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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik lipo protector - antiserielle mosfets?


Autor: Anon Ymous (avion23)
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Hallo Forum,

ich entwickel eine Schaltung die einen lipoakku mit 5 Zellen, 5Ah 
schützen soll. Dafür brauche ich einen Leistungsschalter der den Akku 
von der Last trennen kann, und zwar in beide Richtungen (laden & 
entladen).

Bis jetzt wird dafür ein n-fet verwendet, der die lowside schaltet. 
Funktioniert auch ganz wunderbar per 5V vom mikrocontroller.

Ich möchte aber zwei Akkus anschließen. Wenn ich einen leeren und einen 
vollen anschließe, wird der leere Akku mit dem maximalen Strom über die 
body-diode des mosfets geladen (primitive.png). Bei 5 Zellen sind das 
21V - 16V = 5V Unterschied und der Strom ist nur durch den 
Innenwiderstand begrenzt. Das überlebt der mosfet nicht, weil an ihm 
0,7V abfallen.

Eine lösung dafür sind zwei mosfets antiseriell (oder back-to-back) 
verschaltet. Ich habe zwei Versionen angehängt, einmal mit Drain 
zusammen (antiseriellD.png) und mit Source zusammmen (antiseriellS.png).

 * Wie bekomme ich das Gatesignal hin? Chargepump? Für jeden Fet eine? 
Das ist diskret ein irrer Aufwand. Geht es nicht geschickter?

 * Was ist besser, Drain zusammen, oder Source zusammen? High oder 
lowside?

 * Kennt jemand einen Gatetreiber wie 
http://www.micrel.com/_PDF/mic5014.pdf der für zwei antiserielle mosfets 
gedacht ist?

 * Habe ich etwas übersehen? Geht es einfacher? Gibt es gute Artikel 
dazu?


Und ja, ich weiß, dass es fertige Schutzschaltungen gibt. Aber nicht in 
der Leistungsklasse und nicht mit den features (µC).

Autor: Andreas K. (derandi)
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Wieviel Strom fließt denn da beim laden?

Ganz simpel gedacht: Warum die Body-Diode nicht durch eine schöne 
Schottky-Diode ersetzen?

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Hallo Andreas,

es handelt sich um ein  mobiles System. Der Strom ist ~30A im Betrieb, 
Spitzen natürlich wesentlich höher. Verlustleistung ist auch vom Platz 
her ein Problem.

Wenn ich eine Schottkydiode parallel zum Mosfet schalte vergrößere ich 
das Problem nur noch: U_leer = 16V, U_voll = 21V, Delta(U) = 5V, R_i ist 
sehr klein (mΩ-Bereich). Der volle Akku lädt den leeren Akku dann auf, 
nur begrenzt durch den Innenwiderstand, Kabel und meinen mosfet. Mit 
einer Schottkydiode wird der Strom nur größer, und damit wird die 
Verlustleistung ähnlich hoch wie nur mit mosfet.

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Ich denke die angehängte Schaltung löst mein Problem zum größten Teil.

Der obere Mosfet ist ebenfalls ein n-channel, aber mit Source an Vcc. 
Das hat den Vorteil, dass ich gegenüber einem festgelegten Potential 
schalten kann. Links davon ist ein Treiber bestehend aus BC807, BC817. 
Davor geschaltet noch ein Pegelwandler mit pullup und npn Transistor.

Der untere mosfet wird über die 5V des µC direkt geschaltet.

Ich werde die Schaltung noch simulieren, sehe bis jetzt aber keine 
Probleme bis auf den Stromverbrauch des Pegelwandlers. Hat da jemand 
eine Idee?

Die Schaltung funktioniert so nur bis 20V, vielleicht hilft sie noch 
jemand anderem. Verbesserungsvorschläge sind wie immer willkommen.

Autor: Eddy Current (chrisi)
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>Ich denke die angehängte Schaltung löst mein Problem zum größten Teil.

Richtig, weil Du den oberen MOSFET in dieser Anordnung nicht einschalten 
kannst. Du kannst nur ausschalten oder ganz ausschalten :-)

Autor: MaWin (Gast)
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Warum es nicht einfach so bauen, wie bei allen LiIon Protection packs ?

Bloss weil du zu faul bist, in deren Datenblätter zu gucken,
machst du dir die Mühe, es aufwändiger neu zu erfinden ?

Autor: avion23 (Gast)
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Danke,
beim Simulieren ist es mir auch aufgefallen. Einschalten funktioniert 
nur, wenn schon Spannung da ist. Ich brauche bei n-fets in jedem Fall 
eine Spannung die außerhalb meiner Versorgungsspannung liegt.

Hallo Mawin,
aus eben diesen Datenblättern habe ich die Idee. Ich wollte mir die 
Charge Pump sparen, aber genau darauf läuft es jetzt hinaus.

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