Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 3.3 V Lineare Spannungsregler und Referenz GND mit Potenzial


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Hallo zusammen,

mein Problem sieht wie folgt aus.

Ich habe eine Platine für einen ATMega164 mit integrierter Ladelogik und 
Tiefenentladungsschutz für einen Li-Ion Akku. Für den 
Tiefenentladungsschutz sorgt ein AP9101, der zwei MOSFET ansteuert.
Die MOSFET verbinden -oder unterbrechen- die Verbindung von GND zu dem 
negativ Pol des Akkus.

Über den MOSFET fallen, sobald der Stromkreis geschlossen ist, 0.45V ab. 
Somit besitzt GND ein Potenzial von 0.45V.

Bei vollem Akku (4.2 V) liefer der Lineare Spannungsregler AP7313 nur 3 
V. Wenn ich GND direkt mit dem negativ Pol des Akkus verbinde, also die 
MOSFET brücke, liefert er die gewünschten 3.3 V.

Da GND selbst mit 0.45 V als Referenz dient, frage ich mich warum er 
trotzdem nur 3 V liefer. Kann es sein, da es sich mehr oder weniger nur 
um einen Spannungsteiler handelt, dass nicht genug Strom fließt um die 
entsprechende Spannung zu gewährleisten?

Vielen dank für eure Hilfe und Nachsicht.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> ..und Nachsicht...

Welche Nachsicht? Weil Du zu deinem Problem keinen Schaltplan zeigst?
0,45 Volt an einem Mosfet, der wohl als Schalter dient, kommt mir z.B. 
etwas viel vor.

Hantz H. schrieb:
> Somit besitzt GND ein Potenzial von 0.45V.

GND ist GND und damit keine 0,45V.

von Hantz H. (peet_p)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Hantz H. schrieb:
>> Somit besitzt GND ein Potenzial von 0.45V.
>
> GND ist GND und damit keine 0,45V.

Es ist das Bezugspotential, also Masse. Diese kann auch von 0 abweichen.

von der schreckliche Sven (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Ich habe mal in Deiner Schaltung GND markiert.

von der schreckliche Sven (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Tut mir schrecklich leid...

von foobar (Gast)


Lesenswert?

Die MOSFETs (NTJD5121N) sind ungeeignet - bei den verhandenen Spannungen 
schaltet die garnicht oder nur so eben. Selbst voll durchgeschaltet 
(10Vgs) haben die immer noch über nen Ohm, bei 4.5V 2.5Ohm, mal 2 da 
zwei in Serie. Du möchtest welche, die bereits bei 2.5V ordentlich 
durchschalten.

Der 3.3V-Regler wird bei direkter Versorgung aus dem Akku seine 
Ausgangsspannung nicht bis zum Ende halten können. Evtl aus den 5V des 
Boost-Konverters versorgen.

Ladeschaltung seh ich da jetzt nicht. Sollte der AP9101 nur dem 
Unterspannungsschutz dienen, wäre evtl zu überlegen, ob man die Last 
nicht einfach über den EN-Pin des Boost-Konverters abschaltet.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

foobar schrieb:
> Die MOSFETs (NTJD5121N) sind ungeeignet - bei den verhandenen Spannungen
> schaltet die garnicht oder nur so eben. Selbst voll durchgeschaltet
> (10Vgs) haben die immer noch über nen Ohm, bei 4.5V 2.5Ohm, mal 2 da
> zwei in Serie. Du möchtest welche, die bereits bei 2.5V ordentlich
> durchschalten.

Laut Datenblatt ist die maximale Gate Threshold Voltage 2.5 V, normal 
1.7 V aus diesem Grund habe ich mich erst einmal für die entschieden.

> Der 3.3V-Regler wird bei direkter Versorgung aus dem Akku seine
> Ausgangsspannung nicht bis zum Ende halten können.

Prinzipiell ist es doch nur ein sich selbst regelnder Spannungsteiler. 
Was ist der Hintergrund für diese Aussage?


> Ladeschaltung seh ich da jetzt nicht. Sollte der AP9101 nur dem
> Unterspannungsschutz dienen, wäre evtl zu überlegen, ob man die Last
> nicht einfach über den EN-Pin des Boost-Konverters abschaltet.

Die Ladelogik ist ein MCP73831, da er für mein aktuelles Problem nicht 
relevant ist, habe ich diesen aus der Schaltung raus gehalten.
Der AP9101 dient nicht nur für Unterspannungsschutz, auch für 
Überspannungs- und Stromschutz.

Der En Pin braucht 90% von VIN, wenn ich das richtig gelesen habe. Mir 
würde jetzt keine einfache Schaltung einfallen um den Akku vor 
Tiefenentladung zu schützen.

EDIT:

Sind diese besser geeignet?

https://www.mouser.de/ProductDetail/Infineon-Technologies/BSD235NH6327XT?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi4XpehW3hEshLVVTN6eLTRg%3d

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Laut Datenblatt ist die maximale Gate Threshold Voltage 2.5 V, normal
> 1.7 V aus diesem Grund habe ich mich erst einmal für die entschieden.

