Hallo zusammen, ich verzweifle gerade an einer Schaltaufgabe und hoffe, dass einer von euch mir dabei helfen kann. Wie in Folie1/Folie2.PNG dargestellt habe ich eine 5V Spannungsquelle (fest vorgegeben), einen Laderegler (auch fest vorgegeben) für NiMH-Akkus (dieser braucht bei 3 Zellen eine Eingangsspannung von 8V, daher der vorgeschaltete Boost-Regler) und anschließend meine eigentliche Schaltung, die versorgt werden muss. Szenario a) 5V Spannungsversorgung ist eingeschaltet und der Akku wird geladen. Der Akku darf dabei nicht mit der restlichen Schaltung verbunden sein, weil sonst der Akkuladeregler nicht richtig arbeitet und den Ladeschluss bzw. das Vorhandensein der Akkus nicht erkennt. Die gesuchte Schaltung muss also den Akku von der restlichen Schaltung trennen. Der Akku darf auch nicht (rückwärts) über die Diode geladen werden! Szenario b) 5V Spannungsquelle ist ausgeschaltet und die Mikrocontrollerschaltung wird vom Akku mit Spannung versorgt. Evtl. Spannungseinbrüche beim Umschalten zwischen beiden Szenarien ignoriere ich zunächst mal. Das Datenblatt des Akkuladereglers schlägt die Schaltung wie in FET_4060.PNG vor. Leider wird hier von 2 Zellen ausgegangen, so dass 5V VCC für den Laderegler reichen und das ganze funktioniert. Da ich 8V brauche habe ich in meinem Aufbau vor den Laderegler den Boost-Regler eingebaut, der auf 8V hochregelt. Das Gate vom FET aus dem Beispiel habe ich an 5V angeschlossen gelassen. Problem (ich habe es nachgemessen): Bei eingeschalteten 5V trennt der FET nicht (richtig), so dass Strom aus dem Laderegler über den FET in meine Schaltung fließt. Problematisch ist das, weil der Laderegler auch bei nicht eingelegten Batterien über den nicht trennenden FET eine Spannung detektiert und das Laden einleitet. Bei eingelegten Akkus fließt vermutlich ein Strom über den FET in den Akku. Wer hat eine Lösung? Spielt die im FET eingebaute Diode eine Rolle?
Angehängte Dateien:
-
Folie1.PNG
32 KB -
Folie2.PNG
34 KB -
FET_4060.PNG
50 KB
Ja, der FET spielt eine Rolle. Zuerst: Bist Du sicher dass Du einen P-Channel MOSFET drin hast? Dann: Der FET spielt hier nur verlustfreie Diode. Beim Laden in der Originalschaltung sperrt der. Beim Abschalten der 5V des Laders übernimmt zuerst die MOSFET-interne Drain-Source-Diode dem Strom vom Akku zum Verbraucher, dann fällt das Gate auf 0V und der FET leitet, schließt also die Drain-Source-Diode kurz und man hat volle Akkuspannung am Verbraucher. Dein Problem hier: ich würde das Gate weiterhin an die 8V des Laders legen, und nicht an die 5V. Allerdings kann die interne Drain-Source-Diode bereits dann ungewollt leitend werden, wenn die Akkuspannung am Lade-Ende die 4,3V am Eingang des LDO erreicht. Lösung: die Diode von Dir durch eine Schottky ersetzen, damit am LDO soviel Spannung wie möglich ankommt und die interne Drain-Source-Diode des FET am Lade-Ende nicht ungewollt leitend wird, das könnte nämlich den Laderegler durcheinander bringen. Allerdings sind im Akkubetrieb die 3,6V ganz schön knapp für den 3,3V LDO... besser wäre noch eine Zelle draufzulegen -- dann wird aber wieder knapp beim Ladeende. Am saubersten ist es immer noch den Akku über separaten Schalter zuzuschalten, dann gibt es keinen Ärger mit überlappenden Spannungen bei Lade-Anfag oder Lade-Ende.
