Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik CD4093 automatische Abschaltung


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von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Moin,

kurz vorneweg: ich weiß wirklich nicht, ob ich hier auch nur ansatzweise 
an der richtigen Stelle bin, aber vielleicht kann mir ja jemand helfen. 
Vielen Dank!

Ich würde gerne meine kleine Vorrichtung zum Entladen von LiPo-Akkus 
(ganz einfach mit einer Glühbirne und einem LiPo Wächter) um eine 
automatische Abschaltung erweitern. Dabei habe ich an eine 
Relaissteuerung mittels Schmitt-trigger gedacht.

Das Ganze habe ich so weit auch schon mit einem CD4093 umgesetzt 
bekommen, dass ich statt eines Relais einen Transistor steuere, der eine 
LED ein- und ausschaltet.

Der Arbeitsstrom liegt bei etwa 2A, weswegen ein Transistor für mein 
eigentliches Vorhaben nicht in Frage kommen wird. Kann mir jemand einen 
Tipp geben, welches Relais in Frage kommen würde? Der Schaltstrom darf 
ja auch nicht zu hoch sein, damit der CD4093 das noch aushält, oder?

Ich hänge im Moment noch an dem Gedanken, dass der Schmitt-trigger ja 
immer an den beiden Eingängen vergleicht, was ja bedeutet, dass ich an 
einem Eingang eine konstante Spannungsquelle benötige und an dem anderen 
Eingang den Akku als Spannungsquelle. Sonst würde der Schmitt-trigger ja 
immer mit sich selbst vergleichen, oder?

Bin noch sehr am Anfang, was Elektronik angeht. Elektrik war bisher eher 
mein Ding :D Bin dementsprechend dankbar für jeden helfenden Gedanken 
oder Link.

Schönen Abend noch... :)

von Jörg R. (solar77)


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Zeige mal die Schaltung, anstelle von soviel Text. Und natürlich kann 
für 2A ein Transistor (Mosfet) verwendet werden.

: Bearbeitet durch User
von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Im Moment sind es ja noch zwei voneinander getrennte Schaltungen. Die 
hier gezeigte, ist die ganz primitive um den Akku mit einer Lampe zu 
entladen. Im nächsten Beitrag dann mal die Schaltung, die ich ganz gerne 
benutzen würde, um den Schalter durch ein Relais zu ersetzen...

von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Statt des Transistors und der LED würde ich hier eben gerne ein Relais 
einsetzen, welches dann den in dem vorigen Post zu sehenden Schalter, 
ersetzt.
Dann soll die Schaltung eben bei einer Akkuspannung von 11,0V schalten 
und das Relais öffnen, sodass ein weiteres Entladen nicht mehr möglich 
ist.

Edit: Statt eines Relais nehme ich natürlich auch gerne einen 
Transistor. Ist wohl wesentlich komfortabler in dem Fall :)

: Bearbeitet durch User
von Jörg R. (solar77)


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Aaron S. schrieb:
> Statt des Transistors und der LED würde ich hier eben gerne ein
> Relais
> einsetzen, welches dann den in dem vorigen Post zu sehenden Schalter,
> ersetzt.
> Dann soll die Schaltung eben bei einer Akkuspannung von 11,0V schalten
> und das Relais öffnen, sodass ein weiteres Entladen nicht mehr möglich
> ist.
>
> Edit: Statt eines Relais nehme ich natürlich auch gerne einen
> Transistor. Ist wohl wesentlich komfortabler in dem Fall :)

Wenn ich das richtig sehe setzt Du den 4093 als quasi Komparator ein. 
Das wäre ein schlechter Lösungsansatz.

von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Wie würdest du denn mein Problem angehen? Habe nach einer Möglichkeit 
gesucht, ein Relais oder einen Transistor bei einer bestimmten Spannung 
zu schalten um vor einer Tiefenentladung zu schützen. Alles was ich 
finden konnte, führte zu einem Schmitt-trigger und damit zu ein CD4093 
oder ähnlichen IC's...

