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Forum: Projekte & Code [Tutorial] 2 Spannungsquellen versorgen einen Rasperry PI oder ä. USB Geräte


Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Hallo Leute,

Wollte meinen Raspi mit 2 getrennten Netzteilen betreiben, welche 
jeweils über eine Akkubank geschliffen sind.
Na, da stand ich ja plötzlich vor einigen Problemen, wie das die 
Netzteile/Akkubanks gegeneinander arbeiten, oder
der Spannungabfall über Dioden,oder fehlende Absicherung, oder fehlender 
Überspannungsschutz, oder,oder,oder....

Daher habe ich mir etwas gebastelt

Ein sogenanntes "Redundanzmodul".

Was kann das Ding ?
2 USB Eingänge
1 USB Ausgang
3 TVS Dioden zum Überspannungsschutz
3 Leuchtdioden, die die einzelnen Spannungen signalisieren
Spannungsabfall pro Pfad etwa 80mV (das sind 0,08 Volt) bei Vollast 
eines RPI3
Jeder Eingang getrennt abgesichert
Keine Rückspeisung auf die einzelnen Eingänge
Richtig robustes elektronisches Design (Temperaturstabil,keine Erwärmung 
irgendwelcher Bauteile)
Spannungspufferung gegenüber massiver Lastspitzen (2 X 220µF 
Pufferkondensatoren)
Lötbar selbst für Lötanfänger (Keine SMD Bauteile)

Wer auch eines löten möchte, der kann mich kontaktieren.
Email: nethacks @ät@ a1.net

Ein kompletter Bausatz (Platine + benötigte Bauteile) kostet 16€.
Versand im Luftpolsterkuvert kostet 4€
Ab 2 Stück ist alles versandkostenfrei

Für Anregungen betreffend einer eventuellen Revision bin ich jederzeit 
offen

mfG
fred_ram

: Bearbeitet durch User
Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Noch ein paar Fotos davon.

Übrigends:
Das Board kann bei beiden Eingängen auch mit mit Micro USB Buchsen 
bestückt werden ;-)

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Du hast nicht so ganz verstanden, wozu "Projekte und Code" da sein soll.

Es ist jedenfalls NICHT dafür gedacht, eigene Platinen zu verkaufen.

Solange Du weder einen Schaltplan noch irgendwas Layoutartiges hier 
postest, wird Dein Beitrag recht bald im Orkus verschwinden.

Und wo bitte ist das "Tutorial"?

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Bitteschön.
Habe auch mal die Files für die LTSpice Simulation angehangen, für die 
Skeptiker ;-)

Platine alleine gibt es für 3€.
4€ Versand.
Ab 10 Stück Leerplatinen Versand gratis ;-)

Kompletter Bausatz für 16€
Ab 2 Stück ist alles versandkostenfrei :-)

Bitte bei den Bausätzen mitangeben, welche USB Buchsen ihr an den 
Eingängen wollt.

: Bearbeitet durch User
Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Fred R. schrieb:
> Bitteschön.

Das ist schon mal deutlich besser.

Uuuund jetzt, wo Du es doch "Tutorial" nennst, könntest Du auch noch mit 
Deinen Worten beschreiben, was genau und wie die Schaltung macht.

Autor: Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite
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Fred R. schrieb:
> Wollte meinen Raspi mit 2 getrennten Netzteilen betreiben, welche
> jeweils über eine Akkubank geschliffen sind.

Ich habe keinerlei Erfahrung über die Zuverlässigkeit von Akkubänken, 
weiß aber, dass die 5V-Steckernetzteile schon mal ganz gern über den 
Jordan gehen. Von daher finde ich das vorgestellte Projekt sehr 
interessant.

Gehen wir mal davon aus, dass die Akkubank nicht so sehr das Problem 
ist, dann könnte eigentlich auch - wenn ich das richtig verstehe - die 
folgende Beschaltung eine mögliche Alternative sein:
+------------+       +-----+
| Netzteil 1 |-------|  R  |
+------------+       |  E  |     +-----------+     +----+
                     |  D  |-----| Powerbank |-----| PI |
+------------+       |  U  |     +-----------+     +----+
| Netzteil 2 |-------|  .  |
+------------+       +-----#

So spart man eine Powerbank. Kannst Du noch etwas zu den technischen 
Daten sagen? Wie hoch ist der maximal mögliche Strom, den man da ziehen 
kann?

