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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verpolungsschutz bei Ladeschaltung


Autor: Besucher1 (Gast)
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Hallo Zusammen,

ich habe ein Problem, das ich mit meinem Laienwissen leider nicht lösen 
kann. Ich hoffe, dass mir hier jemand weiterhelfen kann.

Es geht im Prinzip um folgende Schaltung:
https://www.cartft.com/de/catalog/il/1026

Sie wird von einem 15V Netzteil und einer 12V Autobatterie gespeist und 
dient sowohl als Stromversorgung für das dahinterliegende Mainboard als 
auch als  Backupschaltung falls das Netzteil ausfällt.
Sprich fällt das Netzteil aus, läuft alles mit der Autobatterie weiter. 
Die Schaltung hat ebenfalls eine Ladefunktion für die Batterie.

Problem ist jetzt folgendes:
Falls man die Batterie verpolt, fliegt einem die Schaltung um die Ohren.
Kann man einen Verpolungschutz zwischen Batterie und Schaltung bauen, 
der aber die Ladefunktion nicht behindert.
Diode in die Plusleitung (oder Minus) funktioniert da leider nicht, hab 
ich schon probiert. Die Stromversorgung per Batterie geht, aber das 
Laden leider nicht.

Kann mir hier jemand weiterhelfen?

Danke :)

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Verpolschutz == Akku an/ab stecken => Verpolsicheren Stecker benutzen!?

Autor: THOR (Gast)
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Batterie mit nem verpolungssicheren Steckverbinder anschließen, Molex 
oder sowas.

Autor: Guest (Gast)
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Batteriekabel dauerhaft anschliessen und trennbare Verbindung mittels 
verpolungssicherem Steckverbinder ausführen.

Autor: Besucher1 (Gast)
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Erstmal danke für euere schnellen Antworten.
Das Problem ist, dass ich selbst die Batterie nicht anschließen werde.
Somit kann ich leider mechanisch nicht verhindert, dass derjenige der 
das anschließt, die beiden Pole an der Autobatterie nicht vertauscht.

Autor: Teo Derix (teoderix)
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Diode parallel und ne Sicherung davor.

Autor: Besucher1 (Gast)
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@Teo Derix
So wie hier?
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1206251.htm

Dadurch wird der Ladestrom nicht blockiert, oder?

Autor: Stephan (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> So wie hier?
> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1206251.htm
>
> Dadurch wird der Ladestrom nicht blockiert, oder?

Richtig.
Aber wenn derjenige der es anschließt die Autobatterie falsch an den 
Verpolungsschutz anschließt fliegt einem der auch um die Ohren...

Autor: Besucher1 (Gast)
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Der Verpolungsschutz kann ruhig kaputt gehen, es geht nur darum, dass 
der Schaltung und damit dem dahinterliegenden Mainboard nichts passiert.
Danke für die Hilfe :)

Autor: Stephan (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> Der Verpolungsschutz kann ruhig kaputt gehen, es geht nur darum, dass
> der Schaltung und damit dem dahinterliegenden Mainboard nichts passiert.

Ich würde für sowas dann eher die Relaisvariante + zusätzlichen 
Batterietrennschalter nehmen. Braucht laufend Strom (solange der 
Trennschalter ein ist) ist aber einfacher und sicherer.

Denn: Den Verpolungsschutz musst du natürlich auch entsprechend 
leistungsfähig bauen, sonst bringts nichts, bzw. kann auch gefährlich 
werden...

Da brauchts dann schnell fette gekühlte Dioden die den Strom auch bis 
zum gesicherten Trennen (einige Sekunden) führen können.
Die Verkabelung muss genug Strom erlauben um sicher und relativ schnell 
zu trennen und dabei nicht kokeln.
Bei dicker kurzer Verkabelung müssen die Dioden kurzzeitig je nach Akku 
auch 1000A abkönnen.
...

Für kleine Leistungen finde ich die Sicherungsvariante ganz brauchbar, 
bei größeren Leistungen eher nicht.


Ich kann mir auch gut vorstellen, dass zum Schutz der Schaltung gar kein 
Verpolschutz notwendig ist. Wenn ich mir das Manual ansehe ...
Die Steuerung der PICOPSU wird vmtl. über Dioden versorgt.
Bei verpolter Batterie wird nie auf die Batterie umgeschaltet, da a) die 
Versorgung fehlt und b) die Batteriespannung kleiner ist als die 
(fehlende) Netzteilspannung.
Eine verpolte Batterie wird evtl. mit ca. 0,5A verkehrt herum aufgeladen 
(und geschrottet).
Wenn die MOSFets jetzt noch ausreichend spannungsfest sind schadet die 
verpolte Batterie nicht.

