Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsspannungsüberwachung mit Mosfet u. TL431


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von Bruno F. (hdt)



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Hallo,
mir fehlt das Fachwissen, deshalb frage ich hier.

Ich habe die angehängte Schaltung gebastelt und möchte sie gerne 
"optimieren". Bei der 48 Volt-Version nimmt der TLV431 bei Erreichen des 
Schaltpunkes die positive Vorspannung vom Gate des N-Channel Mosfet weg 
und dieser sperrt den Minus-Ausgang.

Bei der 5 Volt-Version das Gleiche, nur mit dem TL431.

Ich habe es mit den paar N-Channel Mosfets ausprobiert, die ich hier 
vorrätig habe und bei einigen Typen funktioniert es nicht. Bei anderen 
hingegen tadellos auf Steckboard und auch auf Platine.

Ich kann zwar die Datenblätter lesen, aber mit fehlt das Fachwissen. Auf 
welche Eigensachften des Mosfet müsste ich bei der Auswahl achten?

Der zu schaltende Strom liegt nur bei etwa 500 mA.

Für Ratschläge wäre ich sehr dankbar.

von Julian L. (rommudoh)


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Was genau "funktioniert nicht"? Das Ausschalten oder wieder Einschalten? 
Von Anfang an nicht? Raucht etwas?

von Arno R. (arnor)


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Die LogicLevel-Typen (die mit dem "L" im Namen) funktionieren nicht, 
weil der TL431 die A-K-Spannung nicht unter 2,5V ziehen kann und die 
Transistoren deswegen nicht abschalten.

Das nächste Mal bitte einen gut lesbaren Schaltplan anhängen.

von Julian L. (rommudoh)


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Der Wert, den du in den Datenblättern der MOSFETs suchst, ist 
"Gate-source threshold voltage VGS(th)".

PS: Wenn du +5V und -5V in deiner Zeichnung benutzt, ist die Differenz 
10V. Schreibe besser 0V oder GND statt -5V, wenn du 5V meinst.

von H. H. (Gast)


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Julian L. schrieb:
> Was genau "funktioniert nicht"?

Sein Schlangenöl.

von Bruno F. (hdt)


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Julian und Arno

Vielen Dank, damit ist das schon geklärt.

Danke für eure Hilfe.

Gruß
Bruno

von Peter D. (peda)


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Beachten sollte man, daß die Gate-Schwellspannung mit steigender 
Temperatur sinkt. Es kann also passieren, daß im Sommer der FET nicht 
richtig abschaltet.
Im Klartext, diese Schaltung ist großer Murks.

von H. H. (Gast)


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Peter D. schrieb:
> Im Klartext, diese Schaltung ist großer Murks.

Alles vom TE ist so. Aber er will es richtig teuer verkaufen, als 
Schlangenöl.

von Arno R. (arnor)


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Arno R. schrieb:
> weil der TL431 die A-K-Spannung nicht unter 2,5V ziehen kann

Vielleicht kann er`s doch, jedenfalls kann in der Simulation mit dem 
verschlüsselten Modell von TI die A-K-Spannung auch unter 2,5V gezogen 
werden wenn man den Ref-Eingang unabhängig steuert.

Im Datenblatt habe ich keine Infos zu dieser Betriebsart gefunden und 
auch das Simulationsmodel ist mit Vorsicht zu betrachten, da andere 
Eigenschaften nicht mit der Realität zusammenpassen.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Bruno F. schrieb:
> Bei der 48 Volt-Version nimmt der TLV431 bei Erreichen des Schaltpunkes
> die positive Vorspannung vom Gate des N-Channel Mosfet weg

Nein, der TL431 ist ein Sannungsregler, er reduziert die Gate-Spannung. 
Damit er schaltet, braucht es eine Hysterese.

Arno R. schrieb:
> kann in der Simulation mit dem verschlüsselten Modell von TI die
> A-K-Spannung auch unter 2,5V gezogen werden

Aber minimal auf 1.8, reicht für manchen FET immer noch.

: Bearbeitet durch User
von H. H. (Gast)


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Siehe Anhang.

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


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Peter D. schrieb:
> Im Klartext, diese Schaltung ist großer Murks.
Ich würde da auf jeden Fall ein weniger analoges "Schaltglied" als einen 
Mosfet einsetzen. Z.B. ändert sich die Ube eines bipolaren Transitors 
über die Temperatur viel weniger.

Bruno F. schrieb:
> Ich habe es mit den paar N-Channel Mosfets ausprobiert, die ich hier
> vorrätig habe und bei einigen Typen funktioniert es nicht. Bei anderen
> hingegen tadellos
Und wir sollen jetzt raten, welche Mosfets du verwendet hast und wie 
dich sich in deiner Schaltung verhalten?

> Auf welche Eigensachften des Mosfet müsste ich bei der Auswahl achten?
Um was zu erreichen?

BTW: es ist generell eine schlechte Idee, die Masse abzuschalten. Das 
fällt einem früher oder später auf den Kopf.

: Bearbeitet durch Moderator
von Arno R. (arnor)


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Habe gerade gesehen, daß laut TL431-Innenschaltung die Kathode von der 
Referenzspannung mit hochgezogen wird, weil die Basis-Kollektor-Diode 
des Transistors am Ref-Eingang leitend wird, wenn die Ref-Spannung > 
Kathodenspannung + 0,6V ist. Die Schaltung sollte sich etwa so wie im 
Bild verhalten. Das Simulationsmodell taugt also nichts.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Arno R. schrieb:
> Vielleicht kann er`s doch, jedenfalls kann in der Simulation mit dem
> verschlüsselten Modell von TI die A-K-Spannung auch unter 2,5V gezogen
> werden wenn man den Ref-Eingang unabhängig steuert.

