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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR ADWandler PIN clamp dioden akitv bei Ub abgeschaltet - Rückspeisung


Autor: Heinz-Wilhelm Frickel (h-w-frickelfixer)
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Hallo,

ich benötige Unterstützung ich komme nicht weiter.
Hab bisher nichts Erhellendes zu dem Thema gefunden.

Ich frickel gerade an einer LED Lampe die aus 3 AA NiMH Akkus gespeist 
wird. Gesteuert durch einen Mikrokontroller, zur Zeit atmeg328(arduino 
pro min). Der MC soll die Spannung jedes einzelnen Akkus per AD Wandler 
überwacht um Unterspannung am Akku zu vermeiden.
Bei Batterie Applikation wünscht man sich natürlich keinen 
Stromverbrauch wenn sie abgeschaltet ist, deshalb einen Schaltern der 
die Masse trennt.

Und da begannen die Probleme.

Wenn ich per Schaltern die Spannung oder Masse wegschalte,
dann liegt an dem PIN der mit der Batteriespannung verbunden ist,
ein Spannung an die die clamp dioden aktiv werden lässt.
Aktive clamp dioden grundsätzlich unschön, dadurch Rückspeisung der 
Schaltung, das ist das was ich ja eigentlich nicht wollte.

Ein zusätzlich Serienwiederstand wurde den Strom begrenzen/verringern 
aber nicht unterbinden, zudem würde der sich auf die AD Wandlung 
auswirken.

Was kann ich tun – ändern.
Anderes Schaltugnsdesinge?
Anderer MC?

Vielen Dank schon mal fürs Interesse und lesen des Beitrags.

Autor: Jakob (Gast)
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Ist doch schnurz, ob PLUS, oder MASSE von der Batterie
getrennt wird. Dann fließt kein Strom mehr aus der Batterie.
Auch nicht in die Mess-Anschlüsse.

Trenne einfach an der richtigen Stelle!

µC-Wechsel? Kenne keinen µC ohne Schutzdioden. Und wenn,
würde ich den NICHT nutzen wollen.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Jakob schrieb:
> Ist doch schnurz, ob PLUS, oder MASSE von der Batterie
> getrennt wird. Dann fließt kein Strom mehr aus der Batterie.
> Auch nicht in die Mess-Anschlüsse.

Nö. Das Problem ist ein anderes.


@TO:

- Schick den Controller schlafen.
- schalte einen FET in Reihe zum AD-Eingang.


Gruß

Jobst

Autor: Lutz (Gast)
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Jakob schrieb:
> Ist doch schnurz, ob PLUS, oder MASSE von der Batterie getrennt wird.
> Dann fließt kein Strom mehr aus der Batterie. Auch nicht in die
> Mess-Anschlüsse.

Das hängt doch sehr von der Außenbeschaltung der Pins ab. Nimm einen 
Highside-Switch und schalte die Versorgungsspannung.

Autor: Stefan Us (stefanus)
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> deshalb einen Schaltern der die Masse trennt.
> Und da begannen die Probleme.

Kein Wunder. Lies mal ein paar Monate hier im Forum mit. Immer, wenn 
jemand die "Masse" unterbricht, hat er Probleme und bittet um Hilfe.

Aber nur ganz selten bitten Leute um Hilfe, die VCC unterbrechen.

Und immer wieder erklären wir, dass man die Masse nicht unterbrechen 
soll! Woher kommt eigentlich dieser Trend? Steht das in irgendeiner 
Arduino Anleitung?

Autor: Stefan Us (stefanus)
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Für weitere Tips zeige deinen Schaltplan (nachem du die 
Abschaltvorrichtung korrigiert hast), und zwar so dass man auch sehen 
kann, woher die analogen Signale kommen.

Autor: Lutz (Gast)
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Stefan U. schrieb:
> Woher kommt eigentlich dieser Trend

Ueblicherweise durch den Wunsch, einen NPN-Transistor zum Schalten 
benutzen zu wollen. PNP's sind ja nicht so geläufig. Da hier aber von 
einem Schalter gesprochen wird, verstehe ich es auch nicht.

Autor: Willi (Gast)
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Morgen,

auch "ein" VCC Schalter wird ihm nicht helfen, wenn er die drei Zellen 
direkt an einem ADC Pin hängen hat, um sie einzeln messen zu können.... 
weil dann läuft der 328 halt mit den 2-3V der zweiten Zelle über die 
clamp Diode weiter.

-> Schaltung

Autor: Heinz-Wilhelm Frickel (h-w-frickelfixer)
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Hallo,

@ Willi
Du hast es erfasst. Genau das ist mein Problem.


@ Stefan Us
Die Masse schalte ich, weil der Wiederstand der Leitung zum Schalter und 
der Schalterwiederstand sich dann auf alle Akkuspannungen gleich wirken, 
bzw. den gleichen Offset erzeugen.