Autor: Manfred (Gast)
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Stephan schrieb:
>> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1206251.htm
>>
>> Dadurch wird der Ladestrom nicht blockiert, oder?
>
> Richtig.
> Aber wenn derjenige der es anschließt die Autobatterie falsch an den
> Verpolungsschutz anschließt fliegt einem der auch um die Ohren...

Das verstehe ich nicht. Die Diode kommt an die Elektronik, die Sicherung 
in die Batterieleitung. Klemmt man die Batterie falsch an, fliegt die 
Sicherung und fertig - sowas habe ich mehr als einmal gebaut.

Autor: batman (Gast)
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Anstatt Diode gibts noch eine aktive Sperrvariante mit weniger 
Spannungsabfall, 2 MOSFET in Reihe.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Der beste Verpolschutz ist ein Relais mit Seriendiode, welches erst
dann anzieht und den Kontakt zum Lader herstellt, wenn es richtig
an Plus und Minus des zu ladendem Akkus hängt...


Also eine Relaisspule und eine Seriendiode zur Spule...

Natürlich muss der Akku noch ausreichend Spannung haben, doch selbst
das lässt sich bei korrektem Anschluss lösen, in dem der Relaiskontakt
mit einem geeigneten Taster einige Zeit überbrückt wird...

Autor: Georg (Gast)
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Mani W. schrieb:
> Natürlich muss der Akku noch ausreichend Spannung haben

Ob das nun eine Nebenwirkung des Verpolschutzes ist oder ein gewolltes 
Feature, die meisten Ladegeräte laden keine total leeren Akkus. Ich habe 
daher einen Widerstand vom Akku-Anschluss nach V+ eingebaut, der einen 
leeren Akku mit wenigen mA lädt, dann springt irgendwann auch die 
Ladeschaltung an, wenn der Akku keinen Kurzschluss hat. Bei 
Autobatterien braucht man ein bisschen mehr Strom.

Georg

Autor: Mani W. (e-doc)
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Georg schrieb:
> Ich habe
> daher einen Widerstand vom Akku-Anschluss nach V+ eingebaut, der einen
> leeren Akku mit wenigen mA lädt, dann springt irgendwann auch die
> Ladeschaltung an, wenn der Akku keinen Kurzschluss hat. Bei
> Autobatterien braucht man ein bisschen mehr Strom.

Genau!

Und wenn der Akku richtig gepolt angeschlossen ist, wird diese
Methode ebenfalls funktionieren, falls der Akku verkehrt drauf ist,
wird das Relais sowieso nicht anziehen, es wird dann lediglich
der Widerstand warm...

Autor: Stephan (Gast)
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Manfred schrieb:
> Stephan schrieb:
>>> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1206251.htm
>>>
>>> Dadurch wird der Ladestrom nicht blockiert, oder?
>>
>> Richtig.
>> Aber wenn derjenige der es anschließt die Autobatterie falsch an den
>> Verpolungsschutz anschließt fliegt einem der auch um die Ohren...
>
> Das verstehe ich nicht. Die Diode kommt an die Elektronik, die Sicherung
> in die Batterieleitung. Klemmt man die Batterie falsch an, fliegt die
> Sicherung und fertig - sowas habe ich mehr als einmal gebaut.

Das war noch ein Denkfehler meinerseits. Gleich noch gemerkt, wollte 
aber keine zusätzliche Verwirrung stiften. Ich sah die Batterie auf 
Seite der Diode als Last des Laders.

Das Grundproblem der Schaltung hat damit aber nichts zu tun.
Während der Entwicklung oder bei kleinen Nennströmen auch dauerhaft ist 
die Schaltung super weil im Normalbetrieb quasi unbemerkbar.

Als Absicherung für Noobs bei hohen Nennströmen und mit Autobatterie als 
Quelle find ich die nicht gut.
Wer Plus und Minus nicht findet schließt die Batterie auch wahlfrei mit 
50cm Kabellänge und 4qmm oder 10m Kabellänge und 0.5qmm an. Das sind 
dann Ströme die die Diode evtl. pulverisieren bevor die Sicherung 
auslöst oder Ströme die das Kabel hoffnungslos überlasten und die 
Sicherung erst (hoffentlich) nach vielen Minuten kommen lassen.

