Hallo kann mir jemand sagen, ob die Schaltung im Anhang so funktioniert? Oder gibt es einen instabilen Zustand, durchgebrannte Mosfets oder ähnliches? Die Schaltung ist als Einschalter für Akkuanwendungen gedacht. Das heißt als Input werden üblicherweise Akkus oder Netzteile verwendet und auf der Output Seite sitzen in der Regel ein bis zwei China Schaltregler (LM2596, LTC3780, DPS3012). Demzufolge auch kapazitive Lasten. Durch die Schaltung sollen die Akkukontakte und Schaltkontakte geschont werden. Beim DPS3012 funkt es schon gewaltig. Die Selbsthaltung muss sauber funktionieren, um das zu verhindern. Auf Treiber wurde verzichtet, um den Einschaltstrom etwas zu begrenzen. Worst Case wären ca. 5 Schaltungen hintereinander und dann volle Last. Mosfets werden dabei ums doppelte Überdimensioniert. Das heißt für das DPS3012 (12 A) kommen 2 der 12 A Mosfets in der Skizze im Anhang parallel zum Einsatz.
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Wo hast du die her? Die Schaltung ist völliger Unsinn.
>Funktioniert diese Selbsthaltung mit Mosfets?
Solange die Mosfets oben kurzgeschlossen bleiben, wird das nix damit.
Und wenn das die Parallelschaltung sein soll, dann male das richtig.
Sieht für mich auf den ersten Blick OK aus (die durchgezeichnete Leiterbahn oben bei den MOSFETs mal ignoriert).
hinz schrieb: > Da ist ein ganzer MOSFET zu viel. Ich verstehe den Sinn nicht. War da einer übrig und musste weg, oder was?
>> Da ist ein ganzer MOSFET zu viel. > > Ich verstehe den Sinn nicht. Das ist die typische Methode, mit MOSFETs einen Schalter zu bauen, der in beide Richtungen trennt. Entweder für AC-Anwendungen oder um einen Stromrückfluß zu verhindern.
foobar schrieb: >>> Da ist ein ganzer MOSFET zu viel. >> >> Ich verstehe den Sinn nicht. > > Das ist die typische Methode, mit MOSFETs einen Schalter zu bauen, der > in beide Richtungen trennt. Entweder für AC-Anwendungen oder um einen > Stromrückfluß zu verhindern. Funktioniert so aber nicht.
Bei solchen Schaltungen sollte man die Body-Dioden einzeichnen.
> Funktioniert so aber nicht. Dann erklär mal ... > Bei solchen Schaltungen sollte man die Body-Dioden einzeichnen. Sind zwar nicht eingezeichnet, sollte aber trotzdem richtig herum sein (die oberen MOSFETs sind PMOS).
Hmm... das mit der Rückflußsperre funktioniert tatsächlich so nicht - der "Halte-MOSFET" wird bei Spannung auf der Out-Seite aktiv und schaltet die beiden oberen MOSFETs ein. Kann man zwar durch Drücken der Off-Taste verhindern, aber sobald man sie loslässt ist wieder Durchgang.
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Stimmt du hast recht. Dann müsste ich den oberen Teil über dem On Taster ein zweites mal verbauen, was unterhalb sperrt. Siehe Anhang bidirektional Wenn kein Rückstrom zu erwarten ist, würde ich dann auf den oberen Mosfet verzichten. Dies würde beim Ein-/Ausschalten des Verbrauchers zum Einsatz kommen. Siehe Anhang unidirektional Für eine Rückstromsperre würde ich einen idealen Dioden Controller in Reihe setzen. Der arbeitet schneller und präziser als meine Schaltung. Und meine Schaltung wäre dann nur zum Ein-/Ausschalten. Dies würde bei mir zum Ein-/Ausschalten der Akkus zum Einsatz kommen, da hier auf dem System eine höhere Spannung auftreten kann als im Akku. Die Ein-/Ausschaltung kommt zum Tragen, wenn der Akku leer ist oder ein Akku mit höherer Spannung eingesetzt wird, als das eingesetzte Netzteil. Siehe Anhang rueckflusssperre. Dadurch dass es jetzt 3 Schaltungen gibt habe ich ein Prinzipschaltbild dazu gezeichnet.