Welche Erfahrungen hast Du mit USB-Powerbanks? Sind diese für solche 
Pufferungen (gleichzeitige Aufnahme und Abnahme) überhaupt geeignet? 
Normalerweise ist es ja so, dass ich das Ding auflade und dann 
irgendwo/irgendwann wieder benutze, also die Powerbank wieder entlade. 
Das findet aber in der Regel nicht gleichzeitig statt.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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OK.Eigentlich wäre die Bezeichnung Projekt besser gewesen ;-)

Die Schaltung fungiert als 2 ideale Dioden, welche zwei unabhängige 
Spannungen auf eine einzige zusammenführt.
Das Problem wäre bei normalen Dioden, das daran bis zu 0,7V abfallen 
kann.
Das gilt es mit mithilfe der Verwendung eines P Chanel Mosfets zu 
verhindern.
Der Spannungsabfall der Schaltung resultiert nur noch aus dem RDSon des 
Mosfets und dem
durch die Schaltung fliesenden Strom.

Bei 1A sind das 0,08V (gemessen).

Die Schaltung ist für 2A dimensioniert und kann (wenn die TVS Dioden 
entfernt werden)
locker auch für 12V verwendet werden.

Ich habe es mit 2 Akkubanks gemacht, damit ich eine jederzeit tauschen 
kann, falls sie ausfallen würde.
Habe die Erfahrung gemacht, das bei permanenter Ladung die Powerbanks 
nach 1/2 Jahr den Dienst quittieren.

Darum die zwei davor.
Mit einer geht es auch, da hast du Recht.

PS.: Es gibt Powerbanks mit SuperCaps.Ist aber nicht gerade billig.

Autor: Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite
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Noch eine Frage ist mir eingefallen: Wie müsste man die Schaltung 
modifizieren, damit sie auch mit 2 x 12Vin und 1 x 12Vout arbeiten kann?

Ich denke da nämlich an (insgesamt 2 x 4) 12V-Steckernetzteile, welche 2 
x 4 Glasfaser-Ethernet-Medienkonverter versorgen und die bei uns auch 
regelmäßig ausfallen. Da die Netzteile bereits an einer USV hängen, wäre 
da auch gar keine Powerbank mehr notwendig. Nützt aber alles nichts, 
wenn die Netzteile sich einfach mal so abschalten, was dieses Jahr schon 
zweimal passiert ist.

Autor: Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite
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Fred R. schrieb:
> Die Schaltung ist für 2A dimensioniert und kann (wenn die TVS Dioden
> entfernt werden) locker auch für 12V verwendet werden.

Danke. Damit hast Du auch schon meine 2. Frage, ob die Schaltung auch 
für 12V verwendet werden kann, beantwortet. :-)

> Habe die Erfahrung gemacht, das bei permanenter Ladung die Powerbanks
> nach 1/2 Jahr den Dienst quittieren.

Das ist wirklich nicht sehr lang. Da die Schaltung ja absolut 
symmetrisch ist, werden beide Powerbanks ja gleichzeitig ge- und 
entladen. Wäre es hier vielleicht möglich, nur aus einer den Strom zu 
ziehen und die andere erst wirklich erst dann zu aktivieren, wenn dies 
notwendig werden sollte? Das hätte den Vorteil, dass eine Powerbank 
erstmal geschont wird.

Aber wenn das dann zur Folge hat, dass die belastete Powerbank dann 
schon nach einem viertel statt halben Jahr ausfällt, dann ist da auch 
nichts gewonnen...

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Die TVS Dioden austauschen. z.Bsp gegen eine P6KE13A, oder komplett 
weglassen.
Ich kann aber nur davon abraten, die USB Stekcer mit 12V zu benutzen.
Hintergrund: Irgendwer sieht einen USB Port (schon fast in jedem Bus) 
und
steckt sein smartes Phone an.

Autor: Frank M. (ukw) (Moderator) Benutzerseite
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Fred R. schrieb:
> Die TVS Dioden austauschen. z.Bsp gegen eine P6KE13A, oder komplett
> weglassen.

Okay, danke für die Angabe der entsprechenden Diode bei 12V.

> Ich kann aber nur davon abraten, die USB Stekcer mit 12V zu benutzen.
> Hintergrund: Irgendwer sieht einen USB Port (schon fast in jedem Bus)
> und steckt sein smartes Phone an.

Ich würde bei 12V-Betrieb sowieso keine USB-Stecker einlöten ;-)

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Es wird immer die Powerbank mehr belastet, die mehr Spannung liefert.
Mit der Schaltung kannst du aber die Powerbanks wechseln.
Eine davor dazustecken, die andere wegnehmen.
Meine Vorderung war damals eben, das ich die Powerbank jederzeit 
austauschen kann,ich einen Überspannungsschutz mit sicherung habe und 
vor allem:
Fast kein Spannungsabfall.

