Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik EN-Pin auf GND ziehen mit TL431


von Mark (manox)


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Vorweg muss ich sagen, dass ich in der Materie noch nicht viel Ahnung 
habe und mit gerade etwas einarbeite.
Ich habe einen Buck Converter, der von einem 2S-Lipo (7,4V) mit Strom 
versorgt wird. Der Converter ist standardmäßig aktiv und kann 
ausgeschaltet werden, indem ein EN-Pin auf GND gezogen wird (der Pin hat 
einen internen Pullup).
Ich möchte nun den Converter ausschalten (den EN-Pin auf GND ziehen), 
wenn die Akkuspannung unter 6,4V fällt und (wieder) einschalten, wenn 
die Akkuspannung über 7V liegt,
Dazu habe ich mir einen TL431 hergenommen und die Referenzspannung über 
Widerstände (33k und 18k) so eingestellt, wie ich es brauche (und die 
Hysterese über einen weiteren Widerstand (180k) hinter einem 
PNP-Transistor). So weit funktioniert das auch wie gewünscht. Wenn die 
Spannung über 7V liegt, ist der Transistor geschlossen und der TL431 
schaltet erst, wenn die Spannung unter 6,4V fällt und öffnet damit den 
Transistor. In die andere Richtung schaltet der TL431 dann erst wieder 
bei 7V (weil der Hysterese-Widerstand getrennt ist) und der Transistor 
wird wieder geschlossen. So weit so gut, nun möchte ich aber quasi 
immer, wenn der Transistor geöffnet ist, den erwähnten EN-Pin auf GND 
ziehen. Das bekomme ich irgendwie nicht hin ohne die bisherige Schaltung 
(die Hysterese) zu beeinflussen.

von Gerd E. (robberknight)


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Mark schrieb:
> Ich möchte nun den Converter ausschalten (den EN-Pin auf GND ziehen),
> wenn die Akkuspannung unter 6,4V fällt und (wieder) einschalten, wenn
> die Akkuspannung über 7V liegt,

Ich vermute mal Du möchtest damit einen Unterspannungsschutz 
implementieren, korrekt?

> Dazu habe ich mir einen TL431 hergenommen

Achte auf den Eigenverbrauch vom TL431: der braucht 1 mA wenn er 
durchschaltet und etwas weniger kurz davor. Das halte ich bei nem Akku 
für keine so gute Idee.

Schau mal statt dessen nach ICL7665. Der braucht nur 3µA typ. und ist 
damit für Akkus viel besser geeignet.

von Florian L. (muut) Benutzerseite


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Wahrscheinlich kann dein unbekannter DCDC mit einem passend 
dimensionierten Spannungsteiler alein bereits die 
Unterspannungserkennung realisieren. Was sagt das Datenblatt/Appnote?

von Gerd E. (robberknight)


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Florian L. schrieb:
> Wahrscheinlich kann dein unbekannter DCDC mit einem passend
> dimensionierten Spannungsteiler alein bereits die
> Unterspannungserkennung realisieren. Was sagt das Datenblatt/Appnote?

Da gibt es solche und solche, "Wahrscheinlich" wäre mir daher als 
Formulierung zu viel.

Bei manchen ist die Schwellspannung fürs Enable oder UVLO derart 
schwamming spezifiziert dass man das nicht ohne zusätzlichen Komparator 
für ne derartige Schaltung brauchen kann.

Bei anderen Modellen hat man dagegen z.B. +-100 mV Toleranz über die 
gesamte Temperatur fürs Enable garantiert, außerdem einen definierten 
Leckstrom und dann kann man das direkt mit Spannungsteiler verwenden.

von Mark (manox)


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> Ich vermute mal Du möchtest damit einen Unterspannungsschutz
> implementieren, korrekt?
Genau, richtig.

> Schau mal statt dessen nach ICL7665. Der braucht nur 3µA typ. und ist
> damit für Akkus viel besser geeignet.
Danke, werde ich mir anschauen.

