Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik P-Kanal MOSFET als Lichtschalter im Wohnmobil, 2 Batterien/Potentiale


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Patrick S. (psar04)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Guten Morgen,

ich habe ein Wohnmobil (Camper basierend auf einem Kastenwagen). Es gibt 
für den Wohnbereich eine 12V Batterie und natürlich eine 12V 
Starterbatterie für den Motor. Zwischen den Batterie Plus-Polen gibt es 
ein Trennrelais, das die Batterien verbindet, wenn die Spannung einer 
der beiden Batterien > ~13V, also bei Ladung der Batterie 
(Lichtmaschine/230V Netzteil).

Dann gibt es noch einen Zentralschalter für die Wohnraum-Elektrik, nur 
wenn dieser geschlossen ist, ist im Wohnraum Spannung (Lampen, 
Wasserpumpe, ...) vorhanden, gesteuert wird das über einen 
Batterie-Trennschalter, genaue Eigenschaften kenne ich aber nicht.

Jetzt zum eigentlichen Thema: Das Fahrzeug wird auch im Alltag als 
Zweitwagen verwendet. Dann ist die Wohnraum-Elektrik aber abgeschaltet 
und auch im Kofferraum kein Licht. Nun habe ich etwas gesucht und den 
serienmäßigen Steckverbinder für das Laderaumlicht gefunden. Das Kabel 
kommt wohl von einem Fahrzeugsteuergerät und schaltet 12V drauf, wenn 
die Laderaumtür geöffnet wird, es handelt es sich nach Recherchen wohl 
um ein PWM-Signal. Ich könnte nun einfach eine Lampe anschließen und 
hätte Licht im Laderaum. Im Camping-Modus soll die Lampe aber 
abgeschaltet werden, um die Starterbatterie nicht leer zu ziehen, wenn 
die Tür länger offen steht.

Elegant fände ich es, das PWM-Signal über einen MOSFET zu schalten, max. 
75W Leistung erlaubt das Fahrzeug-Steuergerät für die Lampen. Wenn der 
Freigabeschalter für die Wohnraum-Elektrik also geöffnet ist, soll das 
PWM-Signal durchgeschaltet sein, um Licht im Laderaum zu haben.
Ich habe hierzu den P-Kanal-MOSFET IRF5305PbF ins Auge gefasst (V_DSS = 
-55V, R_DS(on) = 0.06Ω, I_D = -31A, V_GS = ± 20V, V_GS(th) = -2 bis 
-4V).

Nur kenne ich mich mit der Schaltungstechnik noch nicht besonders aus. 
Kann ich das so machen? Ich habe mich etwas eingelesen und sehe das 
Problem, dass bei geschlossenem Schalter für die Wohnraum-Elektrik am 
Gate des MOSFETs je nach Ladezustand der Wohnraum-Batterie 9-14V 
anliegen können. Ist die Laderaumtür geöffnet, dann liegen dort je nach 
Ladezustand der Starterbatterie und Lichtmaschinenstatus ca. 12-14V an. 
Geht man von z.B. 12,5V aus und die Wohnraumbatterie ist nur noch bei 
10V, dann hätte man eine Differenz von -2,5V und wäre in einem Bereich 
des MOSFETs, wo sich dieser im Übergangsbereich zwischen hohem und 
niedrigen Widerstand auf der Drain-Source-Strecke befindet.

Ich kann natürlich auch einfach einen zusätzlichen Schalter in Reihe 
schalten (Relais scheint mir zu viel Strom zu verbrauchen), aber da die 
MOSFET-Variante eleganter erscheint, was für Möglichkeiten habe ich so 
eine Schaltung zu realisieren? Brauche ich tatsächlich eine 
Potentialtrennung oder sowas?

Grüße
Patrick

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


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> Zwischen den Batterie Plus-Polen gibt es ein Trennrelais
Und die Minuspole sind in der Realität direkt miteinander verbunden?