Autor: K. J. (theborg0815) Benutzerseite
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Welche Powerbank nutzt du ?

Anker z.b. hat irgend wann mal was umgestellt, seit dem geht das 
gleichzeitige Laden/Entladen nicht mehr bei die Aktuellen Modellen hatte 
sowas auch mal überlegt als USV zu nutzen geht mir den neuen Modellen 
aber leider nicht mehr.

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Die billigsten aus China.
Da geht das Laden UND Entladen (Inline Verfahren) noch ohne Problem.
In diversen Foren sind aber geeignete Banks angeführt.

Autor: Stephan G. (Firma: privat) (morob)
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das kann nicht wirklich jede powerbank, laden und entladen.
die teile sind auch nicht wieder billig :)

Autor: Kalle S. (kallebmw)
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Rufus Τ. F. schrieb:
> Uuuund jetzt, wo Du es doch "Tutorial" nennst, könntest Du auch noch mit
> Deinen Worten beschreiben, was genau und wie die Schaltung macht.


und wo bitte ist die Beschreibung der Schaltung? Würde mich echt 
interessieren. Danke

Autor: Karlo Karuso (ponos)
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Kalle S. schrieb:
> Rufus Τ. F. schrieb:
>> Uuuund jetzt, wo Du es doch "Tutorial" nennst, könntest Du auch noch mit
>> Deinen Worten beschreiben, was genau und wie die Schaltung macht.
>
> und wo bitte ist die Beschreibung der Schaltung? Würde mich echt
> interessieren. Danke

Ach bitte.
Denk doch mal ein bischen nach.
Such mal im Google folgende Begriffe:
Ideale Diode
Transistor als Diode

Du wirst dann auch folgende Schaltung finden:
https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/zv...

Ein kleiner Tip meinerseits:
Die Bodydiode des Mosfet ist nicht eingezeichnet.
Sonst würdest du sofort die Funktion erkennen.

Habe mir schon so ein Redundanz Dingens zugelegt.
Arbeitet ohne Probleme.
Ist sehr überdimensioniert.
LED sind aber sehr dunkel, darum habe ich die Vorwiderstände der LED 
verringert.

Autor: Heiner Kuhlmann (heinerkuhlmann)
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Karlo K. schrieb:

> Ach bitte.
> Denk doch mal ein bischen nach.
> Such mal im Google folgende Begriffe:
> Ideale Diode
> Transistor als Diode
>
> Du wirst dann auch folgende Schaltung finden:
> https://github.com/raspberrypi/hats/blob/master/zv...

Na, ja ganz so simpel ist das doch nicht.

Bei einer einfachen "Idealen Diode mit MOSFET" wären die Transistoren 
nicht vorhanden. Man würde die Gates einfach an Masse anschließen und 
hätte einen Kurzschluß zwischen den beiden Stromquellen.

Jeweils zwei Transistoren bilden einen Stromspiegel, der auf kleinste 
Spannungen reagiert und z.B. bei Vin > Vin2
den Q6 (LTspice Q4) einschaltet und somit die Idealen Dioden idealer 
macht.
Bei wenigen mV Spannungsunterschied leiten allerdings beide MOSFET ;-)

Die angehängte LTspice-Schaltung zeigt, dass einfache Ideale Dioden eben 
nicht ideal sind und dicke Ströme zwischen den beiden Stromquellen 
fließen läßt.

Autor: Karlo Karuso (ponos)
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Habe das Modul so wie FredRam eingesetzt.
Würden riesige Ströme fliessen, würden doch beide Spannungen einbrechen.
Der RPI3 (Sowieso empfindlich gegen so was) würde sich "aufhängen".

Bis jetzt habe ich das Phänomen noch nicht beobachtet :-/

Autor: Dirk (Gast)
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Ich hab das mal "geeagelt", wer Fehler findet -> Bescheid.

Autor: HarHar (Gast)
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Das gehört sich nicht, jemanden einfach was wegzukopieren.
Aber du hast ihn ja sicher gefragt ;-)

Was zum Layout:
Wo sind die von FredRam erwähnten MikroUSB Buchsen?
Hast du schonmal eine Platine gelayoutet bezüglich Surge,Burst,EMV usw?
Nur weil du die Bauteile irgendwie gleich angeordnet, wird die Platine 
nicht funktionieren !!!
Alleine bei der Paltzierung der Transil kommt mir das grausen.

