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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik "Ideale" Diode mit MOSFET


Autor: ebtschi (Gast)
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Hallo Leute,

In einer Schaltung habe ich mehrere Versorgungseingänge, an denen eines 
oder mehrere +5V-Netzteile hängen oder auch nicht. Außerdem kann einer 
oder mehrere Akkus vorhanden sein. Die Akkus können einzeln 
ausgewechselt werden.

Das Ganze soll möglichst effizient sein (keine Dioden!) da Akkulaufzeit 
und Ladegeschwindigkeit (deshalb keine Dioden bei Netzteilen) wichtig 
sind. Außerdem soll das Ding in ~100er-Stückzahlen nicht die Welt 
kosten.

Derzeit ist der LTC4413LC eindesignt. Der IC enthält zwei "ideale 
Dioden" die intern als Schaltung mit MOSFETs ausgeführt sind. Das 
Hauptproblem mit diesem IC ist der hohe Preis. Außerdem könnte evtl. 
auch Verfügbarkeit in 1-2 Jahren ein Problem sein.

Im Forum habe ich ein paar nette Sachen entdeckt:
Beitrag "MOSFET als Diode"
http://www.mikrocontroller.net/attachment/14045/Ve...

Sind z.B. diese Schaltungen
http://www.mikrocontroller.net/attachment/44385/dm.png
wirklich zu 100% äquivalent (bis auf Spannungsabfall) oder muss man bei 
der MOSFET-Schaltung noch etwas beachten? Was ist wenn beide 
Spannungsquellen die selbe Spannung haben? Was ist wenn die 
Spannungsquelle mit der höheren Spannung (z.B. 5V vs. 3.7V) so stark 
belastet wird dass die Spannung auf z.B. 3.5V einbricht - hilft dann die 
Spannungsquelle mit der niedrigeren Spannung mit?

Fragen über Fragen.

: Verschoben durch Admin
Autor: Falk Brunner (falk)
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@  ebtschi (Gast)

>wirklich zu 100% äquivalent (bis auf Spannungsabfall)

Nein.

> oder muss man bei
>der MOSFET-Schaltung noch etwas beachten?

Ja.

> Was ist wenn beide
>Spannungsquellen die selbe Spannung haben?

Dann schiebt die mit der höheren Spannung Strom in die mit der 
niedrigeren Spannung.
Es hat schon seinen Grund, warum diese ICs als idelae Dioden gebaut 
werden. Dort steckt nämlich noch einiges An Zusatzbeschaltung drin.

> Was ist wenn die
>Spannungsquelle mit der höheren Spannung (z.B. 5V vs. 3.7V) so stark
>belastet wird dass die Spannung auf z.B. 3.5V einbricht - hilft dann die
>Spannungsquelle mit der niedrigeren Spannung mit?

Sicher, aber nur bei richtigen Dioden oder den oben genannten ICs. 
Einfach da zwei MOSFETs reinpacken reicht nicht.

MFG
Falk

P S

>Das Ganze soll möglichst effizient sein (keine Dioden!) da Akkulaufzeit
>und Ladegeschwindigkeit (deshalb keine Dioden bei Netzteilen) wichtig
>sind. Außerdem soll das Ding in ~100er-Stückzahlen nicht die Welt
>kosten.

Wie effizient ist denn praktisch wirklich notwendig? Über welche Stöme 
reden wir hier? Eine großzügig dimensionierte Schottkydiode hat 0,5V 
Spannungsabfall.

Autor: Max_Mikro (Gast)
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hey bei elektor gabs mal sowas. Nannte sich aktiver Gleichrichter.

http://www.elektor.de/jahrgang/2008/juli-047-augus...

Autor: ebtschi (Gast)
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Danke für die Info.

Zusatzbeschaltung: wie sieht die bei sowas üblicherweise aus? Ich habe 
mit Google erstaunlich wenig zu dem Thema gefunden.

Effizienz: bei einem Akku mit 3.5V und 0.5V Spannungsabfall reduziert 
sich die Laufzeit um 1/7! Das ist schon ordentlich. Ich hätte mal auf 
<100mV Spannungsabfall gezielt. Mit Dioden ist das ziemlich sicher nicht 
mehr realisierbar.