Falls das so ist, dann ist dein Schaltplan falsch.

Falls das nicht so ist, dann viel Spaß, denn dann darfst du niemals 
irgendwie mit einem Gerät zufällig diese beiden "Massen" miteinander 
verbinden. Das ist besonders dann kritisch, wenn einer der beiden 
Minuspole auf dem Blech des Fahrzeugs hängt. Allgemein ist es eine ganz 
schlechte Idee die "Masse" (hier die Minuspole) von irgendwas zu 
schalten. Denn diese Masse ist meist der Bezugspunkt für alles Mögliche.

Ein Tipp: schreib + an die Batteriesymbole, damit man sicher weiß, was 
für dich Plus ist. Im Allgemeinen ist der dünne, lange Strich der 
Pluspol. Und deshalb wird der Mosfet über die Bodydiode immer leiten.

Noch ein Tipp: schreib Namen an die Bauteile, dann muss man nicht vonm 
"Schalter links oben" oder "P.-Ch. MOSFET" schreiben, sondern einfach 
nur "S1" und "T1". Besonders vorteilhaft ist das dann, wenn es links 
oben mehrere Schalter oder mehrere P-Mosfets in der Schaltung gibt.

: Bearbeitet durch Moderator
von Michael B. (laberkopp)


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> . Kann ich das so machen?

So lange du den Minuspol der Batterie mit nichts anderem ausser der 
Lampe verbindest: nein.

Ein Stromkreis heisst Stromkreis weil er ein Kreis mit Hin und Rückweg 
ist, und ein MOSFET braucht 2 Kreise: einen Steuerkreis und einen 
Lastkreis.

Insgesamt baut man des nicht nehr so.  So ein Trennrelais ist out, man 
nutzt Ladegeräte die automatisch anspringen wenn die Lichtmaschine läuft 
und den Strom begrenzen. 
https://www.victronenergy.de/dc-dc-converters/orion-tr-smart-non-isolated

Im KFZ Bordnetz muss man mit Störungen rechnen, vor allem wenn 
Wackelkontakte beginnen im alten Auto 
https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

Du bist nicht der erste  der ein Wohnmobil baut 
https://forum.camper-bauen.de/viewtopic.php?t=3661

Ich persönlich ziehe einen starken Akku und einen 2kW Wechselrichter vor 
um kurz Kaffeemaschine, Wasserkocher und Mikrowelle betreiben zu können. 
Für 12V Licht reicht dann der Akku allemal.

von Patrick S. (psar04)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Und die Minuspole sind in der Realität direkt miteinander verbunden?
Ja, entschuldige, das habe ich vergessen einzuzeichnen, die Minuspole 
sind miteinander verbunden. Es gibt natürlich auch noch Sicherungen an 
der Batterie und für die Verbraucher im Fahrzeug. Das habe ich zur 
Vereinfachung des Schaltplans weggelassen. Mir geht es erstmal darum zu 
wissen, wie ich mein Vorhaben am Besten realisieren kann.

Danke für die weiteren Tipps. Ich habe den Schaltplan überarbeitet.

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Michael B. schrieb:
>
> So lange du den Minuspol der Batterie mit nichts anderem ausser der
> Lampe verbindest: nein.
Danke für den Hinweis, wie im vorherigen Beitrag von mir zugegben, hatte 
ich den Schaltplan an der Stelle etwas zu einfach gehalten. Ich habe es 
korrigiert.

> So ein Trennrelais ist out, man nutzt Ladegeräte die automatisch anspringen
> wenn die Lichtmaschine läuft und den Strom begrenzen.
Ist mir bekannt, allerdings ist das Fahrzeug schon 10 Jahre alt und das 
Trennrelais bereits verbaut. Da keine intelligente Lichtmaschine 
vorhanden und die Batterie G2 auch bleibasiert ist wie G1, funktioniert 
das auch gut so. Ich habe mich in den letzten 2 Wochen auch zu dem Thema 
etwas eingelesen und bin zu dem Entschluss gekommen, dass ich bei meinen 
Rahmenbedingungen wenig Vorteile sehe das Trennrelais K1 gegen einen 
Ladebooster zu tauschen. Lasse mich aber gerne überzeugen doch noch 
einen Ladebooster anzuschaffen.