Autor: SurPlus (Gast)
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Ja.
Das zweite Layout ist wirklich miserabel.
Nicht mal eine durchgängige Massefläche.

Warum kopiert ihr was und verschlimmbessert es danach ?

Hat eigentlich jemand schon Messwerte von diesem Ding?

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Ich möchte klarstellen, das die Eagle Files von "Dirk" nicht die sind, 
welche
auf das Layout der PCB angewandt wurden.

In meinem Layout sind die Leiterbahnen nach meinem besten EMV 
Verständniss gerroutet, so das ein ESD oder eine Überspannung auch 
wirkungsvoll abgeleitet werden.

"Dirk" hat einfach die Bauteile ähnlich positioniert und danach das 
Routing hingezaubert.

Bausätze sind noch genügend da.
Wegen der hohen Nachfrage kanni ch die Preise ein bischen senken.

1 Bausatz (Inkl.Alle Bauteile) kostet 15€
1 Leerplatine kostet 3€
Versand kostet 4€

Ab 30€ Bestellwert ist der Versandt gratis :-)

Autor: Ralf E. (r_e)
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Stephan G. schrieb:
> das kann nicht wirklich jede powerbank, laden und entladen.
> die teile sind auch nicht wieder billig :)

Hab dazu inzwischen auch schon einige probiert.

Eine die geht und auch hierzulande gut erhältlich und relativ günstig 
ist, ist z.B. die "RAVPower RP-PB022"

Von TeckNet (eine davon wird z.B. auch auf 
"http://raspi-ups.appspot.com"; empfohlen, gehen viele nicht, obwohl die 
laut Beschreibung auch gleichzeitig Laden und Entladen beherschen 
sollen.

LG

Autor: Stabil (Gast)
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Schutzt die Schaltung auch vor Uberspannung durch Blitzschlag?

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Das Redundanzmodul besitzt TVS Dioden gegen Überspannung.
Disse sind aber NICHT für einen Blitzschutz geeignet, da Diese
nicht die Leistung eines Blitzes abführen können.
Da hilft nur ein ausführliches BLitzschutzzonenkonzept, sowie
Gasableiter und Varistoren !!!

Autor: Samson (Gast)
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Könnt ihr versuchen, mir irgendwie zu erklären, wie das ganze 
funktioniert - ich stehe da total auf dem Schlauch.

sammel was ich verstehe:
Das ist ein p-Kanal Fet, d.h. wenn die Spannung am gate einige Volt 
kleiner als am Source (der Ausgang) ist, leitet er. Wenn jetzt von dem 
zweiten Eingang eine größere Spannung als vom ersten Eingang kommt, 
scheint der kleinere nicht mehr zu leiten. Wie genau das geht begreife 
ich einfach nicht. Was machen die beiden npn Transistoren dabei denn?
Gucke mir den oberen Teil an: Q3 muss gesperrt sein, damit M1 leitet. 
Sonst wäre am Gate eine bis auf 0.6 V gleiche Spannung wie am Source. 
dann sperrt der Fet. Aber warum sperrt der denn mal und mal nicht. Basis 
klebt doch am Q1 - sollten die denn nicht immer leiten, weil ja Q1 die 
Basis sozusagen am Ground hat über R8?

Es gibt aber auch noch eine eingebaute Diode. Wenn Drain positiver als 
Source ist, müsste doch die Diode leiten, oder?

Autor: Karma (Gast)
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Hallo Leute,

Wer kann diese Schaltung erklären?
Beitrag "[Tutorial] 2 Spannungsquellen versorgen einen Rasperry PI oder ä. USB Geräte"

Es haben sich schon viele daran versucht, aber noch keienr so wirklich 
den Durchblick, wie sie funktioniert :-/

Wer ist DER Analogexperte, wer das Rätsel aufklären kann?

Autor: Possetitjel (Gast)
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Karma schrieb:

> Es haben sich schon viele daran versucht, aber noch keienr
> so wirklich den Durchblick, wie sie funktioniert :-/

???
Was wird denn das hier für ein Qualitätsjournalismus?

Es hat genau EINER einen Erklärungsversuch gestartet,
nämlich Heiner Kuhlmann, und seine Erklärung ist richtig.

> Wer ist DER Analogexperte, wer das Rätsel aufklären kann?

Weder - noch. Kein Rätsel, kein Experte.