foobar schrieb: > Hmm... das mit der Rückflußsperre funktioniert tatsächlich so nicht - > der "Halte-MOSFET" wird bei Spannung auf der Out-Seite aktiv und > schaltet die beiden oberen MOSFETs ein. Kann man zwar durch Drücken der > Off-Taste verhindern, aber sobald man sie loslässt ist wieder Durchgang. Ich glaube, es ging nicht um die Rückflusssperre. Der oberste pFET soll im OFF-Zustand dem nFET die Drainspannung nehmen, so dass das System aus bleibt. Das ist hier nicht der Fall, denn die Bodydiode des oberen pFET verhindert das. Somit hast du recht: sobald der OFF-Schalter wieder losgelassen wird, wird das Ganze wieder leitend. Ich habe es noch nicht ganz durchdacht, aber vermutlich hilft ein Vertauschen von D und S an beiden pFETs. Bei Off ist dann D vom nFET spannungslos, durch die On-Taste werden beide pFETs leitend und halten über den nMOS den Zustand. Beim Durchdenken würde LTSpice ein große Hilfe sein ... :-)
Ich würde zumindest erwägen, ein bistabiles Relais zu benutzen. Damit würde sich die ganze Diskussion wegen der wegfallenden Komplexität erübrigen.
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HildeK schrieb: > Beim Durchdenken würde LTSpice ein große Hilfe sein ... :-) Im Anhang mein Ergebnis - ohne Rückflussverhinderung und ohne die Gatespannungsbegrenzung für die Versorgung oberhalb 20V. Nachteil: zumindest in der Simulation ist die Schaltung nach Anlegen der Versorgung eingeschaltet.
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Oh, das Ergebnisfenster ist ja auch noch interessant.
Heinz M. schrieb: > Die Schaltung ist als Einschalter für Akkuanwendungen gedacht. Das heißt > als Input werden üblicherweise Akkus oder Netzteile verwendet u LM74700 nehmen und einen N-ch Fet. Das Teil ist problemlos adaptierbar auf on/off mit 2 Tastern. Läuft von 3,9V bis 65, somit ideal mit Reserve im von Dir gewünschten Bereich.
@Hildek: Doch es ging um bidirektional. Wenn man drain und source vertauscht hängt das Gate für den einen Mosfet auf 0 oder +30 V und für den anderen auf 0 oder -30 V. Beides nicht so toll für die Mosfets. Und es wäre auch immer nur einer der beiden Mosfets geschalten. Schaltungstechnisch wäre es dann eine Diode mit wählbarer Richtung. Nicht das was ich wollte. Der obere Mosfet darf dem n-Kanal Mosfet nicht die Drainspannung nehmen. Sonst haben die p-Kanal Mosfets keine Spannungsdifferenz mehr zum Schalten des Gates, da dann die komplette Ansteuerung auf Ground liegen würde. Und damit auch 30 V am Gate. Das hatte ich schon befürchtet, dass es das Gate des p-Kanal Mosfets beim Anlegen der Spannung hochzieht. Mmh... @Stefanus: Eingangspost lesen! Es sollen Schaltregler mit hohen Eingangskapazitäten geschalten werden. Nennstrom 12 A. Bistabile Relais gibt es bezahlbar nur bis ca. 5 A. Damit ich das Relais nicht ständig wechseln müsste, würde ich ein Leistungsschütz mit ca. 100 A Schaltleistung benötigen. Außerdem ist Selbsthaltung und bistabil etwas völlig anderes.
Heinz M. schrieb: > Es sollen Schaltregler mit hohen Eingangskapazitäten geschalten werden. > Nennstrom 12 A. Bistabile Relais gibt es bezahlbar nur bis ca. 5 A. Dann hast Du nicht gesucht. Automotive bistable. 30A 28V Nennspannung. Natürlich auch niedrige Spannung 14V verfügbar.
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Heinz M. schrieb: > @Hildek: Doch es ging um bidirektional. Wenn man drain und source > vertauscht hängt das Gate für den einen Mosfet auf 0 oder +30 V und für > den anderen auf 0 oder -30 V. Beides nicht so toll für die Mosfets. Und > es wäre auch immer nur einer der beiden Mosfets geschalten. > Schaltungstechnisch wäre es dann eine Diode mit wählbarer Richtung. > Nicht das was ich wollte. Das verstehe ich nicht ganz. Du hast 30V (ich hatte keine Z-Diode drin, also max. 20V) und mehr kann als GS-Spannung nicht auftreten. Außerdem: die Gatespannung ist meist mit ±UGS zulässig, also wenn positive 20V seindürfen, dann auch negative 20V. Das größere Problem sehe ich darin, dass du große kapazitive Lasten hast. Wenn der pMOS durch kurzen Tastendruck ausgeschaltet wird, ist die Schaltung zwar sofort und so lange du drückst aus, aber die Restladung dieses Last-Cs wird in nach Loslassen wieder einschalten. Oder du musst so lange den Taster drücken, bis dein Last-C soweit leer ist, dass der nMOS nicht wieder aktiv werden kann. Vielleicht zieht deine Last lange genug Strom, dass das C schnell und weit genug entladen wird. Im Anhang nochmal eine Variante. Du kannst ja selbst mal simulieren. (Die FETs habe ich willkürlich gewählt, ohne über deren Daten nachzudenken...).