Autor: ... (Gast)
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schau dir im Datenblatt die Innenbeschaltung an.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  ebtschi (Gast)

>Zusatzbeschaltung: wie sieht die bei sowas üblicherweise aus? Ich habe
>mit Google erstaunlich wenig zu dem Thema gefunden.

So eine ideale Diode nachzubauen dürfte nicht ganz einfach sein, vor 
allem die Steuerung der Abschaltung bei "Überspannung" am Ausgang ist 
nicht mal fix gemacht.
Du könntest dein Problem wahrscheinlich deutlich vereinfachen, wenn du 
eine feste Schaltreihenfolge in deine Schaltung einbringst. Das 
vereinfacht die Steuerung erheblich.

><100mV Spannungsabfall gezielt. Mit Dioden ist das ziemlich sicher nicht
>mehr realisierbar.

Ja.

Mfg
Falk

Autor: Peter (Gast)
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@falk

>> Was ist wenn beide
>>Spannungsquellen die selbe Spannung haben?

>Dann schiebt die mit der höheren Spannung Strom in die mit der
>niedrigeren Spannung.

So ein Quatsch, in diesem Fall gibt es keine höhere Spannung!

Autor: Ich (Gast)
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Ein Akku ist doch schon Gleichspannung, warum benötigst du dann da noch 
eine Diode? Nur zum Schutz?
Du musst die Spannung bei einem Mosfet an Drain und Source messen. Wenn 
die Spannung an An Drain größer ist als an Source dann wird. eine 
Spannung an das Gate gelegt die größer sein mus als die an Source. Und 
wenn die Sannung kleiner ist mußt du schnell wieder schlissen. Deswegen 
haben diese Idealen Dioden auch eine nicht gerade Ideale Turn off Zeit 
(in diesem Fall 4us).

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Autor: Andreas K. (derandi)
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ebtschi schrieb:

> Effizienz: bei einem Akku mit 3.5V und 0.5V Spannungsabfall reduziert
> sich die Laufzeit um 1/7! Das ist schon ordentlich. Ich hätte mal auf
> <100mV Spannungsabfall gezielt. Mit Dioden ist das ziemlich sicher nicht
> mehr realisierbar.

Milchmädchenrechnung, ich tippe der Spannung nach mal auf Li-Ion-Akkus, 
die sollte man sowieso nicht unter 2,5V entladen.
Also sind auch mit Diode noch 2 Volt zu entnehmen.
Nachdem du aber eh keine großen Ströme entnimmst wird der 
Spannungsabfall an einer kleineren Schottky-Diode eher um 0,2-0,3V 
betragen.
Eine BAT60A zum Beispiel ist mit 0,12V bei 10mA angegeben.
http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.htm...

Autor: Krakau (Gast)
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Germanium Dioden benutzen

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Krakau schrieb:
> Germanium Dioden benutzen

Gib doch mal einen Typ an, der eine gute Schottky-Diode unterbietet.
Die Zeit der Germanium-Dioden ist seit geschätzt 20 Jahren vorbei, wobei 
das lange vor meiner Zeit liegt und wahrscheinlich noch länger 
zurückliegt.

Als Verglich z.B:  1N5819   0,3V@10mA   0,06€
            oder:  BAT5x    0,4V@10mA   0,05€

Die BAT60A von dem Beitrag zwei über mir schreibe ich mal nichts, da ich 
diese bis jetzt nicht kannte...

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Die BAT60A hält außerdem nur 10V aus, man kann die Physik eben doch 
nicht überwinden.
Dennoch beachtlich die Vf=0,12V@10mA.

Autor: ebtschi (Gast)
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... schrieb:
> schau dir im Datenblatt die Innenbeschaltung an.

Naja, ich habe nicht unbedingt vor, acht OPVs zu verbauen, v.a. scheint 
das keine kostensenkende Maßnahme zu sein. ;-)

Falk Brunner schrieb:
> Du könntest dein Problem wahrscheinlich deutlich vereinfachen, wenn du
> eine feste Schaltreihenfolge in deine Schaltung einbringst. Das
> vereinfacht die Steuerung erheblich.

Ja, wäre evtl. eine Idee. Akkus mit verschiedenen Spannungen laden sich 
dann wahrscheinlich gegenseitig etc., was nicht so optimal ist aber was 
solls. Das Leben ist voller Kompromisse.