Ich bin wirklich offen für jeden Vorschlag und möchte gerade auch viel 
an diesem Beispiel lernen. Danke euch!

von Jörg R. (solar77)


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Aaron S. schrieb:
> Wie würdest du denn mein Problem angehen? Habe nach einer
> Möglichkeit
> gesucht, ein Relais oder einen Transistor bei einer bestimmten Spannung
> zu schalten um vor einer Tiefenentladung zu schützen. Alles was ich
> finden konnte, führte zu einem Schmitt-trigger und damit zu ein CD4093
> oder ähnlichen IC's...
>
> Ich bin wirklich offen für jeden Vorschlag und möchte gerade auch viel
> an diesem Beispiel lernen. Danke euch!

Der Aufwand wird schon etwas größer. Du benötigst einen 
Operationsverstärker bzw. einen Komparator. Dazu eine Referenzspannung 
mit der verglichen wird.

von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Jörg R. schrieb:
> Der Aufwand wird schon etwas größer. Du benötigst einen
> Operationsverstärker bzw. einen Komparator. Dazu eine Referenzspannung
> mit der verglichen wird.

Dann erklär mir doch gerne nochmal, wieso ein CD4093 als Komparator 
nicht infrage kommt? Der hat doch quasi 4 Stück davon an Bord und ich 
könnte sogar auf einzelne Zellspannungen und nicht nur die 
Gesamtspannung eingehen. Die Referenzspannung kann ich mir ja relativ 
einfach erzeugen, in dem ich über klassisch 5V oder 12V und ein paar 
Widerständen die entsprechende Spannung erzeuge.

Wie komme ich denn auf die Referenzspannung, die ich brauche, um eine 
Schaltschwelle bei 11V zu haben? Das ist wahrscheinlich das 
aufwendigste, oder?

von Jörg R. (solar77)


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Aaron S. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Der Aufwand wird schon etwas größer. Du benötigst einen
>> Operationsverstärker bzw. einen Komparator. Dazu eine Referenzspannung
>> mit der verglichen wird.
>
> Dann erklär mir doch gerne nochmal, wieso ein CD4093 als Komparator
> nicht infrage kommt?

Der CD4093 sind 4 Nand-Gatter mit Schmitt-Trigger-Charakteristik. Die 
Funktion des Chips hat nichts mit einem Komparator zu tun.


> Der hat doch quasi 4 Stück davon an Bord und ich
> könnte sogar auf einzelne Zellspannungen und nicht nur die
> Gesamtspannung eingehen. Die Referenzspannung kann ich mir ja relativ
> einfach erzeugen, in dem ich über klassisch 5V oder 12V und ein paar
> Widerständen die entsprechende Spannung erzeuge.

Wenn die 5V bzw. die 12V genau! sind kann man das so machen. Welche 
Spannungen stehen denn zur Verfügung?


> Wie komme ich denn auf die Referenzspannung, die ich brauche, um eine
> Schaltschwelle bei 11V zu haben? Das ist wahrscheinlich das
> aufwendigste, oder?

Indem die zu messende Spannung auch über einen Spannungsteiler auf den 
Komparator gegeben wird.

Suche mal nach Komparator, z.B. LM339.

: Bearbeitet durch User
von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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Jo danke erstmal für die Anregungen. Werde mich dann damit erstmal 
beschäftigen und bestimmt nochmal bescheid sagen ;)

von AufArbeit (Gast)


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von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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AufArbeit schrieb:
> Beitrag "ICL7665 und Li-Ion Unterspannungsschutz"

ja cool! Auch ein feiner IC, Danke dafür!


Habe noch etwas gefunden, was auch funktionieren müsste. Das gif ist 
angehängt. Habe ich einfach über Google Bilder gefunden, hoffe das ist 
in Ordnung. Will halt keine 12V, sondern 11V. Aber die entsprechende 11V 
Z-Diode kann man doch entsprechend verbauen.

Oder passt etwas an der Schaltung nicht?

von Dietrich L. (dietrichl)


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Aaron S. schrieb:
> Oder passt etwas an der Schaltung nicht?