Threshold Voltage ist die Spannung abwann der Mosfet zu leiten beginnt. 
Das beginnt im uA Bereich.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Threshold_voltage

Für Dich ist die Vgs wichtig bei der ein Mosfet sicher leitet, also sehr 
niederohmig wird. Stichwort: Rdson


Hantz H. schrieb:
> Sind diese besser geeignet?
>
> 
https://www.mouser.de/ProductDetail/Infineon-Technologies/BSD235NH6327XT?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi4XpehW3hEshLVVTN6eLTRg%3d

Der hat bei 2,5 Volt Vgs 0,6 Ohm. Bei 1 A sind das auch 0,6 Volt die am 
Transistor „hängenbleiben“.

: Bearbeitet durch User
von foobar (Gast)


Lesenswert?

> Der En Pin braucht 90% von VIN, wenn ich das richtig gelesen habe. Mir
> würde jetzt keine einfache Schaltung einfallen um den Akku vor
> Tiefenentladung zu schützen.

Ich hatte den DO-Pin des AP9101 im Sinn ;-)

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

> Der hat bei 2,5 Volt Vgs 0,6 Ohm. Bei 1 A sind das auch 0,6 Volt die am
> Transistor „hängenbleiben“.

Laut Datenblatt ist der MOSFET bei 2.5V mehr oder weniger komplett 
durchgeschaltet. (Seite 5, Abildung links unten)
Meine Gesamte Schaltung zieht maximal 100mA. Somit würde ich jetzt 
denken, dass der gut geeignet ist. Ich lasse mich gerne eines besseren 
belehren.

Ansonsten hätte ich diesen noch gefunden.

https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Siliconix/SQ1912AEEH-T1_GE3?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi5vIKI30lxcJpE%2fZi2Su5y0iuj684Ew2SQ%3d%3d

Würde sich denn dadurch mein grundlegendes Problem beheben? Darum ging 
es ja eingangs.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Threshold Voltage ist die Spannung abwann der Mosfet zu leiten beginnt.
Oder besser andersrum: die Thresholdspannung ist die, bei der der Mosfet 
noch sperrt. Wenn man sich das so merkt, kommt man nicht so leicht auf 
die Idee,  mit dieser Spannung seinen Schalter auszulegen.

Hantz H. schrieb:
> Laut Datenblatt ist der MOSFET bei 2.5V mehr oder weniger komplett
> durchgeschaltet. (Seite 5, Abildung links unten)
Und hat dann laut deiner Messung 4,5Ohm Widerstand (0,45V/100mA). Für 
einen Mosfet als Schalter ist das lausig. Ich würde da 100..1000 mal 
weniger erwarten...

: Bearbeitet durch Moderator
von foobar (Gast)


Lesenswert?

>> Der 3.3V-Regler wird bei direkter Versorgung aus dem Akku seine
>> Ausgangsspannung nicht bis zum Ende halten können.
>
> Prinzipiell ist es doch nur ein sich selbst regelnder Spannungsteiler.
> Was ist der Hintergrund für diese Aussage?

Na, der braucht am Eingang mindestens ~3.5V für 3.3V am Ausgang. Bei 
3.5V ist der Akku aber längst noch nicht leer. Der Unterspannungsschutz 
schaltet ja erst bei 2.5-3V ab (je nach Typ). Das letzte Drittel bis 
Viertel der Akkulaufzeit bekommt der 3.3V-Teil also keine 3.3V mehr 
sondern irgendwas drunter.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

foobar schrieb:
> Na, der braucht am Eingang mindestens ~3.5V für 3.3V am Ausgang. Bei
> 3.5V ist der Akku aber längst noch nicht leer. Der Unterspannungsschutz
> schaltet ja erst bei 2.5-3V ab (je nach Typ). Das letzte Drittel bis
> Viertel der Akkulaufzeit bekommt der 3.3V-Teil also keine 3.3V mehr
> sondern irgendwas drunter.

Das ist mir bewusst, dass er mehr als 3.3 V am Eingang braucht. Das war 
aber nicht die Frage.

Die Grundlegende Frage ist, warum er bei 4.2 V am Eingang und 0.45 V auf 
Bezugspotenzial keine 3.3 V ausgibt. Die Differenz daraus ist doch 3.7 V 
was ausreichend sein müsste.

von Dieter (Gast)


Lesenswert?

Der Regler mag es vielleicht nicht so gerne, wenn das Groundpotential 
mit dem Spannungsabfall ueber den MOS "mithuepft".

von Manfred (Gast)


Lesenswert?

Grundsätzlich ist es eine schlechte Idee, GND zu schalten.

Hantz H. schrieb:
> Laut Datenblatt ist der MOSFET bei 2.5V mehr oder weniger komplett
> durchgeschaltet. (Seite 5, Abildung links unten)
> Meine Gesamte Schaltung zieht maximal 100mA. Somit würde ich jetzt
> denken, dass der gut geeignet ist.

