Verpolungsschutz für LI IO Akkus mit p Kanal Mosfet

[Akku Tester (Gast)]

Hallo,

ich habe folgendes Problem.
Ich würde gerne einen Verpoungsschutz für 2 Li Io Akkus realisieren.
Die Eingansspannung läge also zwischen 4,2V (Ladeschlußspannung) und > 
2,2V (Entladeschlußspannung).

Meine Schaltung soll auf 150 mA, 3,3V ausgelegt sein (realisiert durch 
einen TPS78233.

Durch freundliche Unterstützung von Herrn Kuhlmann und der Seite von 
Lothar Miller bin ich auf die Lösung mit dem P-Kanal Mosfet gekommen:

Leider halten sich meine Kenntnisse bzgl. MOSFETs etc. in Grenzen.

Meine Frage:
1. Funktioniert die Schaltung/Verpolungsschutz so?
2. Wenn ja, wie genau funktioniert die Schaltung (wie gesagt wenig 
Ahnung von P Kanal Mosfets)?
3. Der "Drop" Vds ist zwischen 2,2V und 4,2V utner 0,2V? Wo genau sehe 
ich das im Datenblatt?
4. Zenerdiode nur für Spannungen > 15V
5. Welchen Mosfet genau und wie Gate Widerstand dimensionieren?

Gruß

[Sascha (Gast)]

2,2V? Willst du die Dinger schnell umbringen? 2,7-3V.

Ob die Schaltung so funktioniert hängt von U2 ab, was ist das?

Und zeichne mal deine Zellen in das Schaltbild ein.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Akku Tester schrieb:
> 2. Wenn ja, wie genau funktioniert die Schaltung
Dort ist es doch beschrieben:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz
Wenn das Gate eines P-Kanal Mosfets negativer wird als die Source, 
dann leitet er. Eigentlich einfach gleich wie beim N-Kanal-Mosfet, nur 
mit umgekehrter Polarität. Was ist dann noch unklar?

> 3. Der "Drop" Vds ist zwischen 2,2V und 4,2V utner 0,2V? Wo genau sehe
> ich das im Datenblatt?
Sieh dir an, wie gut der Mosfest mit 2,2V Ugs leitet. Vermutlich noch 
nicht allzu gut. Spezifiziert ist er bei 4,5V und 10V Ugs...

[Daniel H. (Firma: keine) (commander)]

Hallo,

ich hab das mal simuliert.

Akku Tester schrieb:
> 1. Funktioniert die Schaltung/Verpolungsschutz so?

Ja.

> 2. Wenn ja, wie genau funktioniert die Schaltung (wie gesagt wenig
> Ahnung von P Kanal Mosfets)?

Siehe Lothars Beitrag.

> 3. Der "Drop" Vds ist zwischen 2,2V und 4,2V utner 0,2V? Wo genau sehe
> ich das im Datenblatt?

Nein, laut Simulation liegt der Spannungsabfall mit IRLML5203 eher 
zwischen 80mV (UGS = 4.2V) und 750mV (UGS = 2.2V). Korrektur: nach 
Entfernen der fehlerhaften 10 Ohm bei 20mV bis 700mV.

> 4. Zenerdiode nur für Spannungen > 15V

Kann man pauschal nicht sagen, kommt auf die maximal zulässige 
Gate-Source-Spannung U_GS an. Beim IRLML5203 ist diese 20V, hier wäre 
die Zenerdiode also nur bei Spannungen > 20V nötig.

> 5. Welchen Mosfet genau und wie Gate Widerstand dimensionieren?

Einen mit kleinem Rds_on und kleinen Ugs_th wie z.B. den IRLML6402. 
Gatewiderstand kann man theoretisch auch noch weglassen, der schützt 
allerdings das Gate ein wenig vor der Außenwelt (ESD usw.). 
Dimensionierung ist eigentlich Wurst da keine schnellen Schaltvorgänge 
zu erwarten sind. Ich würde bei 100k bleiben.

Edit: Kleiner Fehler in der Simulation, nur 1 Ohm am Gate und der 10 Ohm 
Widerstand ist mir irgendwie reingerutscht :D Ändert aber nichts an der 
Funktion.

[Akku Tester (Gast)]

Sascha schrieb:
> 2,2V? Willst du die Dinger schnell umbringen? 2,7-3V.

Der Li Io hat eine integrierte Schutzschaltung, schaltet also bei 2,5V 
automatisch ab.

Sascha schrieb:

> Ob die Schaltung so funktioniert hängt von U2 ab, was ist das?

ein LTC4413 -> Battery balancing. Gefolgt von einen 3,3V Linerarregler 
mit 150 mA


> Wenn das Gate eines P-Kanal Mosfets negativer wird als die Source,
> dann leitet er. Eigentlich einfach gleich wie beim N-Kanal-Mosfet, nur
> mit umgekehrter Polarität. Was ist dann noch unklar?

Hmm Ok. Nach Figure 3 fängt der Mosfet bei VGS = 2.7V an zu leiten, 
korrekt? D.h. wenn der LI IO Akku < 2.7V sperrt der MOSFET!?


> Meine Frage:
> 1. Funktioniert die Schaltung/Verpolungsschutz so?

[Akku Tester (Gast)]

Hallo Daniel,

jetzt erst deinen Beitrag gelesen.
Danke dafür.

Das mit dem LTSPice ist eine schöne Idee.
Ich habe versucht mir die Schaltung mit dem 5203 und 100K aufzubauen.

Leider kann ich mir den 5203 nicht sauber einbinden, so dass ich nicht 
simulieren kann.

Ich gehe aber davon aus, dass die Ergebnisse ähnlich wie deine sein 
werden und werde das einfach mal ausprobieren!

[Akku Tester (Gast)]

Habe den 5203 jetzt in LTSpice implementiert bekommen.

Ergebnis siehe Anhang.
Bis 2.4V habe ich identische Spannungen, also genau das was ich wollte.
Wenn ich den Li Io Akku jetzt verpole liegen +0,8V an. Das wäre auch 
noch OK, Hauptsache keine -4.2V :)

Wie kam Daniel auf die genau 0V bei -4.2V Eingangsspannung? Oder waren 
die am Ausgang des 3,3V LDO gemessen?

[Daniel H. (Firma: keine) (commander)]

Akku Tester schrieb:
> Wie kam Daniel auf die genau 0V bei -4.2V Eingangsspannung? Oder waren
> die am Ausgang des 3,3V LDO gemessen?

Hi,

ich habe jeweils immer die Ausgangsspannung am LDO gemessen. Die 
Eingangsspannung des LDO hinter dem MOSFET liegt wie bei dir ebenfalls 
bei ~0.6V.

Gruß
Daniel