Hallo zusammen,
ich habe eine Verständnisfrage. Ich dem Schaltplan von Dragino –
TrackerD (https://github.com/dragino/TrackerD/releases - Source code
(zip) – Ordner hardware) wird auf Seite 2 ein P-channel MOSET (si2347ds)
verwendet, um meines Erachtens auszuwählen, ob das Gerät mit dem Strom
der angeschlossenen Li-Ionen (Sekundär-)Batterie (Spannung ca. 4 V,
jedenfalls < 5 V) oder vom USB-Port (5 V) betrieben wird.
Ich habe die Stelle des Schaltplans in LT-Spice nachgezeichnet, hier als
Screenshot angefügt. Nun zur Frage, ob ich die Funktion richtig
verstehe:
1) Wenn KEIN USB-Kabel angeschlossen ist, so wird der P-channel MOSFET
durch den pull-down Widerstand leitend geschaltet, da die
Gate-Source-Spannung (V_gs) kleiner ist als die Drain-Source-Spannung
(V_ds). Somit fließt Strom durch den MOSET zum „out“.
2) Wenn ein USB-Kabel angeschlossen wird, so liegen am Gate + 5 V an,
also beträgt die Spannung V_gs ca. 1 V (da Batterie und USB-Port beide
auf GND referenziert werden). Nun ist der MOSFET nicht-leitend, folglich
fließt der Strom über die Diode zum out.
Noch eine Frage. Wenn ich statt einer 4 V Batterie eine 12 V
(Sekundär-)Batterie verwende, so liege ich mit V_gs immer unter V_ds.
Wie würde ungefähr eine Schaltung aussehen, um zwischen 5 V und 12 V
Versorgung wechseln zu können?
(Bei 'out' würde ein DC-DC Wandler kommen, um auf die benötigten 3,3 V
zu gelangen, bspw. würde sich da der ST732M33R anbieten.)
Felix M. schrieb:> 1) Wenn ...> 2) Wenn ...
Beides richtig.
Felix M. schrieb:> Noch eine Frage. Wenn ich statt einer 4 V Batterie eine 12 V> (Sekundär-)Batterie verwende, so liege ich mit V_gs immer unter V_ds.> Wie würde ungefähr eine Schaltung aussehen, um zwischen 5 V und 12 V> Versorgung wechseln zu können?
Direkt mit der Schaltung geht das nicht, wie du richtig erkannt hast.
Ich schätze mal, du wirst noch zwei Transistoren benötigen, siehe Bild.
Dir ist aber schon klar, dass dann zwischen knapp 5V (USB) und 12V
umgeschaltet wird. Was würdest du damit versorgen wollen?
Steve van de Grens schrieb:> Da du dahinter eh noch einen Spannungsregler hast (nehme ich mal> an)> könnte die Verwendung von zwei Shottky Dioden wesentlich einfach sein.> Batterie 1 o----|>|-----+> |> Netzteil 2 o----|>|-----+--------o Ausgang>> Berücksichtige den Spannunsgabfall an der Diode.
Ist nur nichts wenn die Batterie höhere Spannung als das Netzteil hat.
HildeK schrieb:> Dir ist aber schon klar, dass dann zwischen knapp 5V (USB)> und 12V umgeschaltet wird. Was würdest du damit versorgen> wollen?
Das hatte er doch schon erwähnt:
Felix M. schrieb:> Bei 'out' würde ein DC-DC Wandler kommen, um auf die> benötigten 3,3 V zu gelangen
Ein echter DC-DC Wandler (also Schaltregler) wäre hier sicher recht
brauchbar.
Felix M. schrieb:> bspw. würde sich da der ST732M33R anbieten
Ein LDO eher weniger, denn bei 12V Versorgung müßte der 8,7V (mal Deinem
benötigten Strom) in Wärme umwandeln, die Du dann irgendwie wegkühlen
mußt; außerdem würde dabei der deutlich überwiegende Teil Deiner
Batterie-Leistung als Wärme verlorengehen.
Steve van de Grens schrieb:> könnte die Verwendung von zwei Shottky Dioden wesentlich> einfach sein.
Aber nicht, wenn der 5V Eingang Priorität haben soll.
1) Ohne USB-Kabel liegen im stationären Zustand an der Gate Source
Strecke -4Volt an. Damit sollte der Mosfet leitend werden, da die Gate
Source Spannung größer als die Threshold Voltage (Schwellspannung). U_DS
ist >0 und die Diode ist in Sperrichtung.
2) Ja, beachte nur das U_SD < 0 mit U_D ~0.6V (Diodenspannung) ist
U_SD = U_SG + U_GD ~ -1V + 0.6V ~ -0.4V
Da wird glaube ich die parasitäre Body Diode schon etwas leitend und
dann geht etwas Strom in deine Batterie.
Was mir auch auffällt ist, dass der Strom um C_GS umzuladen vom USB
nicht begrenzt ist. Lieber noch nen R an den USB?
HildeK schrieb:> H. H. schrieb:>> So gemeint.>> Ja, schon verstanden; das ist die einfachere Variante.
Nö, kommerziell zu teuer, aber für Einzelstückbasteleien tauglich. So
ein Koppler steckt ja in viel Jubelelektronik.
Da Baby schrieb:> Elegante Lösung mit dem Optokoppler :)
Ist alles nicht besonders elegant, die Batterie wird ja trotz Netzteil
noch entladen, eben über den Gatewiderstand.
Da Baby schrieb:> 1) Ohne USB-Kabel liegen im stationären Zustand an der Gate Source> Strecke -4Volt an. Damit sollte der Mosfet leitend werden, da die Gate> Source Spannung größer als die Threshold Voltage (Schwellspannung). U_DS> ist >0 und die Diode ist in Sperrichtung.
