LM397 - Doppelter Schalter mit Hysterese

[Jörg K (Gast)]

Hallo,

für mein Projekt benötige ich eine Schaltung um

a) die Versorgungsspannung (~24V) erst durchzuschalten, wenn der 
Kondensator nahezu geladen ist
b) das Programm auf dem µC die Versorgungsspannung frei gibt
c) nach dem Abschalten der Spannungsquelle (V1 wird über Kipp-Schalter 
eingeschalten) soll die gelbe LED solange leuchten bis der Kondensator 
nahezu entladen ist.

Meine erste Idee war ein TL431, dann bin ich über Komperator-Schaltungen 
gestolpert. Der LM397 scheint erstmal das zu machen, was ich möchte. 
Wenn die ~22V erreicht werden, schaltet der Open-Collector Ausgang 
durch. Damit kann der P-Mosfet durchschalten. Bei Unterschreitung der 4V 
sperrt der LM397 und der P-Mosfet sperrt.

Soweit so gut, nun muss ich ja nur noch den "Schalter" vom µC mit 
einbauen. Hier war meine naive Idee, einfach einen N-Mosfet zwischen 
P-Mosfet und LM397-Ausgang zu schalten. Der LM397 hat meines Erachtens 
lt. DB 0,4 bis 0,7 V Spannungsabfall, d.h. ich ziehe das Potential vom 
Source des M2 auf schlimmstenfalls 0,7V. Bei Vgsth von 2V des N-Mosfets 
würden dann mindestens 2,7V benötigt, damit er anfängt zu leiten. 
Bleiben nur noch 0,6V übrig, um den Mosfet vollständig durch zu 
schalten.

Könnte das funktionieren?

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/TN0104%20C080813.pdf

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm397.pdf

[Boris O. (bohnsorg)]

Das ist eine sehr merkwürdige Schaltung, denn der Komparator wird mit 
Rückkopplung betrieben und wird eher ein Operationsverstärker, statt ein 
Schwellwertschalter. Er sollte auch nicht den N-Kanal auf GND ziehen, da 
u.U. die Gate-Source-Spannung zu hoch wird (so ganz ist mir die 
Ansteuerung über den µC nicht klar, weil der Schalter irgendetwas 
Komisches darstellt).

Als erstes gibt der µC über einen P-Kanal (und Gate-Spannungsbegrenzung) 
die Versorgungsspannung frei. Das lädt den Kondensator und wenn der 
einen maximalen Schwellwert überschritten hat, schaltet der Komparator. 
Außerdem soll der Komparator bei noch-nicht-Unterschreitung schalten. 
Das ist ein Fensterkomparator und braucht 2 Komparatoren. Im 
vorliegenden Fall auch zwei P-MOS-Schalter. Es sind 'ne Menge 
Potenzialwandlungen drin, weil der Komparator auf 24V läuft, der µC aber 
nur 3V3 liefert.

Da sich mir der Sinn nicht erschließt, tendiere ich eher zu einer 
Und-Verknüpfung am Treiber für das Gate des einzigen P-MOS und den 
Einsatz des AD-Wandlers des µC. Dann ginge das rein in Software. Ohne 
den Wandler klassisches UND aus µC und Komparator auf gleichem 
Potenzial.

[Philipp K. (philippk)]

Das erste Problem der Gate-Source Spannung wurde ja schon genannt, da 
hilft ein einfacher Spannungsteiler.

Die Aussage zu der Gegenkopplung kann ich nicht nachvollziehen, ich 
meine der wird schon korrekt als Komparator betrieben.

Die einfachste Variante für die Freigabe des uC ist es, dem Komparator 
einfach die Speisung wegzunehmen. Das sieht zwar etwas makaber aus, geht 
aber auch auf dem unteren Potential, also GND weg. R3 kannst du noch 
wegsparen wenn du anstatt dem NPN einen N-FET verwendest, ich hatte nur 
keine Lust mit Paint einen FET zu zeichnen :-)

siehe Anhang

[Jörg K (Gast)]

Hallo,

das ganze soll für eine sehr kleine Zündanlage dienen. Ich hab nur einen 
18650 als Spannungsquelle zur Verfügung.
Ich nutze daher ein Step-Up Modul, um mir 24V zu generieren 
(Wirkungsgrad ist sehr schlecht, aber für den Zweck ok).

Damit ich aber nicht sinnlos 24V "bevorrate", wollte ich zwischen 
Batterie und Step-Up einen Miniatur Kippschalter setzen. D.h. ich habe 
zwei Kippschalter, einen um die Anlage einzuschalten (µC, Funkmodul) und 
einen, um quasi das Scharf schalten vorzubereiten.

Wenn ich also die 24V Quelle einschalte, dann soll sich der Kondensator 
aufladen und erst bei genügen Energie die "Freigabe" erteilen. Über Funk 
wird die Anlage erst richtig scharf geschaltet. Daher der µC Ausgang als 
zweiter Schalter.

Nun hat man als Pyro aber eine Affinität zur Optik. Ich würde gerne den 
Status per LED darstellen:

Grün-Led: Eingeschaltet (3V3 des Festspannungsreglers)
Gelbe-Led: 24V Zündspannung vorhanden (am Kondensator, Info "wichtig" 
vor der roten Led)
Rot-Blink-Led: Anlage ist scharf geschaltet

Das ganze soll recht klein werden, Platz ist also nicht viel vorhanden 
und der Ur-Prototyp wird auf Lochraster erstellt. Vielleicht bleibt es 
auch bei dem einen Exemplar. Daher nutze ich im Moment einen Atmega328 
und die Ports sind im Moment recht belegt.

Nachdem ich heute Nacht drüber geschlafen habe, habe ich eigentlich 
einen analogen Port des µC übrig, da ich mit der Batteriespannung 
sowieso keine verlässliche Aussage über den Ladezustand der Batterie 
geben kann (wird per Funk übertragen). Damit könnte ich die Spannung am 
Kondensator messen. Nun benötige ich nur noch einen Port für die LED.

Ach ja, GND vom LM397 wegzunehmen ist auch eine Idee, aber damit würde 
ich quasi am Abbrenner die Info verlieren, ob die Zündspannung anliegt 
oder nicht.

Danke auch an Phillip Kälin für den Widerstand am Gate des P-Mos. Hatte 
kurzzeitig gedacht der wäre überflüssig, aber dann viel mir auf, das ich 
beinahe Vgs nicht beachtet hätte.

[Jörg K (Gast)]

Oh, natürlich auch Danke an Boris Ohnsorg für den Hinweis auf die Vgs.