Die pnp-Stromspiegel arbeiten als Differenzverstärker,
aber eben nicht in der üblichen Varianten mit gemeinsamem
Emitter, sondern quasi in Basis-Schaltung, also mit
gemeinsamer Basis und Ansteuerung am Emitter.

Bezugspotenzial ist nicht GND, sondern die Eingangsspannung.

Verstärkt - und zwar vorzeichenrichtig - wird der
Spannungsabfall des FET, durch den sowieso schon Strom fließt.
Dieser verstärkte Spannungsabfall sorgt dafür, dass dieser FET
noch weiter aufgesteuert wird. Der andere FET wird gesperrt.

Inwieweit die Schaltung robust bei ungewöhnlichen Betriebs-
zuständen ist, übersehe ich auf die Schnelle nicht.

Clevere Schaltungsidee.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Karma schrieb:
> wie sie funktioniert :-/
Teile die Schaltung, die ja 2 Dioden nachahmen soll, einfach mal in 2 
einzelne "MOSFET-Dioden-Baugruppen" auf und betrachte die einzeln.

Ausgangspunkt ist dann der traditionelle Verpolschutz mit P-Kanal FET:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz

Um die im Link erwähnte "Rückstromthematik" zu erschlagen, kommen die 
Transistoren is Spiel. Mit beiden Transistoren (z.B. Q2 und Q3) wird ein 
Vergleicher aufgebaut, bei dem im Q3 nur dann ein Basisstrom fließt, 
wenn die Spannung am Q2 (=Eingang) kleiner ist als die am Q3 (=Ausgang). 
Und wenn der Transistor leitet, dann zwingt er die Ugs des FET auf ein 
kleine Spannung, so dass dieser im fraglichen "Rückstromfall" nicht 
leiten kann.

Und weil das Ganze eben ziemlich analog ist, kann es durchaus sein, dass 
da ein Akku mit 10,1V und einer mit 9,9V dranhängt und der leerere vom 
vollen Akku umgehend geladen wird, obwohl man meint, zwei "ideale 
Dioden" in der Schaltung zu haben...
Ähnliche Probleme gibt es auch bei Spannungsquellen mit relativ hohem 
Innenwiderstand oder bei langsam fallender Spannung am Eingang einer der 
beiden "idealen Dioden"...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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Possetitjel schrieb:
> Karma schrieb:
>
>> Wer ist DER Analogexperte, wer das Rätsel aufklären kann?
>
> Weder - noch. Kein Rätsel, kein Experte.

Danke. Anscheinend  bin ich nicht der einzige, dem es auf den S*ck geht, 
wenn einfache technische Zusammenhänge zu Rätseln oder Wundern [1] 
hochstilisiert werden. Und wenn jeder der das versteht und gar noch 
erklären kann, gleich ein Experte ist.

[1] z.B. "Welt der Wunder" auf Pro7

> Clevere Schaltungsidee.

Aber nicht auf dem Mist von Fred gewachsen. Der Raspberry Pi B+ (u.a. 
Versionen vermutlich auch) hat eben diese Schaltung auf dem Board 
zwischen der USB-Buchse und dem separaten 5V Anschluß.

Guckstu: 
https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware...

Autor: Possetitjel (Gast)
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Lothar M. schrieb:

> Und wenn der Transistor leitet, dann zwingt er die Ugs
> des FET auf ein kleine Spannung, so dass dieser im
> fraglichen "Rückstromfall" nicht leiten kann.

Ja.

Nur nochmal zur Klarstellung: Ugs wird betragsmäßig kleiner.
Da Source aber auf U_e liegt, wird die Gatespannung - bezogen
auf GND - größer, also positiver.

> Und weil das Ganze eben ziemlich analog ist, kann es durchaus
> sein, dass da ein Akku mit 10,1V und einer mit 9,9V dranhängt
> und der leerere vom vollen Akku umgehend geladen wird,

Sender Jerewan: "Im Prinzip ja, aber 200mV Differenz ist
zuviel."

Wenn die 200mV gleichmäßig über beide ideale Dioden verteilt
sind, dann sind die Rollen klar festgelegt: Die eine leitet,
und die andere sperrt.

Richtig ist, dass es einen minimalen Umladestrom gibt, der
nicht verhinderbar ist. Aufgrund der starken Nichtlinearität
der Schaltung habe ich aber keine Idee, wie man dessen Größe
abschätzen sollte.

Autor: Axel Schwenke (a-za-z0-9)
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Possetitjel schrieb:
> Inwieweit die Schaltung robust bei ungewöhnlichen Betriebs-
> zuständen ist, übersehe ich auf die Schnelle nicht.