Ich schrieb:
> Ein Akku ist doch schon Gleichspannung, warum benötigst du dann da noch
> eine Diode? Nur zum Schutz?

Der Akku hat z.B. 3.7V. Da stundenlang 5V von USB direkt dranzuhängen 
halte ich für nicht gerade optimal, auch wenn der Akku (Varta PoLiFlex) 
schon eine Schutzschaltung hat.

Ich schrieb:
> Deswegen
> haben diese Idealen Dioden auch eine nicht gerade Ideale Turn off Zeit
> (in diesem Fall 4us).

Sollte IMHO für die Anwendung ok sein.

Simon K. schrieb:
> Beitrag "MOSFET für Verpolungsschutz"

Habe ich mir schon mal angesehen. Da waren auch ein paar nette 
Anregungen drin. Eine geht mir auch noch nicht aus dem Kopf:

Stefan Wimmer schrieb:
> Wenn auf der Ausgangsseite "dicke Elkos" oder ein anderer el.
> Energiespeicher sitzt, bleibt der MOSFET bei einem eingangsseitigen
> Kurzschluss oder Verpolung aufgesteuert, solange dieser Speicher noch
> eine Spannung hat, die größer UGSmin ist. Das stört natürlich nur bei
> dynamischen Vorgängen (verseuchte Bordnetze und so), als statischen
> Verpolungsschutz kann man sie beruhigt verwenden.

Das Problem gibt's bei (idealen oder nicht-idealen) Dioden nicht.

Andreas Klepmeir schrieb:
> Eine BAT60A zum Beispiel ist mit 0,12V bei 10mA angegeben.

Hab mir das Ding mal angesehen - sieht ganz nett aus. Die Ströme können 
schon jenseits von 100 mA (auf jeden Fall noch <1A) liegen. Gut 200 mV 
sind über dem Doppelten des geplanten Maximums... Dafür ist es ein 
simples und günstiges Bauteil. Wie gesagt, Leben==Kompromiss.

Krakau schrieb:
> Germanium Dioden benutzen

Da finde ich leider keine <100mV Uf.

Autor: ebtschi (Gast)
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Alexander Schmidt schrieb:
> Die BAT60A hält außerdem nur 10V aus

Hatte ich vllt. vergessen zu erwähnen: VSG ist 5V, also sind die 10V in 
dieser Anwendung mehr als genug.

Autor: ebtschi (Gast)
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Aktueller Aufbau:

Auf der Platine sind der LTC4413LC, eine BAT60A pro VSG und ein MOSFET 
pro Akku eindesignt. Der MOSFET leitet wenn überall VSG==0V ist (keines 
der Kabel angesteckt).

In der "sehr guten und teureren" Bestückungsvariante wird der LTC 
bestückt.
In der "halbwegs guten und günstigen" Bestückungsvariante werden die 
Diode und der MOSFET bestückt.

Danke für euren Input, besonders an Andreas Klepmeir für den Tipp mit 
der BAT60A.

Falls noch irgendwelche Idden auftauchen sollten: immer nur her damit. 
:-)

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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ebtschi schrieb:
> Auf der Platine sind der LTC4413LC, eine BAT60A pro VSG und ein MOSFET
> pro Akku eindesignt.

Wow, woher haste so schnell die BAT60A bekommen?
Hatte Conrad die vor Ort vorrätig?

Autor: ebtschi (Gast)
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...ist sich leider ohnehin nicht ausgegangen, wegen zuwenig Platz... XD
So ein Ding in 0603 mit guter Verfügbarkeit wäre echt ein Hammer. 
träum

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Dachte die Platine läge schon fertig vor dir..

Weil ich gerade noch mal hier bin:
Die oben genannte BAT60A hat einen ziemlich hohen Rückwärtsstrom, wie 
man sich leicht denken kann.
VR = max. 10V    IF = max. 3A

Vorward Voltage @ Forward Current
VF = 0.12V @ IF = 10mA
VF = 0.2V  @ IF = 100mA
VF = 0.3V  @ IF = 1000mA

Reverse current @ Reverse Voltage
0.3mA  @  VR = 5 V
0.6mA  @  VR = 8 V
18mA   @  VR = 5 V,  TA = 80°C

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