> Du bist nicht der erste  der ein Wohnmobil baut
> https://forum.camper-bauen.de/viewtopic.php?t=3661
Ich habe auch bereits viele solcher Schaltpläne gesehen. Bei mir ist es 
aber so, dass ich das Fahrzeug bereits fertig gekauft habe. Ich baue 
nicht selbst aus.

Wie ich das reguläre Laderaumlicht im Alltag nutzen kann und im 
Camping-Betrieb abschalten kann, das habe ich in noch keinem Schaltplan 
gesehen.

: Bearbeitet durch User
von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Wenn T1 wirklich ein PWM Signal ausgibt, liegt das bei 0 bis 12V. 
Schwierig.
Da empfehle ich statt Q1 einen mechanischen Schalter in der Nähe der 
Tür.

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Wenn T1 wirklich ein PWM Signal ausgibt, liegt das bei 0 bis 12V.
> Schwierig.
> Da empfehle ich statt Q1 einen mechanischen Schalter in der Nähe der
> Tür.
Ok, vielleicht werde ich das dann so machen, ich hoffe aber natürlich 
noch auf die elegante Lösung, wenn das aber so kompliziert wird, ist es 
das nicht wert. Die Lampen vorne im Fahrerraum werden zumindest langsam 
heller bzw. dunkler. In der Anleitung habe ich zudem den Hinweis 
gefunden, dass man keine Leuchtstoffröhren verbauen soll, da die mit dem 
PWM-Signal inkompatibel sind.
Gruß
Patrick

von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Wenn das alles "komfortgesteuert" ist, dann einfach mal probieren, ob 
das Laderaumlicht nicht nach xx Minuten automatisch abgestellt wird, 
oder ob es dafür sogar einen Menupunkt gibt.

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


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> Schaltplan überarbeitet.
1. Der Mosfet leitet noch immer dauerhaft über seine Bodydiode.
2. Ein P-Mosfet schaltet ein, wenn sein Gate negativer ist als seine 
Source.

von Patrick S. (psar04)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

Lothar M. schrieb:
> Patrick S. schrieb:
>> Schaltplan überarbeitet.
> 1. Der Mosfet leitet noch immer dauerhaft über seine Bodydiode.
> 2. Ein P-Mosfet schaltet ein, wenn sein Gate negativer ist als seine
> Source.

Hier die Korrektur. Der Fehler war: An der Lampe liegen dauerhaft 12V 
an, die Masse wird geschaltet. Ich habe es nun umgedreht in der 
Schaltung.
Ich bräuchte dann wohl zumindest noch einen Pull-Down-Widerstand am 
Gate. Wegen der PWM-Thematik wird es aber voraussichtlich gar nicht 
funktionieren.

: Bearbeitet durch User
von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Wenn das alles "komfortgesteuert" ist, dann einfach mal probieren, ob
> das Laderaumlicht nicht nach xx Minuten automatisch abgestellt wird,
> oder ob es dafür sogar einen Menupunkt gibt.
Einen Menüpunkt habe ich nicht gefunden. Habe nun testweise eine 5W 
Lampe angeschlossen. Das Licht wird nach ca. 15 Sekunden geschätzt 25% 
dunkler, geht aber nicht ganz aus. Masseschluss in der Leitung?

von Wolfram Z. (wolfram_zucker)


Lesenswert?

Hallo Patrick S,

bei der Lampe steht "Licht Wohnraum". Die soll doch vermutlich nicht vom 
Freigabeschalter Wohnraumelektrik abgeschaltet werden?