> Wahrscheinlich kann dein unbekannter DCDC mit einem passend
> dimensionierten Spannungsteiler alein bereits die
> Unterspannungserkennung realisieren. Was sagt das Datenblatt/Appnote?
Der unbekannte DCDC ist ein TPS54331DR. Theoretisch geht das, aber wenn 
ich das Datenblatt richtig verstehe, nur wenn zwischen Ausgangsspannung 
und Schwellwerten mindestens 2V liegen. Bei mir ist das weniger und ich 
habe es nicht sauber hinbekommen.

von Tobias (code_red)


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Beachte auch das der TL431 nie auf 0V exakt abfällt sondern durch die 
UCE Spannung am internen Transistor auf max. 1-2V runter kommt.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Gerd E. schrieb:
> Achte auf den Eigenverbrauch vom TL431: der braucht 1 mA wenn er
> durchschaltet und etwas weniger kurz davor. Das halte ich bei nem Akku
> für keine so gute Idee.

Der TL431 schaltet aber durch, wenn die Spannung des Akkus hoch ist. Er 
öffnet bei Unterspannung mit einem Reststrom von unter 1µA. M.E. reicht 
ein einfacher Inverter für den EN Pin. Von da kann man noch einen 
Hysteresewiderstand zum ADJ Eingang zurückführen.

von Gerd E. (robberknight)


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Matthias S. schrieb:
> Der TL431 schaltet aber durch, wenn die Spannung des Akkus hoch ist.

ja.

> Er
> öffnet bei Unterspannung mit einem Reststrom von unter 1µA.

Da habe ich aber etwas anderes in Erinnerung: die 1µA können stimmen 
wenn die Spannung deutlich unterhalb der Schwellwert-Spannung liegt. 
Aber sobald Du mit der Spannung nah (so vielleicht 100 oder 200 mV) an 
die Schwellwert-Spannung herankommst, geht der Stromverbrauch deutlich 
hoch.

Und beim Akku-Unterspannungsschutz wird die Spannung ja eben dauerhaft 
genau in diesem Bereich kurz unterhalb der Schwellwert-Spannung liegen.

von Michael B. (laberkopp)


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Mark schrieb:
> nun möchte ich aber quasi immer, wenn der Transistor geöffnet ist, den
> erwähnten EN-Pin auf GND ziehen.

Ergänze am TL431
1
  |     +-- EN
2
  |     |
3
  +----|I BS170
4
  |     |S
5
TL431   |
6
  |     |
7
 GND   GNF

: Bearbeitet durch User
von Arno R. (arnor)


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Gerd E. schrieb:
> Da habe ich aber etwas anderes in Erinnerung: die 1µA können stimmen
> wenn die Spannung deutlich unterhalb der Schwellwert-Spannung liegt.
> Aber sobald Du mit der Spannung nah (so vielleicht 100 oder 200 mV) an
> die Schwellwert-Spannung herankommst, geht der Stromverbrauch deutlich
> hoch.

Genau, das hatten wir gerade in einem parallelem Thread:
Beitrag "Re: Schaltung einer LED welche nur über 12V an geht"

von Manfred P. (pruckelfred)


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Mark schrieb:
>> Ich vermute mal Du möchtest damit einen Unterspannungsschutz
>> implementieren, korrekt?
> Genau, richtig.

Gerd E. schrieb:
> Schau mal statt dessen nach ICL7665. Der braucht nur 3µA typ. und ist
> damit für Akkus viel besser geeignet.

Hier gab es eine ähnliche Anforderung, für die Laberkopp einen Aufbau 
mit dem ICL7665 vorgeschlagen hatte. Die kann Mark als Basis eines 
Aufbaus nutzen und ggfs. den zweiten Zweig mit der blinkenden LED 
weglassen:

Beitrag "Re: 12V Überwachung mit sehr geringer Stromaufnahme gesucht."

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Gerd E. schrieb:
> Aber sobald Du mit der Spannung nah (so vielleicht 100 oder 200 mV) an
> die Schwellwert-Spannung herankommst, geht der Stromverbrauch deutlich
> hoch.

Ohne Hysterese gaht sowas sowieso nicht, dann dann gibts es unruhiges 
Hin- und Herschalten der Anordnung. Man kann hier mit einem Widerstand 
zwischen dem EN Pin und dem ADJ Eingang des TL431 eine Hysterese 
einbauen, denn die Polarität passt nach dem Inverter.

von Harald A. (embedded)


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LTC2960 ist noch so Kandidat für solche Zwecke.