Ein Betriebszustand, der sofort ins Auge sticht, ist wenn mehr als ca. 
7V über dem MOSFET abfallen (in jeder Richtung). Denn diese Spannung 
fällt an der BE-Strecke eines der beiden Transistoren in Sperrichtung 
ab. Ca. bei 7V bricht die BE-Diode durch und der Transistor ist 
voraussichtlich permanent geschädigt.

Autor: murl (Gast)
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Deswegen die TVS !

Autor: Huch (Gast)
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Die Transistoren haben eine maximal zulässige 
Basis-Emitter-Sperrspannung von 5V.


Für die sperrende Ideale Diode (z.B. Q1) fliesst von Ua+ über Emitter - 
Basis von Q3 ein Strom. Die Spannung an den Basen ist Ua - 0,6V. Damit 
für Q2 Ube = Ua -0,6V -Ue und zwar in Sperrrichtung. Die maximal 
zulässige Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren ist 5V.

      Also Ua - 0,6V - Ue < 5V

Es kann sogar zur Zerstörung der Transistoren kommen, wenn ein Eingang 
niederohmig gegen Gnd ist: Ue = 0V. Dann kann über Basis-Emitter von Q3 
und B-E von Q2 in Sperrrichtung ein kräftiger Strom fliessen und Q2 das 
Licht ausblasen.

Die Ausgangsspannung sollte nicht über 5,6V liegen.

Fazit:

Schaltung ist für den Zweck der Powerbanks mit USB (5V) geeignet aber 
nicht für 12V wie oben behauptet.

Autor: Karma (Gast)
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Das heisst, das die PNP gegen andere ausgetauscht werden müssten, welche 
eine grössere BE Spannung vertragen.
Bei einer höheren Spannung müssten sowieso die TVS getauscht werden.

Autor: Simpel (Gast)
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Könnte das Problem gelöst werden, indem in die beiden Emitterzuleitungen 
je eine Schottky-Diode in Flussrichtung eingefügt wird, oder vermurkst 
das das Ansprech- und Regelverhalten zu sehr?

Autor: Heiner Kuhlmann (heinerkuhlmann)
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Um dem "Tutorium" gerecht zu werden und ob der vagen Spekulationen zur 
Funktion der Idealen Diode hier eine Beschreibung.

Ich beziehe mich auf meine Schaltung Ideale-Diode-mit-Stromspiegel-1.

Sie enthält einen Widlar-Stromspiegel mit PNP-Transistoren wie in der 
Schaltung Ideale-Diode-mit-Stromspiegel-2.

Widlar berechnete den Ausgangsstrom seines Stromspiegels mit

   Siehe: 
http://praktische-elektronik.dr-k.de/Praktikum/Le-...

   Spannungspfeil beachten: Daher -Um

-Um       =   Ut * ln( Iin / Iout )
Iout * Rm =   Ut * ln( Iin / Iout )
Rm        = ( Ut * ln( Iin / Iout ) ) Iout.
Ut        = 26mV

Damit ist Iout:

Iout = Iin *  exp( -Um / Ut )
Iout = Iin *  exp( -Um / 26mV )

In dem Diagramm StromSpiegel-Plot.png
ist Iout/Iin in Abhängigkeit von Um dargestellt.

Nachfolgend tauchen die negativen Vorzeichen auf, weil wir 
PNP-Transistoren und einen P-MOSFET haben.

Bei einer Messspannung Um von 0V sind die Ströme Iout und Iin gleich.

Der Ausgangsstrom steigt exponentiell mit negativer Messspannung.

Ist die Messspannung positiv, sinkt der Ausgangsstrom exponentiell.

Die Messspannung liegt im Bereich von mV.

Die Spannung an R2 ist proportional zum Ausgangsstrom des Stromspiegels.

Wenn die Messspannung 0V ist, ist die Kollektor-Emitter-Spannung -Uce 
des Transistors Q3 gleich der von Q2 also bei 0,6V.

Bei negativer Messspannung wird die -Uce des Transistors Q3 noch 
geringer ;-)

Die Kollektor-Emitter-Spannung -Uce des Transistors Q3 steigt 
exponentiell mit positiver Messspannung Um.

In der Schaltung mit der idealen Diode entspricht die 
Gate-Source-Spannung -Ugs des MOSFET der Kollektor-Emitter-Spannung -Uce 
von Q3.

Die Messspannung Um entspricht der Drain-Source-Spannung -Uds des 
MOSFET.