Ich dachte, es geht um die Laderaumbeleuchtung.
Dann zuerst die Frage:

Wolf17 schrieb:
> Wenn das alles "komfortgesteuert" ist, dann einfach mal probieren, ob
> das Laderaumlicht nicht nach xx Minuten automatisch abgestellt wird,
> oder ob es dafür sogar einen Menupunkt gibt.

Wenn nicht:
Jetzt sieht es schon besser aus.
Zuvor war der Mosfet wohl verkehrt herum.
Wenn das Fahrzeugsteuergerät die Lampe wirklich masseseitig schaltet 
(wahrscheinlich auch ein Mosfet, ein gebräuchlicherer N-Kanal), macht es 
das einfacher, weil der P-Kanal-Mosfet nicht mit dem PWM-Rechteck "mit 
tanzen" muss (nicht unmöglich, aber unschön).

Ob ein Pulldown-Widerstand nötig ist, hängt etwas vom Steuereingang 
links unten ab. Wahrscheinlich hat der schon Pulldown-Wirkung.

Der Mosfet könnte auf jeden Fall noch eine Schutzschaltung am Gate 
vertragen: ca. 15V Zenerdiode zwischen Gate und Source, Kathode 
("Pfeilspize", Markierungsring) Richtung Source, sowie ein Vorwiderstand 
ca. 200 ... 1000 Ohm zwischen Freigabeschalter und Gate.

Bliebe das Problem, wenn die Spannung der Wohnraumbatterie mehr als die 
Schwellspannung niedriger ist als die der Starterbatterie.
Theoretisch würde es nützen, den Freigabeschalter an die Starterbatterie 
umzuklemmen (wenn das wirklich nur ein Schalter wäre).
Zweiter Vorschlag: P-Kanal Mosfet mit geeigneter Schwellspannung 
(Treshold-Spannung) suchen. Hier gibt's ja 'ne Vergleichsliste: 
MOSFET-Übersicht
Beim IRF4905 steht bei Uth 4 V. Leider ist das der Maximalwert. Im 
Datenblatt steht 2 ... 4V. Ich hab 5 Stück da und gerade gemessen: 3,20, 
3,11, 3,13, 3,08, 3,12 V (als Sourcefolger mit 36 kOhm an 12,4V- => 
gemessen bei 258 µA, zufällig fast genau die 250 µA, die im Datenblatt 
als Condition stehen). Das ist vielleicht noch zu wenig, also weiter 
suchen.

Sonst käme vielleicht noch ein davor geschalteter CMOS-Pegelwandler in 
Frage, der von Starterbatterie und Masse versorgt wird und dessen 
Eingang zum Freigabeschalter führt. Der HCF4050 enthält sechs Treiber, 
die man z.B. alle parallel schalten könnte. Er hält maximal 18V 
Versorgungsspannung aus. Ob er auch noch die in KFZ berüchtigten 
Spannungsspitzen aushält? könnte sein, weiß ich aber nicht. Beim HCC4050 
sind 20V Grenzwert angegeben - nicht viel mehr und schwieriger zu 
bekommen.
Vielleicht kennt jemand anderes ähnliche Treiber für höhere Spannung 
oder speziell für KFZ?

Grundsätzlich sind (MOS)FET-Transistoren durch die praktisch 
verbrauchslose statische Ansteuerung eine tolle Erfindung. Wer will 
schon, dass nach ein paar Wochen Standzeit die Batterie entladen ist? 
(Bei "modernen" Autos leider nicht ausgeschlossen)

Angaben ohne Gewähr.
Gutes Gelingen, Wolfram

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


Lesenswert?