Die Schaltschwelle ist durch die nicht so scharfe Durchlasskurve, der 
Exemplarstreuung und dem Temperaturverhalten der Zenerdiode nicht so 
genau.
Übrigens kommt bei der Schaltschwelle zur Spannung der Zenerdiode noch 
die Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors hinzu.

Präziser würde es mit einer Referenzspannungsquelle und einem 
Konparator.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Es kommt ein bisschen zu spät, aber trotzdem wollte ich den Irrtum 
klären:

Alle CD40xx Mikrochips (und fast alle anderen Mikrochips ebenso) sind zu 
schwach, um Relais direkt anzusteuern. Da muss auf jeden Fall ein 
Transisotr zwischen.

von bingo (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> Präziser würde es mit einer Referenzspannungsquelle und einem
> Konparator.

GENAU SO macht man das. Punkt.

von Aaron S. (aaronschueddekopf)


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bingo schrieb:
> GENAU SO macht man das. Punkt

Verstanden PUNKT :D dann mache ich das wohl so PUNKT ;)

Stefanus F. schrieb:
> Alle CD40xx Mikrochips (und fast alle anderen Mikrochips ebenso) sind zu
> schwach, um Relais direkt anzusteuern. Da muss auf jeden Fall ein
> Transisotr zwischen.

Jo danke für den Hinweis noch! Gut zu wissen und ja letztlich auch kein 
Problem, wenn man es weiß.

Dietrich L. schrieb:
> Die Schaltschwelle ist durch die nicht so scharfe Durchlasskurve, der
> Exemplarstreuung und dem Temperaturverhalten der Zenerdiode nicht so
> genau. Übrigens kommt bei der Schaltschwelle zur Spannung der Zenerdiode
> noch die Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors hinzu

Und ja, habe ich auch gemerkt. Wie gesagt, fange gerade erst an mich mit 
den Bauteilen zu beschäftigen und lerne erst die für und wieder 
jeglicher Kombinationen.

Danke euch allen, werde dann den Ansatz mit dem Komparator umsetzen!

von Karl B. (gustav)


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Hi,
das wäre doch genau das Richtige für dich:
http://www.ferromel.de/tronic_29.htm

Suchbegriff: Fensterdiskriminator.
zufälliges Beispiel:
https://www.conrad.de/de/p/batteriewaechter-bausatz-conrad-components-195308-12-v-dc-195308.html

ciao
gustav

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von Dietrich L. (dietrichl)


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Karl B. schrieb:
> das wäre doch genau das Richtige für dich:
> http://www.ferromel.de/tronic_29.htm

Leider ist der TCA965 schon recht alt, schlecht zu bekommen oder teuer. 
Daher ist eine "diskrete" Lösung durchaus sinnvoll, zumal Aaron S. gar 
kein Fenster braucht, sondern nur eine Schwelle hat.

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von Christian S. (roehrenvorheizer)


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von Simon K. (simon) Benutzerseite


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TL431 hat Referenz und Komparator in einem sot 23 Gehäuse.

von Karl B. (gustav)


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Hi,
den ollen TCA965-Bausatz rausgekramt aus der Bastelkiste.
Konnte es mir nicht verkneifen.;-)
Erklärungen kommen später.
Nur so viel vorab:
So wie es aussieht, beide Eckwerte und die Schwellen noch jeweils für 
sich einstellbar. Sieht ziemlich abrupt aus, das Schalten bei Erreichen 
einer der Umschaltkriterien.


bis dann

ciao
gustav

P.S.: Scheint aber zu teuer zu sein. Dann lieber mit anderen 
Komparatoren oder mit dem Bausatz
https://www.conrad.de/de/p/batteriewaechter-bausatz-conrad-components-195308-12-v-dc-195308.html

: Bearbeitet durch User
von Elektrofurz (Gast)


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Soll der 4093 mit seinen vier Gattern von der 12V Batterie mit versorgt 
werden, oder bekommt er eine Extrastromversorgung? Oder wird jedes 
Gatter an eine Zelle angeschlossen die aber alle in Reihe geschaltet 
sind?

von Elektrofurz (Gast)


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Aaron S. schrieb:
>
> Habe noch etwas gefunden, was auch funktionieren müsste. Das gif ist
> angehängt. Habe ich einfach über Google Bilder gefunden, hoffe das ist
> in Ordnung. Will halt keine 12V, sondern 11V. Aber die entsprechende 11V
> Z-Diode kann man doch entsprechend verbauen.
>
> Oder passt etwas an der Schaltung nicht?