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> Ich glaube, es ging nicht um die Rückflusssperre. > Der oberste pFET soll im OFF-Zustand dem nFET die Drainspannung nehmen, > so dass das System aus bleibt. Hmm... hab ich jetzt nen Knoten im Hirn? Der zweite von oben nimmt ihm nicht die Drain- sondern die Gatespannung weg. Wenn es aber nur darum geht, den hohen Strom funkenfrei schaltbar zu machen, warum nicht einfach wie im Bild oben?
Btw, ich denke, dass asymetrische Schaltungen (bezogen auf Punkt A im Bild oben) nicht funktionieren können. Die Halteschaltung muss ihre Stromversorgung aus A-C bekommen und zum Halten Strom von B nach C fließen lassen.
foobar schrieb: >> Ich glaube, es ging nicht um die Rückflusssperre. >> Der oberste pFET soll im OFF-Zustand dem nFET die Drainspannung nehmen, >> so dass das System aus bleibt. > > Hmm... hab ich jetzt nen Knoten im Hirn? Der zweite von oben nimmt ihm > nicht die Drain- sondern die Gatespannung weg. Ich bezog mich auf das Bild 'Selbsthaltung2' und meinte schon die Drainspannung am nFET über die Bodydiode des oberen pFET und die Widerstände. Aber ich glaube, da hatte ich den Knoten im Hirn, vielleicht auch wegen der etwas ungewohnten Darstellung. Sorry. > Wenn es aber nur darum geht, den hohen Strom funkenfrei schaltbar zu > machen, warum nicht einfach wie im Bild oben? Das ist doch letztlich die Schaltung vom TO, erweitert mit einer Selbsthaltung. Sie funktioniert auch, wie ich in meinem letzten Post an Hand der Simulation zeigte. Kann man so machen, nur eine echte Rückspeisung (z.B. durch einen Akku) wird das Ganze wieder einschalten nach dem Loslassen des Off-Tasters. Bei größeren kapazitiven Lasten muss man halt so lange drücken, bis dieser Kondensator leer ist - oder weiter Zusätze einbauen. foobar schrieb: > Btw, ich denke, dass asymetrische Schaltungen (bezogen auf Punkt A im > Bild oben) nicht funktionieren können. Die Halteschaltung muss ihre > Stromversorgung aus A-C bekommen und zum Halten Strom von B nach C > fließen lassen. Nach meiner Simulation geht das schon, siehe https://www.mikrocontroller.net/attachment/446778/ScreenShot_378_LTspice_XVII_-_Selbsthaltung_MOSFET.asc.png Ich hab dort nur LL-Typen erwischt, was aber am Prinzip nichts ändert. Es geht übrigens mit beiden Anordnungsvarianten der pFETs, nur muss der R1 (in deinem Bild) direkt nach 'IN' gehen (wir R6 in meinem Bild).
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Ich überlege es anders zu machen (siehe Anhang): - Für die Selbsthaltung RS Flipflops (gibt 18 V Typen). - Ansteuerung per Taster oder Optokoppler Impuls - Je ein isolierter DC/DC Wandler pro Einspeisung (Netzteil, Akku, ...). Diese geben über die Backplane die Spannung an alle Verbraucher weiter. So spare ich eine enorme Anzahl an DC/DC Wandlern. - Für Einspeisungen werden n-Kanal Mosfets und für Verbraucher p-Kanal Mosfets verwendet. Dadurch haben alle das gleiche Source Potential und können aus einem Wandler versorgt werden. Wie sieht es mit der Schaltung aus? Pro Spannungsversorgung: 1x isolierter DC/DC Wandler RB-0515D 6,37€ 1x FlipFlop 18 V CD 4013BE 0,35€ 1x ideale Dioden Controller ca. 5,00€ + Kleinvieh Pro Spannungsversorgung: 1x FlipFlop 18 V CD 4013BE 0,35€ + Kleinvieh Das ist vom Preis her noch ok.
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Sieht irgendwie übertrieben aus ;-) Wie wäre es mit einem diskreten SR-Latch?
Btw, wenn da doch eh Mikrocontroller am Werkeln sind, wozu brauchst du dann die Selbsthaltung?!?