Bei UGS 2,5V hat der FET typ. 0,26 Ohm / max 0,36 Ohm. In der gegebenen 
Kasperschaltung sieht der obere FET niemals die volle UGS, da der untere 
FET dazwischen steht. Es wäre mal zu messen, wie die UGS wirklich 
aussehen, das ist nicht wirklich schwierig?

Ich würde ein komplettes Redesign anstreben, mit einem ordentliche 
P-Kanal oben schalten.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Die Grundlegende Frage ist, warum er bei 4.2 V am Eingang und 0.45 V auf
> Bezugspotenzial keine 3.3 V ausgibt. Die Differenz daraus ist doch 3.7 V
> was ausreichend sein müsste.

An welchem Punkt liegt denn der Minuspol von dem Messgerät?

Welhalb kein LDO mit deutlich geringeren Eigenverbrauch? Weshalb kein 
Akku mit eingebauter Protection?

Die 0,45 V sind jedenfalls zu hoch.


Manfred schrieb:
> Grundsätzlich ist es eine schlechte Idee, GND zu schalten.

Zustimmung!

: Bearbeitet durch User
von Martin Beuttenmüller (Gast)


Lesenswert?

Guten Abend ...

Mich befremden die beiden FETs ein wenig: so, wie sie eingezeichnet
sind, sind beide Drain-Anschlüsse verbunden. Nach meinem Verständnis
bedeutet das: es arbeitet IMMER ein FET rückwärts.

Ob das so vorgesehen ist?

Viel Erfolg
Martin

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Manfred schrieb:
> Bei UGS 2,5V hat der FET typ. 0,26 Ohm / max 0,36 Ohm. In der gegebenen
> Kasperschaltung sieht der obere FET niemals die volle UGS, da der untere
> FET dazwischen steht. Es wäre mal zu messen, wie die UGS wirklich
> aussehen, das ist nicht wirklich schwierig?

Vielleicht vorher ins Datenblatt schauen, bevor man solche überheblichen 
Kommentare von sich gibt. Die Verschaltung ist so vom Hersteller 
vorgegeben.

> Ich würde ein komplettes Redesign anstreben, mit einem ordentliche
> P-Kanal oben schalten.

Dann müsste ich entgegen den Herstellervorgaben das Design erstellen, 
wodurch die gewährleistete Funktionsfähigkeit der Bauteile erlischt.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> An welchem Punkt liegt denn der Minuspol von dem Messgerät?

Jeweils
Pluspol -> Minuspol
Bezugspotenzial -> Minuspol

Die 3 V sind von 3.3 V Ausgang zu Bezugspotenzial gemessen.

> Weshalb kein Akku mit eingebauter Protection?

Weil ich mich diesbezüglich informiert habe und HIER im Forum 
ausdrücklich gesagt wurde, das ein Akku mit Schutzschaltung trotzdem 
eine gesonderte Schutzschaltung auf der Platine benötigt, da die im Akku 
integrierte Schaltung dafür nicht vorgesehen ist.

> Manfred schrieb:
>> Grundsätzlich ist es eine schlechte Idee, GND zu schalten.
>
> Zustimmung!

Ist so vom Hersteller vorgegeben.

von Manfred (Gast)


Lesenswert?

Martin Beuttenmüller schrieb:
> es arbeitet IMMER ein FET rückwärts.

Und damit ist immer der Spannungsabfall einer Body-Diode fällig, willst 
Du sagen? Kann so passen.

von foobar (Gast)


Lesenswert?

> Mich befremden die beiden FETs ein wenig: so, wie sie eingezeichnet
> sind, sind beide Drain-Anschlüsse verbunden. Nach meinem Verständnis
> bedeutet das: es arbeitet IMMER ein FET rückwärts.

Nicht, wenn beide Gates durchgesteuert sind. Zwei antiserielle FETs sind 
nötig, um sowohl das Entladen als auch das Laden unterbrechen zu können.


> Die Grundlegende Frage ist, warum er bei 4.2 V am Eingang und 0.45 V
> auf Bezugspotenzial keine 3.3 V ausgibt.

Mess doch bitte noch mal die Spannungen zwischen Pin 1+3 und Pin 2+3 des 
AP7313-33. Deine Prosa verwirrt mich ;-)


> Grundsätzlich ist es eine schlechte Idee, GND zu schalten.

Stimme ich prinzipiell zu, erlaube hier aber ne Ausnahme. Der Akku mit 
der Schutzschaltung ist ein Block; der Minus-Pol des Akkus ist ein 
internes Potential, das diesen Block nie verläßt.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

foobar schrieb:
> Mess doch bitte noch mal die Spannungen zwischen Pin 1+3 und Pin 2+3 des
> AP7313-33.

Wie oben geschrieben:

1 -> 3 = 3.7 V

2 -> 3 = 3 V

von Dieter (Gast)


Lesenswert?

Ein Oszi steht Dir nicht zu Verfuegung?
Scheint ein EigenEMVproblem vorzuliegen.
Vor alkem, wenn bei Li voll die Ladephasenzeit von L minimal ist.