Wegen der galvanischen Trennung, wuerde sich ein bistabiles Relais mit 2 
Wechslern anbieten, das die Beleuchtung auf den anderen Akku umschaltet.
Du schaltest mit Tastern um und danach ist der Stromverbrauch bei Null.

http://c-kolb.bplaced.net/projekte/elektronik/grundlagen/relais/bistabil.php

https://www.dold.com/produkte/leiterplattenrelais/bistabile-relais/#:~:text=Bistabile 
Relais besitzen die Eigenschaft,nur eine geringe Nennleistung benötigt.

von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> Das Licht wird nach ca. 15 Sekunden geschätzt 25%
> dunkler, geht aber nicht ganz aus.

Wie lange gewartet?

Frage an alle: Wie lange bleibt bei einem modernen Auto eine 
eingeschaltet vergessene Innenraumbeleuchtung an, wenn man nicht 
absperrt?

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Wolfram Z. schrieb:
> Hallo Patrick S,
>
> bei der Lampe steht "Licht Wohnraum". Die soll doch vermutlich nicht vom
> Freigabeschalter Wohnraumelektrik abgeschaltet werden?
Doch, das war meine Idee. Wenn der Freigabeschalter S1 geschlossen ist 
(Camping-Modus), soll die Lampe E1 deaktiviert sein, um die 
Starter-Batterie G1 nicht zu entladen, die Beleuchtung erfolgt dann über 
andere, nicht eingezeichnete Leuchten über die Batterie G2. Wenn S1 
geöffnet ist, soll E1 leuchten (Alltags-Betrieb).

> Ich dachte, es geht um die Laderaumbeleuchtung.
Es handelt sich um einen Kastenwagen mit Campingausbau. Die Lampe E1 ist 
im Wohnraum. Der Wohnraum ist im Laderaum des Kastenwagens. Ich habe es 
Laderaumlicht genannt, weil das das Licht ist, welches serienmäßig vom 
Fahrzeughersteller verbaut wurde. Also geschaltet über das 
Fahrzeugsteuergerät T1 und gespeist von der Starterbatterie G1.
Im Alltag ist S1 geöffnet, daher habe ich dann gar kein Licht hinten im 
Fahrzeug, wenn ich z.B. Einkäufe dort reinstelle.

> Bliebe das Problem, wenn die Spannung der Wohnraumbatterie mehr als die
> Schwellspannung niedriger ist als die der Starterbatterie.
> Theoretisch würde es nützen, den Freigabeschalter an die Starterbatterie
> umzuklemmen (wenn das wirklich nur ein Schalter wäre).
Ja, es ist nur ein Schalter, das wäre eine Methode, über die ich 
nachdenken werde. Dann wird die Starterbatterie zwar etwas entladen, 
wenn S1 geschlossen ist, allerdings dürfte der Strom sehr gering sein. 
Hoffe ich zumindest.

> Zweiter Vorschlag: P-Kanal Mosfet mit geeigneter Schwellspannung
> (Treshold-Spannung) suchen. Hier gibt's ja 'ne Vergleichsliste:
> MOSFET-Übersicht
> Beim IRF4905 steht bei Uth 4 V. Leider ist das der Maximalwert. Im
> Datenblatt steht 2 ... 4V. Ich hab 5 Stück da und gerade gemessen: 3,20,
> 3,11, 3,13, 3,08, 3,12 V (als Sourcefolger mit 36 kOhm an 12,4V- =>
> gemessen bei 258 µA, zufällig fast genau die 250 µA, die im Datenblatt
> als Condition stehen). Das ist vielleicht noch zu wenig, also weiter
> suchen.
Ja, das wird zu wenig sein. Für die Starterbatterie G1 muss man bei 
aktiver Lichtmaschine von um die 14V ausgehen. Wenn das Trennrelais 
geöffnet ist und die Batterie G2 nur noch bei 10V liegt, sollte die 
Threshold-Spannung mit etwas Puffer mindestens bei 6V liegen.So einen 
MOSFET habe ich gerade auch nicht finden können.

> Sonst käme vielleicht noch ein davor geschalteter CMOS-Pegelwandler in
> Frage, der von Starterbatterie und Masse versorgt wird und dessen
> Eingang zum Freigabeschalter führt.
Ok, danke für den Hinweis, vielleicht hat ja jemand anderes noch eine 
Blitzidee.

