Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MCP73831 Schaltung erweitert


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von Matt (Gast)


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Hallo Zusammen

Ich möchte gerne den MCP73831 nutzen um eine LiPo 1 Zellenakku zu laden. 
Die Schaltung des MCP73831 ist klar und verständlich im Datenblatt 
bereits erklärt. Hierzu gibt es keine Fragen.

Da ich über USB Buchse lade und an der LiPo Zell ein fixen LDO mit 3.3V 
inkl. Mikrokontroller habe, benötige ich noch eine Schaltung, welche 
regelt, woher der Strom kommt (also eine Art Switch).

a) Wenn USB eingesteckt, dann Batterie laden und Miktrokontroller 
speisen.
b) Wenn USB ausgesteckt, dann bitte Strom an Mikrokontroller abgeben.

Dazu habe ich mir die Schaltung im Anhang mal angesehen (Diode + 
Mosfet). Ich werde allerdings nicht zu 100% schlau wie Sie ganz genau 
funktioniert. So ungefähr weiss ich es. Aber ungefähr reicht nicht.

So zu den Fragen:
a) Was macht der Mosfet ganz genau wenn Strom über USB kommt?
b) Was macht dieser R7 10kOhm?
c) Mit welchen Parametern lege ich die D2 aus, damit das ungefähr passt?
d) Hat mir jemand für SMD Packagesize 0805 oder 0603 Vorschläge für D2 
und Q1, die auch passen würden?

Danke für eure Inputs und eure investierte Zeit. Bin euch sehr dankbar!

Beste Grüsse
Matthias

von Rest (Gast)


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Matt schrieb:
> So zu den Fragen:
> a) Was macht der Mosfet ganz genau wenn Strom über USB kommt?

Hochohmig werden, also VBATT von der Schaltung abtrennen. Der P-Kanal 
wird hochohmig wenn an seinem Gate eine Spannung größer als die Gate 
Threshold Spannung (Ugs_th) anliegt. Schaltet den Akku also weg.

> b) Was macht dieser R7 10kOhm?

Das ist ein Pulldown-Widerstand der das hochohmige Gate von Q1 nach 
Masse zieht. Das stellt einen festen Pegel ein (wenn kein USB 
angeschlossen ist). Ansonsten würde der Mosfet wild rumschalten da er an 
seinem Gate diverse Störungen einfängt (wenn USB nicht angeschlossen 
ist).

> c) Mit welchen Parametern lege ich die D2 aus, damit das ungefähr passt?

Garnicht. D2 ist der Strompfad über den die Schaltung versorgt wird, 
wenn USB angeschlossen ist. Ziel ist hier eine möglichst geringe 
Vorwärtsspannung. Über der Diode entsteht Verlustleistung (Wärme) wenn 
Strom über sie fließt. Die verwendete Schottky-Diode hat eine geringe 
Vorwärtsspannung (~0,3V) und ist darum gegenüber anderen Diodentypen 
(z.B. Silizium ~0,7V) zu bevorzugen

> d) Hat mir jemand für SMD Packagesize 0805 oder 0603 Vorschläge für D2
> und Q1, die auch passen würden?

Gibt es nicht. Die von dir genannten SMD-Gehäuse sind für passive 
Komponenten (hauptsächlich Widerstand und Kondensator). Es gibt einige 
Spulen und evtl. noch LEDs in diesen Gehäusen. Für Dioden und 
Transistoren gibt es eigene Gehäuse (z.B. SOT23, SOD123, ...). Da würde 
ich mir keine Mühe machen was zu suchen. Nimm Standardgehäuse und gut. 
Was erhoffst du dir von 0603 oder 0805 (abgesehen davon, dass es 
Transistoren nicht in solchen Gehäusen gibt) ?

von Matt (Gast)


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Moin Zusammen

Grüble immer noch am Q1 rum insbesondere an der Auslegung.

Ich habe mir das Ganze mal noch genauer angeschaut mit einem P-Channel 
Mosfet. Ich habe folgende Probleme beim Auslegen:

- ca. 800 mA Strom der gezogen werden kann
- Gate Source Threshold kann bei mir nur um 0.6 V liegen

Ohne Charge Pump wird das doch nichts oder mit einem P-Channel Mosfet?

Ich steh irgendwie am Berg, wenn ich mir Q1 auslegen möchte. 
Irgendwelche Ideen?

Gruss
Matthias

von ÄXl (Gast)


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Wenn U_BAT deutlich größer, als deine USB-Spannung wird. Erst dann 
sperrt der Transistor nicht mehr. Sonst ist alle im grünen bereich.
USB-Spannung ca5 Volt. Dein Akku hat 3.6-4.1V. Gate liegt auf 5Volt, 
Drain auf 4.1 U_gs +0.9V, Transistor sperrt, deine Schaltung wird uber 
USB (+Diode) versorgt.
Akku Hat immernoch 4Volt, USB ist nun aus: Gate liegt über den 10K an 
Masse.
Transistor hat nun U_gs -4.1V -> leitet(P-Kanal) und lässt Strom Über 
Drain-Source vom Akku in deine Schaltung fliessen.