Da finde ich das Relais überlegen: der hohe Kurzschlussstrom kann nicht 
auftreten und bei schwachem Kabel fließt immerhin nur der Nennstrom.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Stephan schrieb:
> Da finde ich das Relais überlegen: der hohe Kurzschlussstrom kann nicht
> auftreten und bei schwachem Kabel fließt immerhin nur der Nennstrom.

Und je nach gewähltem Relais kann man viele Ampere schalten (siehe
PKW) ...

Und es schaltet auch nicht, wenn die Polung verkehrt ist oder zu
wenig Spannung herrscht - oder gar keine mehr...


Also ist ein Relais immer die beste Wahl samt Seriendiode,...

Autor: Besucher1 (Gast)
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Hallo Zusammen,

danke für die zahlreichen Antworten.
Nur kurz als Info, das dahinterliegende Mainboard verbraucht 
allerhöchstens 40Watt. Da denke ich wird auch kein Kabel warm.

Die parallele Diode mit Sicherung funktioniert so weit. Nur habe ich das 
Problem, dass anstatt, dass die Sicherung fliegt, die Batterie, falls 
verpolt, verpolt geladen wird. Das kann aber zum einen daran leigen, 
dass die Batterie schon ziemlich leer ist, oder, dass ich die Sicherung 
mit 7,5A zu groß bemessen habe.
Welche Sicherung würdet Ihr mir empfehlen, 5A?

Danke

Autor: Manfred (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> Nur habe ich das Problem,
> dass anstatt, dass die Sicherung fliegt,
> die Batterie, falls verpolt, verpolt geladen wird.
Die Schaltung aufmalen, wie sie nun tatsächlich ist mit Angabe der 
Bauteilwerte und Batterietyp.

Autor: Besucher1 (Gast)
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Hallo Manfred,
anbei die aufgemalte Schaltung.
Das Netzteil hat 15V.

Autor: Besucher1 (Gast)
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Batterie ist eine ganz normale 12V Autobatterie.

Autor: Manfred (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> anbei die aufgemalte Schaltung.
Die Schaltung ist so, wie ich sie für sinnvoll halte.

Deine Sicherung hat 7,5A und ist vermutlich träge. Ich habe jetzt keine 
konkreten Sicherungskennlinien im Kopf, aber sie dürfte den doppelten 
Strom im Bereich einiger Minuten vertragen können, ohne auszulösen.

Für eine gefühlt sofortige Auslösung würde ich mal auf größer 30A 
tippen.

Wenn Deine Batterie ziemlich leer ist oder Deine Verkabelung den 
Stromfluß begrenzt, würde bei einer falsch herum angeklemmten Batterie 
keine Auslösung erfolgen.

Darf die Sicherung kleiner werden, kann sie anstatt träge mittelträge 
oder flink sein? Können die Zuleitungen einen größeren Querschnitt 
bekommen?

--

Ein denkbar anderer Fall: Batterie richtig, Netzteil bzw. Ladegerät 
falsch herum - das interessiert die Sicherung nicht, solange das 
Netzgerät nicht richtig viel Strom drückt.

Autor: Waldemar Z. (waldemar_z)
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> Nur habe ich das Problem, dass anstatt, dass die Sicherung fliegt, die Batterie, 
falls verpolt, verpolt geladen wird.

Das kann nicht sein. Das ist ein Kurzschluss zweier Quellen (außer wenn 
das Netzteil strombegrenzt ist). Dann müsste die Sicherung erst recht 
fliegen. Woran ist zu erkennen, dass die Batterie verpolt geladen wird?

: Bearbeitet durch User
Autor: batman (Gast)
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Naja das NT wird zu schwach sein und wenn die Batterie derart leer 
angeklemmt wird, wie eine Starterbatterie eigentlich nie sein sollte, 
wird sie natürlich umgepolt. Das läßt sich mit einer Sicherung nie 
ausschließen. Ganz so simpel und idiotensicher gehts nicht.

Autor: Waldemar Z. (waldemar_z39)
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batman schrieb:
> Naja das NT wird zu schwach sein und wenn die Batterie derart leer
> angeklemmt wird, wie eine Starterbatterie eigentlich nie sein sollte,
> wird sie natürlich umgepolt. Das läßt sich mit einer Sicherung nie
> ausschließen. Ganz so simpel und idiotensicher gehts nicht.

Sorry, ergibt keinen Sinn für mich...

Autor: batman (Gast)
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Vielleicht wirds so in der Art. Der BJT und FET schalten nur bei 
richtiger Polung von V1 (Batterie) durch. V2 ist das NT.