@ alle
Pro Akku geht eine Leitung dirkt zum A/D Wandler Input PIN des AVR.
Nur bei letzten Akku wird durch Spannungsteiler auf U/2 herungergeteilt.
In der Masseleitung zum Akku befindet sich ein mechanischer Schalter,
alle anderen Massen sind davor zusammengeführt.

Schaltplan werde ich nachliefern, ist aber nicht so einfach die internen 
clamp dioden mit einzuzeichnen, so dass man das dann auch versteht, 
deshalb brauch ich nich einwenig Zeit dafür.

Autor: Heinz-Wilhelm Frickel (h-w-frickelfixer)
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Hallo noch mal,

hier jetzt der Schaltplan ich hoffe, er ist verständlich und fehlerfrei.
Die Werte der Kapazitäten sind nur so ungefähr, der Rest sollte stimmen, 
bitte mal gegenprüfen.

Ich hoffe jetzt ist allen klarer wo das Problem liegt.

@ Jobst M.
Schlafen legen hab ich auch schon überlegt, aber dabei hab ich über den 
Spannungsteiler, den ich für das Messen der Gesamtspannung brauche immer 
einen Strom fließen.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Wenn keine FETs in den Messleitungen, was spricht gegen einen 
mehrpoligen Schalter?


Gruß

Jobst

Autor: Patrick J. (ho-bit-hun-ter)
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Hi

Die Batterien sind falsch herum.
Eselsbrücke: Das Plus-Zeichen besteht aus zwei Strichen, nebeneinander 
gelegt ergeben Diese den langen Strich des Batterie-Symbol.

Zu Deinem Problem kann ich leider Nichts beitragen, zur Lösung leider 
auch nicht.

MfG

Autor: batman (Gast)
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Tja, worum geht es genau. Wenn er nicht anlaufen soll, BOD-Level Fuse 
auf 3,7V setzen.
Ruhestrom fließt ja eh über den Spannungsteiler, auch ohne AVR. Da müßte 
man also auch trennen.
Einfach mit Megaohm-Widerständen den Strom verringern. Das wird die 
Messung nur um ein paar ms verlangsamen.

Autor: Christopher B. (chrimbo) Benutzerseite
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batman schrieb:
> Tja, worum geht es genau. Wenn er nicht anlaufen soll, BOD-Level Fuse
> auf 3,7V setzen.

3V7 ist vielleicht etwas hoch wenn der AVR mit Nominal 3V3 läuft. Obwohl 
an der Aussage ja nichts falsch ist, dann läuft er halt nie.

Autor: Jim Meba (turboj)
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Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Bei Batterie Applikation wünscht man sich natürlich keinen
> Stromverbrauch wenn sie abgeschaltet ist, deshalb einen Schaltern der
> die Masse trennt.

Ganz blöde Idee, eine Masse kommt dann meistens woanders her - mitunter 
auch über PE.

Besser ist es die Messleitungen per high-side (P-Kanal) MOSFET 
abzuschalten und nur für die Messung Strom fließen zu lassen. Bei 
ausreichend niedrigem R_DSon verfälscht das die Messung nicht.

Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Ich hoffe jetzt ist allen klarer wo das Problem liegt.

Ja, in Deinem Schaltplan wird nur der unterste Akku/Batterie abgetrennt, 
der Rest speist VCC/GND über die Dioden.

Autor: Heinz-Wilhelm Frickel (h-w-frickelfixer)
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Hallo,

@ Patrick J
Danke für den Hinweis, die Eselsbrücke ist auch nicht schlecht.
Das zur Verfügung stehende Batterie Symbol passte so wie so nicht so 
ganz, da nur eine Zelle habe aber ich hatte es tatsächlich falsch herum 
in der Erinnerung.

@ Jim Meba
PE = Potential Ausgleich
ich denke nicht, dass ich bei einer Akku betriebenen Handlampe einen 
Potentialausgleich brauchen werde. Ein Akku ist ja das Galvanische 
Element schlecht hin, es sollte als nur der Strom aus dem Akku 
herausfielen können der auch hineinfließt, insofern ist es egal ob ich 
den Stromkreis bei plus oder minus trenne.

@ Jim Meba und  Jobst M
Das mit den FET in Serie zum A/D Wandler Eingang hat seinen Scharm aber 
die zur Verfügung stehende Ugs ist mit min 2V zu gering um was für einen 
FET auch immer sicher durchzuschalten und den benötigten niedrigen Rdson 
zu erhalten. Bootstrabschaltung wäre da wohl der Overkill.

@ Jobst M
Habe tatsächlich geeignete 3fach Schalter gefunden, wenn auch nicht 
gerade in großer Auswahl und schon gar nicht günstig. Für einen 
eventuellen Nachbau eher ungünstig.

Nicht ausschalten und nur Standby Betrieb,
mit einen Schalter der den Spannungsteiler zum Messen der Gesamtspannung 
auftrennt und den Eingang auf Masse zieht und somit das Ausschalten 
signalisiert, ist bis jetzt die beste Variante.