Nur soweit, bis er sich über die BC-Diode des Eingangstransistors die 
Spannung an REF selber runter zieht.


Es gibt doch fertige Überwachungs-ICs mit internem FET.
So mal auf die Schnelle gefunden, TPS26630:
• 4.5-V to 60-V operating voltage
• Integrated 60-V, 31-mΩ RON hot-swap FET
• Reverse polarity protection and reverse current
blocking support with an external N-channel FET
• 0.6-A to 6-A adjustable current limit (± 7%)
• Adjustable UVLO, OVP Cut Off, output slew rate
control for inrush current limiting

https://www.mouser.de/ProductDetail/Texas-Instruments/TPS26630RGER?qs=vLWxofP3U2ztcw332RlqMw%3D%3D

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Arno R. schrieb:
> Die Schaltung sollte sich etwa so wie im Bild verhalten

Ähm, besser nicht, negativer Widerstand.

Aber wenn der TL431 wegen Erreichen von 2.5V an Ref die Kathode 
durchschaltet, sinkt diese nur bs 1.8V weil sie ab dann beginnt, über 
die interne Diode von Ref nach K den Spannungsteiler an Ref nicht über 
2.5V kommen zu lassen.

von Arno R. (arnor)


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Michael B. schrieb:
> Arno R. schrieb:
>> Die Schaltung sollte sich etwa so wie im Bild verhalten
>
> Ähm, besser nicht, negativer Widerstand.

Im Bild ist an Ref eine unabhängige ideale Quelle, dagegen kann der 
TL431 nichts machen, Uk wird mit ~-0,7V Versatz hochgezogen.

Michael B. schrieb:
> Aber wenn der TL431 wegen Erreichen von 2.5V an Ref die Kathode
> durchschaltet, sinkt diese nur bs 1.8V weil sie ab dann beginnt, über
> die interne Diode von Ref nach K den Spannungsteiler an Ref nicht über
> 2.5V kommen zu lassen.

Ja, aber nur wenn die Spannung an Ref genügend hochohmig aus der Sicht 
des TL431 ist.

von Bruno F. (hdt)


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Mit den eingangs schon erfolgten Hinweisen von Julian und Arno ist für 
mich alles geklärt. Damit nicht der Eindruck von Desinteresse 
meinerseits entsteht.

von Bruno F. (hdt)


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> Es gibt doch fertige Überwachungs-ICs mit internem FET.
> 
https://www.mouser.de/ProductDetail/Texas-Instruments/TPS26630RGER?qs=vLWxofP3U2ztcw332RlqMw%3D%3D

Peter D.
Danke für den Link. Das kann ich wegen SMD nicht brauchen. Das muss auch 
nicht so komfortabel sein. Wenn Du noch etwas in THT weißt, würde mir 
das helfen.

von Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)


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Lothar M. schrieb:
> BTW: es ist generell eine schlechte Idee, die Masse abzuschalten. Das
> fällt einem früher oder später auf den Kopf.

So selten ist das nicht. Das macht praktische jedes LiIon Schutz-IC. Zum 
Beispiel der allgegenwärtige DW01.

Wegen der Body-Diode von Mosfets werden dabei typischerweise zwei 
N-Mosfets antiseriell verwendet - oder ein Dual N-Mosfet wie der 8205A 
(zwei interne N-Mosfets mit verbundenen Drains).

N-Mosfets sind halt billig und so einfach anzusteuern.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Hannes J. schrieb:
> So selten ist das nicht. Das macht praktische jedes LiIon Schutz-IC. Zum
> Beispiel der allgegenwärtige DW01.

Ist aber ziemlich blöd.

Wenn ich zum Beispiel meinen portablen MP3 Player an der USB Buchse 
meines Fernsehers auflade, und den analogen Ton über mit meiner HiFi 
Anlage wiedergebe, dann habe ich die Schutz-Schaltung faktisch 
überbrückt.

Rechnet man mit so etwas? Nein! Das ist typischer China-Schrott.

von Loco M. (loco)


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Steve van de Grens schrieb:
> Hannes J. schrieb:
>> So selten ist das nicht. Das macht praktische jedes LiIon Schutz-IC. Zum
>> Beispiel der allgegenwärtige DW01.
>
> Ist aber ziemlich blöd.
>
> Wenn ich zum Beispiel meinen portablen MP3 Player an der USB Buchse
> meines Fernsehers auflade, und den analogen Ton über mit meiner HiFi
> Anlage wiedergebe, dann habe ich die Schutz-Schaltung faktisch
> überbrückt.

Der DW01 trennt üblicherweise den Minuspol des Akkus vom GND des 
versorgten Gerätes. Welche weiteren Geräte da noch über GND 
zusammenhängen ist belanglos und ändert nichts an der Schutzwirkung.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Loco M. schrieb:
> Der DW01 trennt üblicherweise den Minuspol des Akkus vom GND des
> versorgten Gerätes.

Danke für die Korrektur. Ich habe mir gerade nochmal den Schaltplan 
angeschaut. Du hast Recht. Ich hatte das falsch in Erinnerung.

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