Daß die Gate Source Spannung größer als die Threshold Voltage
(Schwellspannung) ist, heißt noch lange nicht, daß der Mosfet
(ausreichend) leitend ist. Also Quatsch-Aussage ...
> 2) Ja, beachte nur das U_SD < 0 mit U_D ~0.6V (Diodenspannung) ist> U_SD = U_SG + U_GD ~ -1V + 0.6V ~ -0.4V> Da wird glaube ich die parasitäre Body Diode schon etwas leitend und> dann geht etwas Strom in deine Batterie.
Und noch mehr Quatsch ...
Jens G. schrieb:> Und noch mehr Quatsch ...
Der AP des MosFet wird so gewählt, dass sich das beschriebene Verhalten
ergibt. Ohne die Last zu kennen kann man keine weitere Aussage treffen.
Jens G. schrieb:> Da Baby schrieb:>> Der AP des MosFet wird so gewählt, dass sich das beschriebene Verhalten>> Ein Mosfet, der schalten soll, hat keinen AP ...
Natürlich der AP liegt im ohmschen Bereich, dabei gilt U_DS << U_K
(Kniespannung) so dass Rds_on näherungsweise gilt.
Um das nochmal genauer zu spezifizieren:
Jens G. schrieb:> Da Baby schrieb:>> 1) Ohne USB-Kabel liegen im stationären Zustand an der Gate Source>> Strecke -4Volt an. Damit sollte der Mosfet leitend werden, da die Gate>> Source Spannung größer als die Threshold Voltage (Schwellspannung). U_DS>> ist >0 und die Diode ist in Sperrichtung.>> Daß die Gate Source Spannung größer als die Threshold Voltage> (Schwellspannung) ist, heißt noch lange nicht, daß der Mosfet> (ausreichend) leitend ist. Also Quatsch-Aussage ...
Der im Initial-Post genannte Mosfet SI2347DS ist weder für Ugs=4V noch
für niedrigere Spannungen, die ein LiIon annehmen kann (z.B. 3V),
spezifiziert. Da kann man also nicht gerade blind annehmen, daß da
irgendwas ordentlich durchschaltet, auch wenn wir noch sicher über
Ugs_thres liegen. Es sei denn, wir haben ein "typisches" Exemplar
erwischt ...
>> 2) Ja, beachte nur das U_SD < 0 mit U_D ~0.6V (Diodenspannung) ist>> U_SD = U_SG + U_GD ~ -1V + 0.6V ~ -0.4V>> Da wird glaube ich die parasitäre Body Diode schon etwas leitend und>> dann geht etwas Strom in deine Batterie.>> Und noch mehr Quatsch ...
Hier meinte ich, daß dies eine Milchmädchen-Rechnung für Schönwetter
ist. Wenn der Akku ziemlich leer ist, also keine 4V hat, sondern z.B.
3V, dann gibt's einen ordentlichen Ladestrom aus der USB-Buchse.
>> Ein Mosfet, der schalten soll, hat keinen AP ...> Natürlich der AP liegt im ohmschen Bereich, dabei gilt U_DS << U_K> (Kniespannung) so dass Rds_on näherungsweise gilt.
Seit wann nennt man dies AP?
H. H. schrieb:> Da Baby schrieb:>> Elegante Lösung mit dem Optokoppler :)>> Ist alles nicht besonders elegant, die Batterie wird ja trotz Netzteil> noch entladen, eben über den Gatewiderstand.
Alles halb so schlimm, die wird eher über Diode und Body-Diode geladen,
wenn wir von 5V-USB und LiIon ausgehen ...
Hallo zusammen,
erst einmal vielen Dank für die vielen Antworten. Ganz so einfach, wie
ich mir zunächst gedacht hatte, wird es wohl nicht; ich habe in der
Zwischenzeit auch noch bspw. den IC 'LTC4412' gefunden, der allerdings
knappe 5 EUR kostet.
Noch kurz zu dem was die Last ist. Im Endffekt schläft der µC die meiste
Zeit, das GPS Modul, der Temp/Hum Sensor und das LoRa Modul auch, d.h.
es sind wenige mA, wenn nicht sogar eher uA. Ich habe es nicht
nachgemessen, nur so überschlagsmäßig von den Datenblättern der
Komponenten. Wenn der uC aktiv ist, dann sollten es ganz grob 200 mA
(wenn LoRa sendet), eher um die 120 mA (uC aktiv + GPS Module aktiv).
Sonderlich warm wird es also nicht, da der uC die meiste Zeit schläft
und je nach Einstellung jede Stunde, alle 20 min etc. aufwacht und kurz
GPS Position erfasst und sendet.
Das ganz sollte an einem 12 V Bleiakku betrieben werden und bei Bedarf
eine neue Firmware über USB neu programmiert werden können. Nur dabei
möchte ich nicht "aus Versehen" die USB-Schnittstelle vom PC durch
Überspannung zerstören. Alternativ könnte man natürlich auch einfach
einen Jumper einbauen, um zu entscheiden von wo die Spannung kommt
(Batterie oder USB-Port). Ich dachte mir das geht eleganter.
Und da zu Beginn wahrscheinlich viel debuggt werden muss, hängt das
Gerät die meiste Zeit am PC und nicht an nem externen Bleiakku.
Felix M. schrieb:> Und da zu Beginn wahrscheinlich viel debuggt werden muss, hängt das> Gerät die meiste Zeit am PC und nicht an nem externen Bleiakku.
Nimm doch einfach ein Relais.
in dem Fall - USB wird nur zum Umprogrammieren bzw. Datenauslesen
verwendet - sollte eine Diode oder einfach U+ von USB offen lassen
ausreichen.
Dann muss aber der Akku für die beiden Arbeiten dran bleiben.