Danke für die schnelle Antwort! Tcf K. schrieb: > Ja, der FET spielt eine Rolle. Zuerst: Bist Du sicher dass Du einen > P-Channel MOSFET drin hast? Ja, ich benutze exakt den FDG312P aus dem Datenblatt > Dann: Der FET spielt hier nur verlustfreie Diode. Beim Laden in der > Originalschaltung sperrt der. Beim Abschalten der 5V des Laders > übernimmt zuerst die MOSFET-interne Drain-Source-Diode dem Strom vom > Akku zum Verbraucher, dann fällt das Gate auf 0V und der FET leitet, > schließt also die Drain-Source-Diode kurz und man hat volle Akkuspannung > am Verbraucher. > > Dein Problem hier: ich würde das Gate weiterhin an die 8V des Laders > legen, und nicht an die 5V. Das habe ich getestet, funktioniert aber nicht, weil: > Allerdings kann die interne > Drain-Source-Diode bereits dann ungewollt leitend werden, wenn die > Akkuspannung am Lade-Ende die 4,3V am Eingang des LDO erreicht. Genau, bzw. ist die Spannung bei nicht eingelegter Batterien am Laderegler sogar höher (wahrscheinlich bis max. 8V), was dann das ungewollte durchschalten des FETs aufgrund der Diode erklärt. > Lösung: > die Diode von Dir durch eine Schottky ersetzen, damit am LDO soviel > Spannung wie möglich ankommt und die interne Drain-Source-Diode des FET > am Lade-Ende nicht ungewollt leitend wird, das könnte nämlich den > Laderegler durcheinander bringen. Problem sind aber dann die bis zu 8V am Ladereglerausgang bei nicht eingelegten Batterien. Selbst wenn es eine Diode ohne Spannungsabfall gäbe und ich die vollen 5V am LDO hätte schaltet der FET dann ungewollt oder!? Ich meine das auch schon beobachtet zu haben, werde das aber nochmal gesondert testen. > Allerdings sind im Akkubetrieb die 3,6V ganz schön knapp für den 3,3V > LDO... besser wäre noch eine Zelle draufzulegen -- dann wird aber wieder > knapp beim Ladeende. Richtig, deswegen spiele ich mit dem Gedanken die 3,6V für meine restliche Schaltung auf 3V oder sogar 2,8V zu senken. > Am saubersten ist es immer noch den Akku über separaten Schalter > zuzuschalten, dann gibt es keinen Ärger mit überlappenden Spannungen bei > Lade-Anfag oder Lade-Ende. Du meinst per manuellem Schalter? Das wäre tatsächlich am saubersten, geht aber leider aus konzeptioneller Sicht nicht.
Ist zwar ein wenig mehr Energieverschwendung, du könntest aber die (Schottky-)Diode und den dahinter liegenden LDO doch auch generell an die 8V hängen (statt an die 5V). Dann dürftest du alle anderen Probleme los sein.
:
Bearbeitet durch User
Joe F. schrieb: > Ist zwar ein wenig mehr Energieverschwendung, du könntest aber die > (Schottky-)Diode und den dahinter liegenden LDO doch auch generell an > die 8V hängen (statt an die 5V). > Dann dürftest du alle anderen Probleme los sein. Ja, das stimmt. Dazu muss ich den LDO tauschen (mein aktueller kann nur max 6V und damit dann auch nicht mehr den Spitzenstrom den ich brauche), was evtl. schwierig wird. Das wäre für mich eher nur eine "Notlösung". Lieber wäre mir etwas "eleganteres". Ist diese Schaltaufgabe wirklich so komplex? Mein Gedanke: Problem hier sind die unterschiedlichen Potentiale (5V vs. 8V). Ein Transistor funktioniert gegenüber dem FET, der mit Spannungen arbeitet, aber mit Strömen, Hilft mir das weiter?
Daniel S. schrieb: > Lieber wäre mir etwas "eleganteres". Ist diese Schaltaufgabe wirklich so > komplex? Einfach 2 LT1763 Spannungsregler (am Ausgang zusammenschaltbar) verwenden. Entweder einen 3.3V und einen 3.0 V typ oder über einen Inverter den Enable-Eingang für den Batterieregler verwenden. Gruß Anja
Anja schrieb: > Daniel S. schrieb: >> Lieber wäre mir etwas "eleganteres". Ist diese Schaltaufgabe wirklich so >> komplex? > > Einfach 2 LT1763 Spannungsregler (am Ausgang zusammenschaltbar) > verwenden. > Entweder einen 3.3V und einen 3.0 V typ oder über einen Inverter den > Enable-Eingang für den Batterieregler verwenden. Das habe ich beides nicht verstanden. Ist das jetzt die Lösung für die "schaltaufgabe" oder die Lösung für "FET-Schaltung wie im Datenblatt und an 8V und anderen LDO verwenden"? Warum einen 3V3 und einen 3V zusammenschalten?