Um schnell mal alle wichtigen Spannungsstufen zu haben, nehme ich 
manchmal 3 NiMh und Dioden in Reihe und bruecke unterschiedlich viele.

Mach bitte eine Tabelle mit unterschiedlicher Eingangsspannung und 
minimaler Last am 3.3V Ausgang.

von M.A. S. (mse2)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Wie oben geschrieben:
>
> 1 -> 3 = 3.7 V
>
> 2 -> 3 = 3 V


Das ist seltsam. Lt. Datenblatt hat der Baustein bei 150mA ein max. 
Dropout von 300mV. Wenn also der Aufbau dem Schaltplan entspricht und 
richtig gemessen wurde, dann sehe ich folgende Möglichkeiten:

- Baustein kaputt,
- Strom höher als 150mA,
- Regler schwingt (mit Oszilloskop zu prüfen).

Lt. Datenblatt soll er stabil laufen mit "low ESR ceramic output 
capacitor".
Was für Kondensatortypen sind denn C12 und C15?
Wie ist das räumlich ganze angeordnet?

: Bearbeitet durch User
von Purzel H. (hacky)


Lesenswert?

Klopp den Murks in die Tonne, und fang neu an.

von M.A. S. (mse2)


Lesenswert?

Jetzt ist G. schrieb:
> Klopp den Murks in die Tonne, und fang neu an.

Selbst wenn er das täte: solange die alten Fehler nicht gefunden sind, 
würden diese wahrscheinlich wiederholt...

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

M.A. S. schrieb:

> Das ist seltsam. Lt. Datenblatt hat der Baustein bei 150mA ein max.
> Dropout von 300mV. Wenn also der Aufbau dem Schaltplan entspricht und
> richtig gemessen wurde, dann sehe ich folgende Möglichkeiten:
>
> - Baustein kaputt,
> - Strom höher als 150mA,
> - Regler schwingt (mit Oszilloskop zu prüfen).

Wenn ich wie weiter oben erwähnt die MOSFET brücke, liefert der Baustein 
die gewünschten 3.3 V. Somit kann dieser als funktionsfähig angesehen 
werden.
Dementsprechend würde ich dem Argument zustimmen, dass die MOSFET zu 
Hochohmig sind für die Schaltung. Habe deshalb schon neue bestellt, die 
ich oben als letztes verlinkt habe.

> Lt. Datenblatt soll er stabil laufen mit "low ESR ceramic output
> capacitor".
> Was für Kondensatortypen sind denn C12 und C15?
> Wie ist das räumlich ganze angeordnet?

Wie im Datenblatt angegeben Keramikkondensatoren, die direkt beim Ein- 
bzw. Ausgang sitzen.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Dieter schrieb:
> Ein Oszi steht Dir nicht zu Verfuegung?

Leider nicht, nein.

> Mach bitte eine Tabelle mit unterschiedlicher Eingangsspannung und
> minimaler Last am 3.3V Ausgang.

Habe ich schon mehr oder weniger, mit unterschiedlicher Ladung des 
Akkus.

Von 3.5 V bis 4.2 V liefert er immer die selben 3 V am Ausgang. 
Unabhängig von der Last. Sprich sowohl im beschalteten Zustand mit 330 
Ohm Widerstand, als auch unbeschaltet.

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

Wenn du kein Oszi zur Verfügung hast: stellt dein Multimeter mal in den 
AC-Bereich und miss den Spannungsabfall an den FETs.

Geht der Wert gegen 0? Dann verstehe ich deine Messergebnisse auch 
nicht.

Oder bekommst du einen Messwert von einigen 100 mV? Dann sind die zuvor 
gemessenen 450mV nur der zeitliche Mittelwert, und an den FETs fällt mal 
mehr und mal weniger Spannung ab weil der AP9101 ständig hin und her 
schaltet. Dann liefert wohl auch der AP7313 in den "ON-Phasen" die 
richtige Spannung, und in den "Off-Phasen" kann er halt nicht arbeiten.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Achim S. schrieb:
> Dann sind die zuvor gemessenen 450mV nur der zeitliche Mittelwert, und an den 
FETs fällt mal
> mehr und mal weniger Spannung ab weil der AP9101 ständig hin und her
> schaltet. Dann liefert wohl auch der AP7313 in den "ON-Phasen" die
> richtige Spannung, und in den "Off-Phasen" kann er halt nicht arbeiten.

Der AP9101 schaltet permanent voll durch, solange die Akku-Spannung den 
kritischen Wert nicht unter-/überschreitet.

Wenn er voll durchschaltet liegen an D0 4.2 V an und an C0 0.6 V weniger 
als an D0.

Die AC-Messung werde ich machen, sobald ich kann.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Von 3.5 V bis 4.2 V liefert er immer die selben 3 V am Ausgang.
> Unabhängig von der Last.

Kann nicht sein!

Hantz H. schrieb:
> Wenn ich wie weiter oben erwähnt die MOSFET brücke, liefert der Baustein
> die gewünschten 3.3 V. Somit kann dieser als funktionsfähig angesehen
> werden.

