anschaltest, kann die Spannung, 
die sich durch den Ladestrom einstellt, nur über oder unter 13.8V 
liegen.

Wenn Sie darunter liegt, wirst Du weiterladen, wenn Sie darüber liegt, 
wirst Du abschalten. Was Dir aber nie gelingen wird, ist genau den Strom 
einzustellen, der für eine Vollladung bei 13.8V notwendig ist. Wenn Du 
Deine Hysterese verkleinerst (um 13.8V zum Beispiel) ist es dennoch so, 
dass die Einschaltspannung im stromlosen Zustand gemessen wird und das 
wiederspricht der Ladetheorie eines Bleiakkus.

Bleiakku laden ist einfach (im Vergleich zu NiCd/NiMH), wenn es linear 
geregelt geschieht...

> @Schaltung von 13:47: Wunderbar, es gibt nur eine Schaltschwelle, damit
> die hohe Schaltfrequenz.* Zusätzlich kann der Schalttransistor in den
> linearen Betrieb kommen, was ihn thermisch überlasten kann.

Ein Digitaler erkennt es vielleicht nicht sofort, aber die Schaltung 
soll einen linearen Laderegler darstellen. Es ist mein innerstes 
Bestreben, dass der Transistor in den Linearbetrieb übergeht. Daher muss 
der Transistor selbstverständlich auch gekühlt werden.

> Außerdem widersprichst Du Deiner Aussage, dass die Akkuspannung eine
> Aussage über den Ladezustand erlaubt.

Kann Dir nicht folgen.


Nochmal: Euer sogenannter Zweipunktregler funktioniert ungefähr so, wie 
ein Backofen, bei dem ich während der Heizphase die Temperatur im 
geschlossenen Zustand messe. Wenn die Heizung aber aus ist, mache ich 
die Tür zum Messen auf. Klingt komisch? Ist aber so :-)

@ Chrisi Das original

Es war ja mein bestreben, eben NICHT linear zu regeln, da es bei der 
kleinen Solarzelle völlig unnötig ist, sie regelt sich quasi selber 
(über den Innenwiderstand).
Wollte halt ein "verbraten" von Energie im linearen Betrieb vermeiden.

@ Tcf Kat

Die Problematik entstand aus der Aufgabenstellung des Thread-Öffners.

>Ich möchte das Modul über einen Transistor oder FET zum laden
>zuschalten, sobald genug Ladespannung zur Verfügung steht ...

Ansonsten wäre ich nicht auf die Idee gekommen, den klassischen 
Fensterkomparator aufzutrennen und Ein- bzw. Ausschalten getrennt zu 
behandeln.
Gedanke war, wenn Zelle genug Spannung -> Fet An, Wenn Akku voll oder 
Zelle zu wenig Spannung -> Fet Aus.
Dadurch ist die Schaltung entstanden :)

---
Wenn man nun meine Einstellung über Board wirft, bei Solaranwendungen 
keine Energie zu verheizen, funktioniert es mit einem LM317, eingestellt 
auf
13,8 - 14V definitiv am einfachsten. Linearer Regler, Kurschluss und 
Überlast fest, einfach zu händeln und zu beschaffen.
Vor dem Regler noch die Schottky, dem Regler selber die "Höhere Spannung 
am Ausgang als am Eingang" - Schutzdiode antiparallel packen und gut 
ist.

Befürchte nur, dass der Threadstarter inzwischen völlig verschreckt von 
dannen gezogen ist.

> Wenn man nun meine Einstellung über Board wirft, bei Solaranwendungen
> keine Energie zu verheizen, funktioniert es mit einem LM317, eingestellt
> auf 13,8 - 14V definitiv am einfachsten.

Wobei sich mir die Frage stellt: Gibt es auch LDO-Regler, die man auf 
13.8V einstellen kann? Damit hätte man das Thema in der Tat sauber 
abkürzen können...

Gibts alles, bleibt am Ende höchstens die Frage "Wo?"
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