Die Schaltung passt. Ein 47R Widerstand in der Plusleitung erzeugt sogar 
noch eine kleine Hysterese. Statt eine 12V Z-Diode, eine 10V oder 11V 
Z-Diode einbauen!

von Karl B. (gustav)


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Karl B. schrieb:
> oder mit dem Bausatz
> 
https://www.conrad.de/de/p/batteriewaechter-bausatz-conrad-components-195308-12-v-dc-195308.html

Hi,
ist mittlerweile abgekündigt worden. Bild im Katalog stimmt nicht. 
Sorry.

Und:
Beitrag "Ersatz für TCA965?"

ciao
gustav

von Gerald B. (gerald_b)


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Ein LM555 als Komparator funktioniert auch. Der kann auch 500mA am 
Ausgang treiben, sollte also für die meisten Relais langen.
Oder ein LM3514 kann so nebenbei auch noch eine LED Balkenanzeige 
ansteuern, damit deine Schaltung keine "black Box" ist, sondern du 
siehst, wie der momentane Ladezustand ist.

von Michael B. (laberkopp)


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Aaron S. schrieb:
> Ich hänge im Moment noch an dem Gedanken, dass der Schmitt-trigger ja
> immer an den beiden Eingängen vergleicht, was ja bedeutet, dass ich an
> einem Eingang eine konstante Spannungsquelle benötige und an dem anderen
> Eingang den Akku als Spannungsquelle.

Ja, richtig.

Aaron S. schrieb:
> Ich würde gerne meine kleine Vorrichtung zum Entladen von LiPo-Akkus
> (ganz einfach mit einer Glühbirne und einem LiPo Wächter) um eine
> automatische Abschaltung erweitern.

Ein LiPo Wächter schaltet doch ab. Da musst du gar nichts dranbauen 
ausser der Lampe.

Jörg R. schrieb:
> Der CD4093 sind 4 Nand-Gatter mit Schmitt-Trigger-Charakteristik. Die
> Funktion des Chips hat nichts mit einem Komparator zu tun.

Und der CD4093 vergleicht die eine Eingangsspannung mit einem Bruchteil 
der Versorgungsspannung. Er ist ziemlich ungenau.

Aaron S. schrieb:
> Oder passt etwas an der Schaltung nicht?

Nicht so ganz. Eine 12V Z-Diode hat 12V nur wenn sie mit ihrem Nennstrom 
durchflossen wird, meist 5mA. Diese Schaltung geht jedoch bis 70uA, und 
damit wirkt eine kleinere Spannung, ziemlich undefiniert.

AufArbeit schrieb:
> Beitrag "ICL7665 und Li-Ion Unterspannungsschutz"

Passt und braucht nach dem Abschalten wenig Strom.

Karl B. schrieb:
> das wäre doch genau das Richtige für dich:

Immer diese Geriatronik von unseren Rentnern hier im Forum.
Seit 40 Jahren nichts hinzugelernt.

von Karl B. (gustav)


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Michael B. schrieb:
> Karl B. schrieb:
>> das wäre doch genau das Richtige für dich:

Hi,
wurde schon aktualisiert.
Beitrag "Re: CD4093 automatische Abschaltung"

Conrad Katalog hat falsches Bild noch nicht korrigiert. Da ist in den 
Kundenrezensionen sogar die Rede davon, dass im Bausatz anstelle des 
TCA965 ein ATtiny bestückt wurde.;-)

Soweit würde ich nicht gehen.
Die Sache mit dem
Michael B. schrieb:
> AufArbeit schrieb:
>> Beitrag "ICL7665 und Li-Ion Unterspannungsschutz"

gefällt mir aber.

ciao
gustav

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