Hantz H. schrieb:
> Von 3.5 V bis 4.2 V liefert er immer die selben 3 V am Ausgang.
> Unabhängig von der Last. Sprich sowohl im beschalteten Zustand mit 330
> Ohm Widerstand, als auch unbeschaltet.

Diese 3 Aussagen/Messungen passen nicht zusammen und sind nicht 
plausibel. Wenn direkt am Regler zwischen GND und Out gemessen wird, und 
Ue hoch genug ist, muss der Ausgang bei 3,3 Volt liegen.

Entweder misst Du falsch oder die Schaltung schwingt.

Zeige doch mal verschiedene Fotos mit Messungen an der Schaltung, vor 
allem am Regler.

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Diese 3 Aussagen/Messungen passen nicht zusammen und sind nicht
> plausibel. Wenn direkt am Regler zwischen GND und Out gemessen wird, und
> Ue hoch genug ist, muss der Ausgang bei 3,3 Volt liegen.

Doch sind sie, weil sie der Realität entsprechen. Die 3.3 V messe ich 
nur, wenn ich die MOSFET überbrücke. Überbrücke ich diese nicht, messe 
ich nur 3V unabhängig von der Spannung am Eingang und unter 
Berücksichtigung, dass ich den Ausgang nicht überlaste.

> Entweder misst Du falsch oder die Schaltung schwingt.

Es mag Leute geben, die bei 3 möglichen Punkten falsch messen, ich 
gehöre jedoch nicht dazu. Es kann sein dass die Schaltung schwingt, bzw. 
die MOSFET das Problem darstellen. Die Aussage diesbezüglich weiter oben 
klingt durchaus plausibel.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Doch sind sie, weil sie der Realität entsprechen. Die 3.3 V messe ich
> nur, wenn ich die MOSFET überbrücke.

Trotzdem passt die Messung nicht.

Selbst wenn GND 10 Volt über dem Rest der Schaltung liegt, und Ue 13,7 
Volt wären, müsstest Du zwischen GND des Reglers und Out 3,3 Volt 
messen. Das dein Regler erst dann 3,3 Volt liefert wenn die Transistoren 
überbrückt werden ist nicht logisch.

Hantz H. schrieb:
> Es mag Leute geben, die bei 3 möglichen Punkten falsch messen, ich
> gehöre jedoch nicht dazu.

Ich habe schon Pferde vor der Apotheke.....


Hantz H. schrieb:
> Es kann sein dass die Schaltung schwingt, bzw. die MOSFET das Problem
> darstellen.

Kann sein, aber dann würde sich der Messwert vermutlich ändern wenn man 
die Schaltung mit den Fingern berührt.


Ich wiederhole noch einmal einen Kommentar von mir selbst:

Jörg R. schrieb:
> Zeige doch mal verschiedene Fotos mit Messungen an der Schaltung, vor
> allem am Regler.

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Selbst wenn GND 10 Volt über dem Rest der Schaltung liegt, und Ue 13,7
> Volt wären, müsstest Du zwischen GND des Reglers und Out 3,3 Volt
> messen. Das dein Regler erst dann 3,3 Volt liefert wenn die Transistoren
> überbrückt werden ist nicht logisch.

Genau den selben Gedanken hatte ich auch, schon von Anfang an. Mir hat 
es sich auch nicht erschlossen, warum dieser Fehler entgegen aller Logik 
auftritt.

EDIT:

Was ich die ganze Zeit noch erwähnen wollte ist, das der Boost-Konverter 
die Spannung liefert, die er liefern soll. Unabhängig ob die MOSFET 
überbrückt sind.
Auch der ATMega164 läuft problemlos bei 16 Mhz mit der Boost-Versorgung.

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)



Lesenswert?

> Jörg R. schrieb:
> Zeige doch mal verschiedene Fotos mit Messungen an der Schaltung, vor
> allem am Regler.

Die AC-Messung hat tatsächlich einen Wert ergeben, wie auf den Bildern 
zu sehen. Sind etwas verwackelt, da ich leider nur zwei Hände habe.

von Bernd K. (bmk)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
>
> Ansonsten hätte ich diesen noch gefunden.
>
> 
https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Siliconix/SQ1912AEEH-T1_GE3?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi5vIKI30lxcJpE%2fZi2Su5y0iuj684Ew2SQ%3d%3d
>
> Würde sich denn dadurch mein grundlegendes Problem beheben? Darum ging
> es ja eingangs.

Es gibt doch für diesen Zweck passende MOSFETs
mit Rdson um die 3-6 Milliohm. Beispiele:

https://www.mouser.de/datasheet/2/196/irl6297sdpbf-1227821.pdf

https://www.mouser.de/datasheet/2/115/DMN1003UCA6-1142583.pdf

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Die AC-Messung hat tatsächlich einen Wert ergeben, wie auf den Bildern
> zu sehen.

Tja, dann stimmt diese Vermutung halt nicht:

Hantz H. schrieb:
> Der AP9101 schaltet permanent voll durch, solange die Akku-Spannung den
> kritischen Wert nicht unter-/überschreitet.