:
Bearbeitet durch User
Hi, das Problem ist, dass Du einen Schalter brauchst, der in beiden Richtung sperrt und wenn leitend keinen Spannungsabfall macht -- Relais oder Schalter wäre da ideal, aber keine schöne Lösung. Einen bipolaren Transistor kannst Du auch nicht nehmen, da rückwärts gepolt die Kollektor-Basis-Strecke leitend wird, und die Basis-Emitter-Strecke nur wenige Volt in Sperrrichtung verträgt. Was imho geht: Du nimmst zwei der P-Channel-MOSFETs und schaltest die antiseriell hintereinander. Also Drain des ersten FET an den Akku, Source des ersten FET an Source des zweiten, und das Drain des zweiten FETs an den Eingang des LDO. Die beiden Gateleitungen legst Du zusammen und legst sie auf die höchste Spannung im System, also die +8V. Durch die Reihenschaltung sperrt immer eine der internen Drain-Source-Dioden. Ein P-Channel-MOSFET wird erst leitend wenn das Gate negativ gegenüber Source ist. Wenn also die +8V auf 0 sinken, leiten beide FETs, also auch kein Spannungsverlust der Akkuspannung. Achtung, die 8V sind aber bereits die absolute Grenze der zulässigen Gate-Source-Spannung des FDG312P, besser einen 1k-Schutzwiderstand in die Gateleitung legen. Den LDO würde ich auf 3V0 absenken, sonst wird das zu knapp bei nur drei Zellen. Und ob die Umschaltung auf Akku so schnell geschieht dass es keinen Versorgungsspannungseinbruch beim µC gibt ist nicht garantiert, dafür müsste man mehr Aufwand betreiben.
@Anja-Lösung: Die LTs können am Ausgang ohne weitere Schaltelemente zusammengeschaltet werden da sie Rückspeisefest sind, d.h. am Ausgang liegt Spannung an und am Eingang nicht -- das mögen die meisten Regler nicht. Also einfach einen 3,3V-LDO in die +5V Leitung und einen 3,3V-LDO an den Akku und deren Ausgänge zusammenschalten. Das Problem ist dabei aber dass aufgrund von unvermeidbaren Exemplarstreuungen nicht klar ist, welcher LDO gerade die höhere Spannung hat und somit den ganzen Strom liefert. Also am Akku einen 3,0V-LDO und an den +5V einen 3,3V-LDO. So meinte sie das wohl.
Tcf K. schrieb: > So meinte sie das wohl. Genau so. Alternativ (bei gleihchen Reglerspannungen) den Regler von der Batterie über den Enable-Eingang abschalten. Gruß Anja
Angehängte Dateien:
-
2_p_chan.PNG
29 KB
Tcf K. schrieb: > Was imho geht: Du nimmst zwei der P-Channel-MOSFETs und schaltest die > antiseriell hintereinander. Also Drain des ersten FET an den Akku, > Source des ersten FET an Source des zweiten, und das Drain des zweiten > FETs an den Eingang des LDO. Die beiden Gateleitungen legst Du zusammen > und legst sie auf die höchste Spannung im System, also die +8V. > > Durch die Reihenschaltung sperrt immer eine der internen > Drain-Source-Dioden. Ein P-Channel-MOSFET wird erst leitend wenn das > Gate negativ gegenüber Source ist. Wenn also die +8V auf 0 sinken, > leiten beide FETs, also auch kein Spannungsverlust der Akkuspannung. Glaube ich verstanden zu haben. Ich habe mal versucht das zu simulieren (etwas vereinfacht, nämlich ohne Laderegler und ohne die 5V. Siehe Anhang. R1 ist ein Lastwiderstand, der LDO mit nachfolgender Schaltung repräsentiert. Ich hätte jetzt erwartet, dass ich an V_ldo im eingeschalteten Zustand 7,xV sehe (ist der Fall), V_bat bleibt auf 3,6V (ist der Fall, FET's sperren also). Was nicht funktioniert ist der Zustand bei ausgeschalteter Spannungsquelle V2, nämlich bei durchgeschalteten FET's. Hier erwarte ich eine V_LDO von 3,6V, sehe aber 0V.Die FET's schalten also nicht durch. Die Source-Spannung an den FET's ist wie erwartet. Ich habe dann etwas herumgespielt und den Lastwiderstand R1 herausgenommen. In diesem Fall ist V_ldo so wie ich es erwartet hätte. Was läuft hier noch schief?