Bei -Uds von 0V oder negativer -Uds, (die Eingangsspannung ist kleiner 
als die Ausgangsspannung) ist der der MOSFET ausgeschaltet (-Uce = -Ugs 
≤ 0,6V).

Der MOSFET hat eine Gate-Source-Schwellenspannung von -Ugsth von etwa 
4V.

Damit -Uce bei 4V liegt, muss der Strom Iout auf etwa 0,2 Iin gesunken 
sein. Dass heißt, ab -Um = -Uds = 40mV wird der MOSFET leitend.

Ist die Eingangsspannung größer als die Ausgangsspannung, ist der MOSFET 
ist zwar eingeschaltet, es ist aber ein geringer Spannungsabfall in der 
Größenordnung von 50mV nötig.

Fazit

Die Ideale Diode sperrt bei negativer Spannung.

In Durchlassrichtung fallen um die 50mV an ihr ab. Diese Spannung kann 
wegen des Rdson des MOSFET höher sein.

Anmerkung

Wenn die Eingangsspannung unter der Ausgangsspannung liegt, wird die 
Basis-Emitter-Spannung von Q2 in Sperrrichtung betrieben. Bei einem 
Durchbruch der BE-Strecke kann ein hoher Strom fließen und Q2 zerstören. 
Die maximale Ubeo für den 2N3906 liegt bei -5V. Ein Transistor mit hoher 
Basis-Emitter-Sperrspannung wie z.B. der betagte MPS400A mit VEBO=-25V 
ist kaum zu beschaffen. Der CMPT404A im SOT-Gehäuse ist ein Ersatz.

Der Vorschlag mit Schottky-Dioden in beiden Emitterzuleitungen führt zu 
Asymmetrien.

Man kann eher anstelle der Transistor-Diode Q2 einfach eine 
Silizium-Diode einsetzen. Ich schätze, dass die Ideale Diode damit kaum 
beeinträchtigt wird. Aber: Versuch macht kluch...

Autor: Kifti (Gast)
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Ist das Modul jetzt brauchbar, oder nicht?

Autor: Kifti (Gast)
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Vor allem: Wie würde die Schaltung mit einer 1N4007er Diode aussehen?

Autor: Heiner Kuhlmann (heinerkuhlmann)
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Das Modul von Fred Ram ist m.E. für den Betrieb an USB mit 5V gut 
geeignet.

Über 5V müssen Transistoren mit hoher Ubeo wie z.B der
MPS400A bzw CMPT404A mit Ubeo=-25V verwendet werden.
Außerdem müssen die  TVS-Dioden ersetzt werden.

Bei Betriebsspannungen unter 5V ist die Diode nicht mehr ideal.
Der IRF4905 eine Gate-Source-Schwellenspannung Ugsth -2V bis -4V und
Rdson < 0,02Ω bei Ugs = -10V, Id = -38A hat. Beachte: Ugs = -10V.

Bei kleinen Spannungen, z.B. 3,0V, wird der MOSFET nicht mehr 
einschalten sondern seine Body-Diode leiten.

Der IRLML6402 kann  m.E anstelle des IRF4905 verwendet werden. Er hat 
Ugsth = -0,4V bis -0,95V und Rdson < 0,135Ω bei Ugs = -2.5V, Id = -3.1A.

Damit würde die Diode schon um 2V ideal.
Einen Strom von 1A kann das SMD-Teil mit Leichtigkeit vertragen. Ich 
habe den IRLML6402 in ähnlichen Schaltungen eingesetzt und ohne Probleme 
geknechtet. Siehe: 
http://praktische-elektronik.dr-k.de/Projekte/Elek...

Wegen der Ugsth = -0,4V sollte R2 grösser sein. Ich würde 6,8kΩ zunächst 
probieren.

Versuche sind nötig!
====================

Die Schaltung mit der Diode ist einen Idee von mir, die auch noch 
genauer untersucht werden muss. Eine Schaltung hängt an.

Eine Leistungs-Diode wie die 1N4007 passt nicht gut. Besser ist eine 
1N4148.

Die Widerstände R1 und R2 müssen wahrscheinlich angepasst werden.

ACHTUNG: Der IRF4905 ist ebenso wie IRLML6402 nur für Spannungen bis 20V 
geeignet.

: Bearbeitet durch User
Autor: Heiner Kuhlmann (heinerkuhlmann)
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Leider ist mit ein Fehler unterlaufen:

> ACHTUNG: Der IRF4905 ist ebenso wie IRLML6402 nur für Spannungen bis 20V
> geeignet.