Stattdessen schaltet dein AP9101 mit 120Hz, was zu folgendem Verhalten 
führt:

Achim S. schrieb:
> Dann sind die zuvor
> gemessenen 450mV nur der zeitliche Mittelwert, und an den FETs fällt mal
> mehr und mal weniger Spannung ab weil der AP9101 ständig hin und her
> schaltet. Dann liefert wohl auch der AP7313 in den "ON-Phasen" die
> richtige Spannung, und in den "Off-Phasen" kann er halt nicht arbeiten.

Wenn in der off-Phase an den FETs nicht nur 450mV sondern 450mV+x 
abfallen, dann reicht in dieser Phase der Spannungsabfall zwischen Bat+ 
und GND halt nicht aus, um daraus 3,3V zu erzeugen. Und im zeitlichen 
Mittel gibt der LDO die gemessenen 3V aus.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Bernd K. schrieb:
> Es gibt doch für diesen Zweck passende MOSFETs
> mit Rdson um die 3-6 Milliohm. Beispiele:
>
> https://www.mouser.de/datasheet/2/196/irl6297sdpbf-1227821.pdf
>
> https://www.mouser.de/datasheet/2/115/DMN1003UCA6-1142583.pdf

Danke fürs raussuchen, aber die sind nicht einfach von Hand lötbar, was 
jedoch gegeben sein muss.

Achim S. schrieb:
> Stattdessen schaltet dein AP9101 mit 120Hz, was zu folgendem Verhalten
> führt:

Was aber keinen Sinn ergibt, da mit keiner Silbe im Datenblatt erwähnt 
wird, das er getaktet Schaltet.

> Wenn in der off-Phase an den FETs nicht nur 450mV sondern 450mV+x
> abfallen, dann reicht in dieser Phase der Spannungsabfall zwischen Bat+
> und GND halt nicht aus, um daraus 3,3V zu erzeugen. Und im zeitlichen
> Mittel gibt der LDO die gemessenen 3V aus.

Könnte man denken, möchte ich auch nicht bestreiten. Jedoch würde das 
dem Sinn dieses Bausteins entgegenlaufen, da er als Schutzschaltung für 
Kleingeräte wie Handys, MP3-Player etc. dienen soll und in diesen 
Geräten meist eine Spannungsanpassung stattfindet.
Sobald ich die neuen MOSFET habe, wird sich zeigen wie es sich verhält.

von Dieter (Gast)


Lesenswert?

Also andere MOS oder R4 ersetzen durch einen anderen Widerstand in Reihe 
mit Schotty-Diode auf Pluspol und eine weitere Diode zum +5V Ausgang.
Wenn der Pin am IC gleichzeitig Versorgung und Spannungserkennung ist, 
funktioniert die Ueber/Unterspannungsabschaltung nicht mehr.
Was ist mit Pin6?

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Was aber keinen Sinn ergibt, da mit keiner Silbe im Datenblatt erwähnt
> wird, das er getaktet Schaltet.

Das ist natürlich auch nicht die gewünschte und normale Funktion dieses 
Bausteins. Sondern das ist ein Fehlverhalten, das in deiner konkreten 
Schaltung auftritt.

Mit Oszilloskop wäre die Suche nach dem Grund für das Fehlverhalten 
einfacher. Einen ersten Hinweis könntest du wieder ohne Oszi bekommen, 
wenn du mit dem Multimeter in der gewohnten Weise die beiden Signale CO 
und DO des AP9101 misst. Also nicht nur mit DC sondern auch mit 
AC-Kopplung um zu sehen, welcher der beiden Ausgänge für den getaktete 
Betrieb verantwortlich ist.

von Achim S. (Gast)


Lesenswert?

Welches ist eigentlich die exakte Typnummer deines AP9101? In den 
zusätzlichen Ziffern sind ja die Schaltpunkte für die verschiedenen 
Schutzabschaltungen definiert sowie die Verzögerungen, mit denen eine 
Abschaltung aktiv wird.

Z.B. liegt der Spannungsabfall an den FETs zur Detektion eines zu großen 
Entladestroms (V_DOC) je nach exaktem Typ zwischen 64mV und 250mV. Mit 
deinen FETs und den daraus folgenden 450mV Spannungsabfall reißt du 
dieses Limit in jedem Fall, so dass der Baustein immer wieder abschalten 
muss.

Ich tippe mal darauf, dass du Delay time option 2 verbaut hast, und die 
zugehörigen Delay times von t_DOC=8ms zu deiner 120Hz Taktung führen.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Achim S. schrieb:
> Welches ist eigentlich die exakte Typnummer deines AP9101?

Der genaue Typ ist AP9101CAK-ABTRG1
>
> Z.B. liegt der Spannungsabfall an den FETs zur Detektion eines zu großen
> Entladestroms (V_DOC) je nach exaktem Typ zwischen 64mV und 250mV. Mit
> deinen FETs und den daraus folgenden 450mV Spannungsabfall reißt du
> dieses Limit in jedem Fall, so dass der Baustein immer wieder abschalten
> muss.