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Dieter D. schrieb:
> Wegen der galvanischen Trennung, wuerde sich ein bistabiles Relais mit 2
> Wechslern anbieten, das die Beleuchtung auf den anderen Akku umschaltet.
> Du schaltest mit Tastern um und danach ist der Stromverbrauch bei Null.
>
> http://c-kolb.bplaced.net/projekte/elektronik/grundlagen/relais/bistabil.php
>
> 
https://www.dold.com/produkte/leiterplattenrelais/bistabile-relais/#:~:text=Bistabile
> Relais besitzen die Eigenschaft,nur eine geringe Nennleistung benötigt.

Das hieße, ich würde einen zusätzlichen Taster verbauen, den ich 
zusätzlich zum Schalter S1 hätte? Auch eine Idee, allerdings geringfügig 
weniger Komfort als nur einen Schalter zu haben. :)

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Wie lange gewartet?
> Frage an alle: Wie lange bleibt bei einem modernen Auto eine
> eingeschaltet vergessene Innenraumbeleuchtung an, wenn man nicht
> absperrt?
Ich habe ca. 3 Minuten gewartet. Bei geschlossenen und verschlossenen 
Türen. Die Innenraumbeleuchtung vorne im Fahrerhaus ist in der Zeit auch 
vollständig aus gegangen, sogar sehr bald nach dem Abschließen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> zusätzlich zum Schalter S1 hätte?

Das wäre eine einfache unabhängige Lösung. Unter dem Link ist noch eine 
Lösung mit Schalter anstelle von zwei Tastern. Wenn man es geschickt 
macht, kann vielleicht sogar die Spannung der Kabinenversorgung dafür 
verwendet werden und hat somit keinen weiteren Schalter oder Taster.

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Dieter D. schrieb:
> Patrick S. schrieb:
>> zusätzlich zum Schalter S1 hätte?
>  Wenn man es geschickt
> macht, kann vielleicht sogar die Spannung der Kabinenversorgung dafür
> verwendet werden und hat somit keinen weiteren Schalter oder Taster.

Finde ich durchaus auch eine gute Lösung, danke. Ich denke das könnte 
funktionieren.

Ich werde nun erstmal versuchen herauszufinden, warum die Lampe im 
Laderaum nicht komplett abschaltet. Das ist Grundvoraussetzung für mein 
Vorhaben.

von Wolf17 (wolf17)


Lesenswert?

Patrick S. schrieb:
> Ich habe ca. 3 Minuten gewartet.
Viel zu kurz. So ein Ladevorgang kann ja dauern. Mit xx Minuten dachte 
ich ehr an 1 Stunde.

von Patrick S. (psar04)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Patrick S. schrieb:
>> Ich habe ca. 3 Minuten gewartet.
> Viel zu kurz. So ein Ladevorgang kann ja dauern. Mit xx Minuten dachte
> ich ehr an 1 Stunde.

Mir ist nicht klar, worauf du hinaus willst. Warum sollte die 
Beleuchtung im Laderaum eine Stunde leuchten, wenn die Türen zu und 
abgeschlossen sind? Zumal die Beleuchtung im vorderen Innenraum ja auch 
nach wenigen Sekunden abgeschaltet wird nach Verschließen der Türen.

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


Lesenswert?

Wolf17 schrieb:
> Wie lange bleibt bei einem modernen Auto eine eingeschaltet vergessene
> Innenraumbeleuchtung an, wenn man nicht absperrt?

Bei meinem ungefähr 15 Minuten. Habe ich gemerkt, als ich es mal im 
dunklen geputzt habe, da war das Feature lästig - aber irgendwie auch 
sinnvoll.

("modern" ist in dem Fall 20 Jahre alt)

: Bearbeitet durch User
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.