@ alle
Allerdings würd mich noch interessieren ob es auch MC gibt, die keine 
clamp dioden haben.
Ich finde in den Datenblättern der meisten andern MC, da keine so schön 
detaillierten Angaben wie bei den AVRs. Bei den geringen Anforderungen 
ist fast jeder MC geeignet, lediglich Timer/PWM sowie A/D Wandler wird 
benötig und ein Takt um 4 bis 8 MHz.

Ich kann nicht glauben das ich der Erste mit dem Problem bin und da muss 
es doch eine clevere Lösung geben.

Autor: Jobst M. (jobstens-de)
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Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Bootstrabschaltung wäre da wohl der Overkill.

Eine ausreichend hohe Spannung macht der Contoller nebenher mit einem 
Pin, zwei Kondensatoren und Dioden.
Voll Overkill ...


Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Habe tatsächlich geeignete 3fach Schalter gefunden, wenn auch nicht
> gerade in großer Auswahl und schon gar nicht günstig.

Reichelt, "DS 3" , 2,30 € ...
Wenn Du genauer beschreibst, was Du brauchst, gibt es auch genauere 
Ergebnisse.


Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Allerdings würd mich noch interessieren ob es auch MC gibt, die keine
> clamp dioden haben.

Wozu sollten sie keine haben? Das macht die Handhabung wesentlich 
schwieriger! Glaub mir, das willst Du nicht!



Gruß

Jobst

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Anderes Schaltugnsdesinge

Ja.

Jobst M. schrieb:
> - Schick den Controller schlafen

Genau so. Die Akkuzellen bleiben immer angeschlossen, ohne 
Spannungsteiler.

Es gibt keinen Schalter, der uC wird nie vom Akku abgeklemmt, daher 
keine Probleme. Nur Verbraucher höherer Leistung werden ggf. per 
Transistor abgeklemmt, die haben aber auch nur 2 
Versorgungsspannungsanschlüsse.

Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> hier jetzt der Schaltplan

Kein R1/R2 Spannungsteiler (würde ständig Strom kosten) kein 
Spannungsregler (kostet ebenfalls dauernd Strom) der uC misst seine 
eigene Versorgungsspannung relativ zur internen Referenz für Zelle 3.

Autor: Heinz-Wilhelm Frickel (h-w-frickelfixer)
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Hallo,

@ MaWin

Bei dieser Art der Spannungsmessung ist die zu messende Spannung die 
Refferenzspannung und muss für die gesamte Zeit der Wandlung stabil 
sein.
Da ich die Power LED per PWM betreibe, würde das bedeuten, dass ich nur 
im stabilem Zustand messen kann, je nach Tastverhältnis im aus- oder 
eingeschaltetem Zustand.
Ich muss sehr oft messen um zu sehen, ob der Messzeitpunk der Richtige 
ist und ich habe das Problem, dass ich einmal die belastete und einmal 
die unbelastete Quelle Messe und das auch noch irgendwie vergleichen 
muss.

Es gibt eine 2. Variante dieser Lampe, die ist so realisiert ist wie Du 
vorschlägst, ohne Spannungsregler und ohne Spannungsteiler, dort treten 
all diese Probleme nicht auf.
Diese Arbeitet auch mit nur einem Li Akku, ist also die Optimierte 
Variante.

@ alle
Ziel dieser Variante ist eigentlich eine einfache nachbaufähige Lösung, 
die nicht optimal im Designe ist aber mit Komponenten gebaut ist, die 
fast nix kosten und hohe Verfügbarkeit haben. Li Akkus wären da 
kontraproduktiv und gefährlich. Zumal der letzte Schritt das Laden der 
Akkus ist nur mit Hilfe des MC ohne großartige zusätzliche Beschaltung 
(lade IC) aus 5V USB Spannung.

Eine ich bau mir selber eine LED Lampe im Arduino Stile –
Schaltung zusammenfummeln, Sketch hochladen, nicht drüber nachdenken, 
funktioniert trotzdem, wenn nicht, Leute mit komischen Fragen quälen.

Autor: batman (Gast)
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Du mußt doch nur ermitteln, OB eine Unterspannung unterschritten wird, 
egal wann und wie es gemessen wird. Über den Ladezustand einer 
NiMH-Zelle bekommst du über die Spannung eh nicht mehr raus.

Heinz-Wilhelm F. schrieb:
> Das mit den FET in Serie zum A/D Wandler Eingang hat seinen Scharm aber
> die zur Verfügung stehende Ugs ist mit min 2V zu gering um was für einen
> FET auch immer sicher durchzuschalten und den benötigten niedrigen Rdson
> zu erhalten.

Wenn das stimmen würde, würde der MC auch nicht laufen, denn der besteht 
aus solchen FETs. Der Rdson kann für die Spannungsmessung so im Bereich 
bis 10 kOhm liegen, siehe Datenblatt ADC.

Autor: batman (Gast)
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Bei Conrad gehen die FETs ab 0.4V Ugsth max los.

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