Jetzt wo du es sagt, fällt es mir auch auf. Wie war das noch mit Wald 
und Bäumen?

von Armin X. (werweiswas)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Bei UGS 2,5V hat der FET typ. 0,26 Ohm / max 0,36 Ohm. In der gegebenen
>> Kasperschaltung sieht der obere FET niemals die volle UGS, da der untere
>> FET dazwischen steht. Es wäre mal zu messen, wie die UGS wirklich
>> aussehen, das ist nicht wirklich schwierig?
>
> Vielleicht vorher ins Datenblatt schauen, bevor man solche überheblichen
> Kommentare von sich gibt. Die Verschaltung ist so vom Hersteller
> vorgegeben.
>
>> Ich würde ein komplettes Redesign anstreben, mit einem ordentliche
>> P-Kanal oben schalten.
>
> Dann müsste ich entgegen den Herstellervorgaben das Design erstellen,
> wodurch die gewährleistete Funktionsfähigkeit der Bauteile erlischt.

Das macht man bei diesen Bausteinen so um den Akku an den selben 
Anschlüssen auch wiederladen zu können und gleichzeitig eine Abschaltung 
gegen Überladung zu realisieren.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Um den Thread mal upzudaten.

Ich habe jetzt den oben genannten

https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Siliconix/SQ1912AEEH-T1_GE3?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi5vIKI30lxcJpE%2fZi2Su5y0iuj684Ew2SQ%3d%3d

verbaut, mit einem RDS_on von 0,26 Ohm.
Es fallen aber immer noch 0,4 V über dem MOSFET ab, was ich absolut 
nicht verstehe. Das müsste bedeuten, das mindestens 1A fließen, was 
schlicht nicht stimmt, da der Akku länger hält, als es physikalisch 
möglich wäre.
An den Gates liegen 4,1 V respektive 3,7 V an, was laut Datenblatt 
vollkommen ausreichend sein sollte.

Die einzige Idee die ich noch habe ist, der mir Boos-Konverter 
dazwischen grätscht.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Ich habe jetzt den oben genannten
>
> 
https://www.mouser.de/ProductDetail/Vishay-Siliconix/SQ1912AEEH-T1_GE3?qs=sGAEpiMZZMshyDBzk1%2fWi5vIKI30lxcJpE%2fZi2Su5y0iuj684Ew2SQ%3d%3d
>
> verbaut, mit einem RDS_on von 0,26 Ohm.
> Es fallen aber immer noch 0,4 V über dem MOSFET ab, was ich absolut
> nicht verstehe. Das müsste bedeuten, das mindestens 1A fließen, was
> schlicht nicht stimmt, da der Akku länger hält, als es physikalisch
> möglich wäre.
> An den Gates liegen 4,1 V respektive 3,7 V an, was laut Datenblatt
> vollkommen ausreichend sein sollte.

Nein, 0,26 Ohm hat der Transistor bei deinen Vgs Werten nicht. 
Garantiert sind 0,28 Ohm bei Vgs 4,5 Volt. Gehe mal eher von 0,4 Ohm 
aus.
Der Rdson ist relativ hoch. Ein z.B. IRLML2502 ist nahezu um den den 
Faktor 10 besser.

Ob da 1 A fließt würde ich messen, nicht anhand der Akkulaufzeit 
schätzen.


> Die einzige Idee die ich noch habe ist, der mir Boos-Konverter
> dazwischen grätscht.

Ja, vielleicht. Dann musst Du den Fehler eingrenzen und den 
Boost-Converter als mögliche Fehlerursache ausklammern.

Vielleicht ist die Schaltung auch falsch oder unvollständig aufgebaut.

Du solltest auch mal auf einige Kommentare eingehen. Aufgrund deiner 
Antworten bezweifle ich dass du alles liest - und ggf. auch umsetzt.

Zeige mal detaillierte Fotos vom Aufbau.

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Garantiert sind 0,28 Ohm bei Vgs 4,5 Volt. Gehe mal eher von 0,4 Ohm
> aus.

Ich war in der Zeile verrutscht, du hast natürlich Recht. Allerdings 
sind die 0,4 V immer noch zu hoch bei dem geringen Rds_on Wert. Kann es 
vielleicht die Body-Diode sein?

> Vielleicht ist die Schaltung auch falsch oder unvollständig aufgebaut.

Alles was in der Schaltung ist, bzw. den Schaltplan habe ich bereits 
gepostet.

> Du solltest auch mal auf einige Kommentare eingehen. Aufgrund deiner
> Antworten bezweifle ich dass du alles liest - und ggf. auch umsetzt.

Natürlich lese ich alle Kommentare, nur gehe ich auf Kommentare wie 
"Alles mist, mach neu!" nicht ein.
Vorgeschlagene Messungen habe ich inklusive Bilder gepostet.

von Jörg R. (solar77)


Lesenswert?