Der IRLML6402 ist nur bis 12V geeignet.

Autor: Heiner Kuhlmann (heinerkuhlmann)
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Leider ist mir ein Fehler unterlaufen:

> ACHTUNG: Der IRF4905 ist ebenso wie IRLML6402 nur für Spannungen bis 20V
> geeignet.

Der IRLML6402 ist nur bis 12V geeignet.

Autor: Kifti (Gast)
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Welcher ist für eine höhere Spannung geeignet?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Heiner K. schrieb:
> Die Schaltung mit der Diode ist einen Idee von mir, die auch noch
> genauer untersucht werden muss.
Die Idee ist naheliegend... ;-)
Siehe den Beitrag "Re: Wer kann diese analoge Schaltung erklären? (Ideale Diode)"

> Bei kleinen Spannungen, z.B. 3,0V, wird der MOSFET nicht mehr
> einschalten sondern seine Body-Diode leiten.
Die Body-Diode muss leiten, damit die Schaltung überhaupt funktioniert. 
Nur kann bei zu geringer Ugs dann der Mosfet nicht mehr leiten und den 
Strom übernehmen...

Kifti schrieb:
> Welcher ist für eine höhere Spannung geeignet?
Jeder, der eine höhere zulässige Uds hat. Und die Ugs sollte dann mit 
einer Z-Diode begrenzt werden. So wie das in der Ausgangsschaltung dort 
z.B. die D4 macht:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: super (Gast)
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Geiles Teil !

Autor: Karll (Gast)
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Irgendwie gibt es noch keine Erfahrungswerte.
Hat jemand diese Schaltung schon nachgebaut/erworben?
Funktioniert sie?
Ja oder nein?
Laut der Beschreibung ist bei kleiner Spannungsdifferenz der 
Spannungsquellen ein riesiger Stromfluss möglich.
Dieser könnte die ganze Schaltung wohl in Rauch aufgehen lassen.

Autor: Hawk78 (Gast)
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Hallo,
ich wollte gerne das Redundanzmodul mit einem Akkupack und einem 
Netzteil betreiben. Wie kann ich erreichen, dass zuerst der Akku 
entladen wird und dann auf das Netzteil umgeschaltet wird?

Danke & Grüße
Hawk78

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Wenn als erstes der Akku entladen werden soll, musst du einen Ausgang 
von der Akkubank verwenden,
welcher dir signalisiert, das der Akku leer wird/ist.
Danach kannst du mit einem Mosfet/Relais auf das Netzteil umschalten.

Mach einmal ein Blockschaltbild, wie das Ganze verkabeln willst, dann 
kann ich dir besser helfen.

Autor: Albert.U. (Gast)
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Würde mir gerne die Schaltung für 24V nachbauen.
Welchen Transistor und Mosfet müsste ich dann benützen?
Oder geht das wirklich nur bis zu 5V ?

Autor: Fred Ram (Firma: www.ramser-elektro.at/shop) (fred_ram)
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Sie Schaltung ist für 24V nicht geeignet!
Bei 24V wird wohl eine Schottky Diode besser geeignet sein.
Diese haben (abhängig vom Strom) Vorwärtsspannungen um die 0,2 / 0,3V.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Albert.U. schrieb:
> Würde mir gerne die Schaltung für 24V nachbauen.
Für wieviel Strom?

Autor: Derda (Gast)
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Ist doch egal!
Diode ist Diode.

Autor: Georg Seidemann (Gast)
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Hallo, ich möchte diese Schaltung gerne für meine RPi3 nutzen und habe 
diese ein wenig umgebaut. Da ich nicht so der 100% Fachmann bin was das 
angeht wollte ich gern Profis drüberschauen lassen.

Die Schaltung müsste für 5V 3A ausgelegt werden muss ich da dann auch 
noch was dran ändern?

Desweiteren habe ich noch eine Schaltung mit einfliesen lassen um die 
Powerbank nachladen zu lassen wenn der Strom einen wert von xA hat (wird 
vom PI ausgelesen und gesteuert) und dann noch das wenn der RPi auf 
Notstrom läuft soll dieser dann eine eMail versenden und herunterfahren.



DANKE im Vorraus...

Autor: Kreef (Gast)
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Gratulation zur kopierten Schaltung.

Autor: Georg Seidemann (gilias)
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Natürlich ist diese kopiert... es geht ja darum ob das so funktioniert 
mit dem Nachladen und dem erkennen das die Battarie läuft...

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