Beträgt deine Akkuspaanung immer 9-10V (zB. drei Lipo-Zellen), leitet 
der Transistor immer, weil sein U_gs immer negativ sein wird.

Wenn USB aus:Source an 10V vom Akku, Gate über 10K auf GND: U_gs -10V -> 
leitet, okay

ABER

Wenn USB an: Source an 10V vom Akku, Gate an 5V vom USB: U_gs -5V -> 
leitet immernoch, nicht gut...
Also: für eine Lithium Zelle oder drei AA-Zellen okay, nicht für hohere 
BatterieSpannungen.

von ÄXl (Gast)


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https://www.amazon.com/100pcs-1N5819-IN5819-SOD-323-Diode/dp/B07K57MPXP
Achso: passende Diode.
Nicht 0603 aber fast. ;)

von ÄXl (Gast)


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Matt schrieb:
> - ca. 800 mA Strom der gezogen werden kann
> - Gate Source Threshold kann bei mir nur um 0.6 V liegen

Darauf ging ich jetzt garnicht ein, sry...
Transistor
-----------
https://www.reichelt.de/mosfet-p-ch-20v-3-7a-1-3w-sot-23-irlml-6402-p108743.html?

Was hat es damit aufsich? Wie kommst du auf deise 0.6V?
> - Gate Source Threshold kann bei mir nur um 0.6 V liegen

von Dirk S. (fusebit)


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Matt schrieb:

>
> Da ich über USB Buchse lade und an der LiPo Zell ein fixen LDO mit 3.3V
> inkl. Mikrokontroller habe, benötige ich noch eine Schaltung, welche
> regelt, woher der Strom kommt (also eine Art Switch).
>

> Matthias

Warum brauchst Du das?

Ich habe einen MCP1700 hinter dem Akku und einen MCP73831 zum laden, 
ohne irgendetwas anderes. Der Akku wird dann einfach geladen während er 
auch den Strom liefert. Funktioniert problemlos oder verletze ich dabei 
irgendwelche Grundsätze?

von Jürgen W. (Firma: MED-EL GmbH) (wissenwasserj)


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Auch wenn der Rest der Schaltung fehlt:
Es ist ja offenkundig eine XOR-Variante ;)
* Entweder wird über USB die Batterie geladen (d.h. MOSFET sperrt)
* oder USB-Spannung ist keine da und der MOSFET macht auf.

Damit kann der Lade-IC seinen Strom sauber in die Batterie pumpen ohne 
daß zusätzlich angehängte Peripherie Strom abzweigt.

Die Diode D2 erlaubt währenddessen den Betrieb der Schaltung via 
USB-Spannung abzgl. D2-Spannung. Du solltest dabei davon ausgehen, daß 
nur ca. 4.3-4.5V am USB-Port ankommen (worst case vom passiven Hub); 
wenn die Schaltung durch die Batterie versorgt wird, funktioniert sie 
wohl bis 3,5V hinunter, also kannst Du dir bei bekanntem Laststrom 
maximal 1V Flußspannung erlauben.

Aber wichtig: Summe von Lade- und Betriebsstrom müssen in der Spec. 
Deines Gerätes liegen. Wenn Du einen einfachen Ladeadapter gemäß Battery 
Charging Spec. verwendest, dann darf bei >0,5A die Spannung bis auf 2,0V 
einbrechen (der Lade-IC wird dadurch aber schon vorher in den 
Linearbetrieb übergehen und damit den Ladestrom reduzieren)

von Matt (Gast)


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Hallo Zusammen

Das Problem mit dem VGST (Gate - Source Voltage Threshold) rührt daher, 
dass evtl. am USB nur 4.5V (oder noch weniger siehe letzte Antwort) 
ankommen und gegen Ende Ladevorgang 4.1V/4.2V (LiPo Einzeller) erreicht 
werden müssen. Der Ladestrom beim MCP73831 kann programmiert werden über 
einen Widerstand und beträgt bei mir 500mA.

Wenn man die meisten P-Channel Mosfets betrachtet im Datasheet kommt bei 
I Source 500mA ca. 1.2 und mehr Treshold. Da lädt doch nix mehr. Oder 
sehe ich das falsch?

Gruss
Matthias

von ÄXl (Gast)


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Hängt der Akku oben an VBATT? wie ist das gesamtsystem verschaltet? muss 
der P-MOS nicht andersrum hinein? Dann würde der Akku allerdings immer 
über die Bodydiode gleaden werden.
Würd der PMOS bereits bei geringen (-)U_gs leitend, hast Du spätestens 
dann ein Problem, wenn die die Different U_AKKU - USB-Spannung (obwohl 
vorhanden) dein U_gsth deutlich überschreitet (im negativen).

von Matt (Gast)


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Hallo ÄXI

Ja genau Akku hängt amn VBATT. Hier mal ein bisschen mehr Übersicht mit 
LDO und MCP.

Gruss
Matthias

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