Hantz H. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Garantiert sind 0,28 Ohm bei Vgs 4,5 Volt. Gehe mal eher von 0,4 Ohm
>> aus.
>
> Ich war in der Zeile verrutscht, du hast natürlich Recht. Allerdings
> sind die 0,4 V immer noch zu hoch bei dem geringen Rds_on Wert. Kann es
> vielleicht die Body-Diode sein?

Die Body-Diode kann es eigentlich nicht sein, dann wäre der Wert höher. 
Zudem wäre die Schaltung dann auch falsch aufgebaut.


>> Vielleicht ist die Schaltung auch falsch oder unvollständig aufgebaut.
>
> Alles was in der Schaltung ist, bzw. den Schaltplan habe ich bereits
> gepostet.

Du hast einige wenige Fotos mit Messserten gepostet. Der komplette und 
detaillierte Aufbau fehlt. Dazu hast Du einen anderen Transistor 
gewählt, wie ist der verbaut? Es sind doch 2 Transistoren in einem 
Gehäuse.


>> Du solltest auch mal auf einige Kommentare eingehen. Aufgrund deiner
>> Antworten bezweifle ich dass du alles liest - und ggf. auch umsetzt.
>
> Natürlich lese ich alle Kommentare, nur gehe ich auf Kommentare wie
> "Alles mist, mach neu!" nicht ein.

Diese Kommentare meine ich auch nicht. Es sind aber noch andere Fragen 
offen. Auch z.B. die wie Du den Fehler eingrenzen möchtest.


> Vorgeschlagene Messungen habe ich inklusive Bilder gepostet.

Aktuell und mit den vorliegenden Informationen kann Dir wohl niemand 
weiterhelfen.

Meiner Ansicht nach sollte auch ein Oszi eingesetzt werden.

: Bearbeitet durch User
von Hantz H. (peet_p)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Jörg R. schrieb:
> Du hast einige wenige Fotos mit Messserten gepostet. Der komplette und
> detaillierte Aufbau fehlt. Dazu hast Du einen anderen Transistor
> gewählt, wie ist der verbaut? Es sind doch 2 Transistoren in einem
> Gehäuse.

Es ist in der Schaltung nichts weiter vorhanden, als die im Eingang 
angefügte Schaltung. An der 5 V Leitung ist lediglich der uC, sonst 
weiter nichts.

> Es sind aber noch andere Fragen
> offen. Auch z.B. die wie Du den Fehler eingrenzen möchtest.

Ich hielt die Argumentation bezüglich des zu hohen Rds_on Wertes als 
sehr plausibel, weshalb ich zunächst den MOSFET austauschen wollte, 
bevor ich weitere Untersuchungen durchführe. Was ich jetzt, da es keine 
Besserung gebracht hat machen soll, weiß ich selbst nicht so recht.

> Meiner Ansicht nach sollte auch ein Oszi eingesetzt werden.

Hätte ich ein Oszi zur Verfügung, würde ich das sofort machen. Da ich 
aber keinerlei Möglichkeiten habe eines zu nutzen, kann ich hier leider 
nichts machen.

Da es sich um gelötete SMD ICs handelt und sich das entfernen als 
relativ schwierig gestaltet, möchte ich hier ungern Bauteile 
beschädigen.
Dennoch werde ich versuchen den Boost-Konverter zu entfernen, um zu 
sehen wie sich die Schaltung dann verhält.

Des weiteren werde ich versuchen, den Gesamtstrom zu messen.

Anbei noch die Bilder bezüglich des MOSFET, jeweils Integration in das 
Platinenlayout und der Vergleich mit dem Schaltbild aus dem Datenblatt.
Ein Bild des verlöteten ICs erübrigt sich an dieser Stelle, weil rein 
garnichts zu erkennen ist. Hier müsst ihr einfach davon ausgehen, dass 
dieser Richtig verlötet ist, da ja wie du selbst sagst, die Werte 
deutlich höher sein müssten.

von Hantz H. (peet_p)


Lesenswert?

Also, ich habe einmal die Spule des Boost-Konverters entfernt, um diesen 
temporär herauszunehmen.
Das Resultat zeigt sich wie folgt.

Über dem MOSFET fällt jetzt maximal eine Spannung von 0.1 V ab. Diese 
ist jedoch nur so hoch, weil an D0 irritierend erweise nur 0.9 v 
anliegen, wo es vorher 3.7 V waren.

Die Schaltung funktioniert nur, wenn die Last erst zugeschaltet wird, 
nachdem der AP9101 mit Spannung versorgt wurde. Weiter wurde ein 
Widerstand mit 470 Ohm an die 3.3 V -> "GND" angeschlossen.
In dieser Konstellation floss in der gesamten Schaltung ein Strom von 
5mA.
Der uC war in der gesamten Zeit nicht angeschlossen.

Im Anschluss wurde dann der uC und ein OLED Display angeschlossen, 
hierbei viel mehr Spannung am MOSFET ab, das Display funktionierte 
jedoch.

Die Frage die mich jetzt beschäftig ist, warum nur 0.9 V an DO des AP 
9101 anliegen.

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.