Das wichtige Wort ist "oder": - Es wird Module mit Mikrocontroller geben (z.B. Akkumodul mit Überwachung per µC und Abschaltung bei Entladeschluss). - Es wird aber auch Module ohne geben (z.B. Netzteil oder Schaltregler, die verschiedene Spannungen, wie 5 V, 12 V, zur Verfügung stellen.) Ein Mikrocontroller wäre hier übertrieben. Bei meiner Zeichnung ist mehr drauf. Und auch schon für die max. 30 V ausgelegt. Also mindestens 3 Z-Dioden und einige weitere Widerstände müssten in deine Schaltung noch mit rein. Und dann sind 2 Z-Dioden (9,1 V) in Reihe bei einer Versorgungsspannung von 15 bis 30 V. Das heißt im ungünstigsten Zustand bekommen die Leistungsfets nur 6 V zum Durchschalten. Vermutlich eher 7,5 V. Das heißt ich müsste unbedingt Logic Level Mosfets nehmen. Wenn man aber die Schaltung wie üblich mit npn Transistoren (BC547 gehen bis 45 V) aufbaut, würde eine Z-Diode und ein weiterer Widerstand genügen. R1 müsste dann noch wesentlich kleiner ausfallen, als R2, damit beim Spannung anlegen definitiv off ist. Das könnte ich am Wochenende mal ausprobieren.
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So wie im Anhang funktioniert die Schaltung. Aber wie begrenze ich die Spannung für die unteren Mosfets? Jegliche Verbindung zu GND führt zum durchschalten. Der Kondensator war nötig, weil beim Spannung anlegen die Leistungsmosfets kurz durchlässig waren. Vom Stromverbrauch bin ich auch zufrieden. Eingeschaltet: 1 mA Ausgeschaltet: 0,2 mA Mit Transistoren ging es nicht, weil die nie vollständig gesperrt haben.
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Hab das Rätsel gelöst. Der SR Latch schaltet nicht mehr direkt, sondern über einen weiteren Mosfet. Dadurch kann die Versorgungsspannung direkt aus den 15 V zwischen den beiden Source Anschlüssen der Leistungsmosfets gewonnen werden. Und nicht aus 15 V (VDD min) - 9 V (Z-Diode) = 6 V. Dadurch müsste die Schaltung bis runter auf ca. 10 V funktionieren. Aber auch bei über 30 V. Damit ist das Ziel erfüllt. Beim Verbrauch hat sich noch was getan: Eingeschaltet: 284 uA Ausgeschaltet: 99 uA Vielen Dank. Und besonderer Dank mal wieder an foobar.
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Du kannst du Spannung auch über einen Shunt in der Ground-Verbindung begrenzen (s. Bild). Definierter Einschaltzustand könnte über C1 gehen. (Bauteilewerte nach Gefühl aus der Hüfte geschossen...) Dass das Latch mit BJTs nicht funktioniert hat, dürfte an den fehlenden oder zu kleinen Basiswiderständen liegen - sie müssen deutlich größer als Kollektorwiderstände sein (Kollektor- und Basiswiderstand bilden einen Spannungsteiler). Bei MOSFETs fleißt kein dauerhafter Strom in das Gate des anderen Transistors, da spielt das keine Rolle. Ein Hinweis zu deiner Schaltung: die beiden Widerstände ganz rechts bilden einen 1:1 Spannungsteiler, Vgs wird dadurch nie höher als Vdd/2 - bei Vdd(min) evtl relevant.
Stimmt, das könnte funktionieren. Ich bin die ganze Zeit davon ausgegangen, dass sich T1/T2 und T4 die Versorgungsspannung als Gatespannung teilen. Aber dem ist ja nicht so, weil das Gate von T4 an VDD hängt und wenn das Gate von T3 geschalten wird, sind die Gates von T1/T2 auf VDD. Eigentlich müsste es doch dann auch mit einer 18 V Z-Diode funktionieren (bzw. 2x 9,1 V weil ich die schon hier habe). Bei über 18 V (z.B. 30 V) wird auf 18 V begrenzt. Bei unter 18 V (z.B. 15 V) sind die Z-Dioden nicht leitfähig und die Gatespannung beträgt 15 V. Dadurch würde man Rds on verbessern und mit 15 bis 18 V Gatespannung ist dann (nahezu) jeder Mosfet verwendbar. Das kann ich leider nicht testen mit den 15 bzw. 30 V. Genau für sowas wollte ich das DPS3012 verwenden, wozu das hier die Schaltung ist zum Einschalten, damit es mir die Akkukontakte nicht wegbrennt. Schon blöd mit dem Henne-Ei Problem. foobar schrieb: > Dass das Latch mit BJTs nicht funktioniert hat, dürfte an den fehlenden > oder zu kleinen Basiswiderständen liegen - sie müssen deutlich größer > als Kollektorwiderstände sein (Kollektor- und Basiswiderstand bilden > einen Spannungsteiler). Bei MOSFETs fleißt kein dauerhafter Strom in > das Gate des anderen Transistors, da spielt das keine Rolle. Einer der beiden Gründe, warum mir Mosfets lieber sind.
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