Anja schrieb: > Tcf K. schrieb: >> So meinte sie das wohl. > > Genau so. > > Alternativ (bei gleihchen Reglerspannungen) den Regler von der Batterie > über den Enable-Eingang abschalten. Verstanden. Danke. Über die Lösung denke ich nach, sie wäre aber etwas teurer als die 2x FET-Lösung.
Daniel S. schrieb: > Was nicht funktioniert ist der Zustand bei ausgeschalteter > Spannungsquelle V2, nämlich bei durchgeschalteten FET's. Hier erwarte > ich eine V_LDO von 3,6V, sehe aber 0V.Die FET's schalten also nicht > durch. Wahrscheinlich haben die von dir simulierten FETs eine zu hohe Gate-Threshold. Du brauchst welche mit einer niedrigen Threshold (<2.5V). Und das wird dann wieder zum Problem, wenn du statt den 8V die 5V nimmst...
:
Bearbeitet durch User
Was treibt ihr nur für einen Aufwand. Ein simples Relais, was an de 5 Volt angeschlossen ist, schaltet genau diese 5 Volt auf den µC durch. Keine 5 Volt -> Akku liegt an der µC-Schaltung. Simpler gehts nicht. Und der zusätzliche Stromverbrauch ist nur bei Netzversorgung vorhanden. Recht egal.
Dann ist die Simulation zu blöde. Bei V2 = 0V erhält Drain von M1 die 3,6V Batteriespannung; über die Substratdiode von M1 liegt auch Source von M1 auf knapp 3V, das Gate von M1 ist negativer als dessen Source und M1 leitet (über "Kopf", d.h. Drain ist positiver und Source ist negativer, MOSFETs leiten auch in dieser Richtung). Dadurch liegt Source von M2 auch auf 3,6V, das Gate von M2 ist negativer als dessen Source und M2 leitet, Drain von M2 ist auf 3,6V. Die Gateschwellspannung des FET ist ausreichend gering, selbst mit 3V leitet der noch ordentlich. Wichtig ist dass V2 wirklich null Volt ist, evtl. Pulldown vorsehen! Und dass zum Abschalten der beiden FETs die Gatespannung höher ist als das was an Drain oder Source anliegen kann.
relais schrieb: > Was treibt ihr nur für einen Aufwand. > > Ein simples Relais, was an de 5 Volt angeschlossen ist, schaltet genau > diese 5 Volt auf den µC durch. > > Keine 5 Volt -> Akku liegt an der µC-Schaltung. > > Simpler gehts nicht. Und der zusätzliche Stromverbrauch ist nur bei > Netzversorgung vorhanden. Recht egal. Leider keine Option, weil zu groß, zu teuer und überhaupt will ich keinen mechanischen Schalter da haben.
Tcf K. schrieb: > Dann ist die Simulation zu blöde. Bei V2 = 0V erhält Drain von M1 die > 3,6V Batteriespannung; über die Substratdiode von M1 liegt auch Source > von M1 auf knapp 3V, das Gate von M1 ist negativer als dessen Source und > M1 leitet (über "Kopf", d.h. Drain ist positiver und Source ist > negativer, MOSFETs leiten auch in dieser Richtung). Dadurch liegt Source > von M2 auch auf 3,6V, das Gate von M2 ist negativer als dessen Source > und M2 leitet, Drain von M2 ist auf 3,6V. > Die Gateschwellspannung des FET ist ausreichend gering, selbst mit 3V > leitet der noch ordentlich. Wichtig ist dass V2 wirklich null Volt ist, > evtl. Pulldown vorsehen! > Und dass zum Abschalten der beiden FETs die Gatespannung höher ist als > das was an Drain oder Source anliegen kann. OK, ich werde das am Wochenende mal aufbauen und testen. Thx.
So, habe es dann doch mal geschafft das ganze zu testen. Ich habe die Schaltung mit den beiden antiseriell geschalteten p-FETs mal aufgebaut und getestet. Funktioniert gut und ich werde diese so weiter verwenden! Danke nochmal für diese Lösungsidee!
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.