Autor: Stephan (Gast)
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Waldemar Z. schrieb:
> Sorry, ergibt keinen Sinn für mich...

Die Ladeschaltung in der PICOUPS lädt mit max. 500mA. Ist also 
vernachlässigbar.

Wenn die Batterie so weit entladen ist, dass sie nicht mindestens 10A 
über die Sicherung treibt fliegt die Sicherung evtl. nie.
Damit die Sicherung schnell fliegt müssen es mindestens 20-30A sein.

Besucher1 schrieb:
> Die parallele Diode mit Sicherung funktioniert so weit. Nur habe ich das
> Problem, dass anstatt, dass die Sicherung fliegt, die Batterie, falls
> verpolt, verpolt geladen wird. Das kann aber zum einen daran leigen,
> dass die Batterie schon ziemlich leer ist, oder, dass ich die Sicherung
> mit 7,5A zu groß bemessen habe.
> Welche Sicherung würdet Ihr mir empfehlen, 5A?

Nimm das Relais.
Letztenendes hast du bewiesen, dass die Schaltung für eine universelle 
Absicherung nicht gut taugt.

Wie hast du die Diode gekühlt?
Bei 7,5A löst die Sicherung recht sicher nie aus, die Diode setzt dann 
mindestens über mehrere Sekunden 4 Watt um.
Ungekühlt macht das bei Tamb=25°C und den 60K/W eine 
Sperrschichttemperatur von 275°C. Sprich die Diode ist danach evtl. 
durchlegiert und schließt dauerhaft kurz oder dauerhaft offen und ohne 
Funktion.

Wurde / wird die Diode warm? Evtl. ist die inzwischen auch defekt.
Leuchtet eine 10W/21W/55W Lampe an der Batterie? Hell/Mittel/Glimmen?

Vmtl. ist die Batterie inzwischen aber komplett leer und auch dauerhaft 
defekt.

Autor: Waldemar Z. (waldemar_z39)
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> Wenn die Batterie so weit entladen ist, dass sie nicht mindestens 10A über die 
Sicherung treibt fliegt die Sicherung evtl. nie.
> Damit die Sicherung schnell fliegt müssen es mindestens 20-30A sein.

Ich glaube nicht, dass seine Batterie so tiefentladen ist, dass sie 
keine 30A mehr abgeben kann...

Daher sorry immernoch...

: Bearbeitet durch User
Autor: Stephan (Gast)
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batman schrieb:
> Vielleicht wirds so in der Art. Der BJT und FET schalten nur bei
> richtiger Polung von V1 (Batterie) durch. V2 ist das NT.

Das geht. Ist ja die verbesserte Relais-Variante.

Macht dem BC547 die verpolte BE-Strecke was aus? Da liegt das Limit ja 
meist bei 5-6V. Denke aber mit dem Vorwiderstand ists ok, oder?

Autor: Stephan (Gast)
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Waldemar Z. schrieb:
> Ich glaube nicht, dass seine Batterie so tiefentladen ist, dass sie
> keine 30A mehr abgeben kann...

Drum mal mit ner Lampe testen. Und ...

Besucher1 schrieb:
> dass die Batterie schon ziemlich leer ist

Woher weißt du, dass sie ziemlich leer ist?
Wie gemessen / ermittelt?
Was waren die Messwerte  Beobachtungen  etc.?

Autor: Besucher1 (Gast)
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Die Batterie, die ich hier habe ist tiefenentladen und tot. Später wird 
dann natürlich eine gute angehängt, da wird die Sicherung fliegen.

Die Diode bleibt auch bei verpolung kühl.
Ich werde das Ganze mit einer neuen Autobatterie testen und euch dann 
wieder Bescheid geben.

Autor: Stephan (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> Die Batterie, die ich hier habe ist tiefenentladen und tot.

Ok, dann war das wohl die Ursache.

Besucher1 schrieb:
> Die Diode bleibt auch bei verpolung kühl.

An der tiefentladenen Batterie sicher.
Um sicher innerhalb der Dioden-Specs zu bleiben müsste es aber vmtl. ein 
20A-Typ sein und zumindest ledilich gekühlt.

Autor: Manfred (Gast)
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Besucher1 schrieb:
> Die Batterie, die ich hier habe ist tiefenentladen und tot. Später wird
> dann natürlich eine gute angehängt, da wird die Sicherung fliegen.
Nochmal: Welcher Strom fließt dort tatsächlich, muß die wirklich 7,5A 
haben?

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