Ich möchte allerdings noch auf eine komplett andere Möglichkeit 
hinweisen, vlt gefällt sie Dir:
Für solche Zwecke nehme ich mittlerweile gerne den ATTiny816 (ATTiny8xx, 
nicht zu verwechseln mit der altbekannten ATTiny-Reihe). Der ist mit <1€ 
oft günstiger als Speziallösungen, nur 1 Pin zum Programmieren notwendig 
(macht das Konzept schlank), mittels Arduino sehr schnell umsetzbare 
Lösungen, low-power, viele interne Referenzen, LEDs ansteuern, usw. Das 
Schöne daran ist, dass man eben typische Problemchen in Software lösen 
kann. So z.B. das Problem mit dem Rückpendeln der Akkuspannung nach 
Abschaltung, welches mit üblichen Hysteresen von analogen Schaltungen 
nur schwerlich handelbar ist. Dank EEPROM kann man so z.B. bei 
Unterspannung abschalten, sich diesen Zustand merken und nur dann wieder 
einschalten, wenn angemessen nachgeladen wurde bzw. ein neuer Akku 
eingelegt wurde.

Natürlich, in diesem Falle käme noch ein Micropower-LDO dazu (z.B. 
MCP1703). Bei nur einem Akku könnte so ein ATTiny dank 
Weitbereichsversorgung direkt dran.

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Harald A. schrieb:
> Für solche Zwecke nehme ich mittlerweile gerne den ATTiny816

Klingt nicht schlecht: Der würde die allermeiste Zeit im Standby-Modus 
mit aktiver RTC & SRAM-Erhalt laufen. Verbrauch typ. 0,7µA. Dann 
vielleicht einmal die Minute kurz aufwachen, ein paar ADC-Samples machen 
und wieder einschlafen.

> Natürlich, in diesem Falle käme noch ein Micropower-LDO dazu (z.B.
> MCP1703).

Der braucht 2µA. Mehr als das doppelte des schlafenden Tinys. Unschön.

Auf die schnelle hab ich den TI TPS70933 gefunden, der bräuchte nur so 
um die typ. 1,3µA. Vielleicht gibt es aber noch bessere.

von Rainer W. (rawi)


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Gerd E. schrieb:
> Der braucht 2µA. Mehr als das doppelte des schlafenden Tinys. Unschön.

Unschön, aber total egal, da LiPos überwacht werden sollen, die sowieso 
mindestens alle paar Monate aufgeladen werden müssen. Bei 
Li-Primärzellen. die 10 Jahre halten sollen, würde man das anders 
bewerten.

Matthias S. schrieb:
> Der TL431 schaltet aber durch, wenn die Spannung des Akkus hoch ist. Er
> öffnet bei Unterspannung mit einem Reststrom von unter 1µA.

Den Strom von 1µA zieht er bei Vref=0V. Da ist dein Akku längst TOT.

: Bearbeitet durch User
von Manfred P. (pruckelfred)


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Rainer W. schrieb:
>> Der braucht 2µA. Mehr als das doppelte des schlafenden Tinys. Unschön.
>
> Unschön, aber total egal, da LiPos überwacht werden sollen, die sowieso
> mindestens alle paar Monate aufgeladen werden müssen. Bei
> Li-Primärzellen. die 10 Jahre halten sollen, würde man das anders
> bewerten.

Quatsch, ordentliche Li-Akkus haben kaum mehr Selbstentladung als 
Primärzellen.

Der TL431 ist fehl am Platze, was bereits erklärt wurde. Eien µC 
einsetzen zu wollen, zeigt Unverständnis der Anforderung, aber wer nur 
einen Hammer kennt ...

Erkennen der Endspannung und Freigabe nach Laden ist genau das, wofür 
der ICL7665 erfunden wurde.

Der Starter hat ganze zwei Beiträge erzeugt, mal wieder erfolgreich 
einen Müllthread erzeugt!

von Jens G. (jensig)


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Manfred P. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>>> Der braucht 2µA. Mehr als das doppelte des schlafenden Tinys. Unschön.
>>
>> Unschön, aber total egal, da LiPos überwacht werden sollen, die sowieso
>> mindestens alle paar Monate aufgeladen werden müssen. Bei
>> Li-Primärzellen. die 10 Jahre halten sollen, würde man das anders
>> bewerten.

Wahrscheinlich benutzt Du nur das Billigste vom Billigen. Meine Li-Akkus 
jedenfalls haben übers Jahr vielleicht gerade mal ein oder zwei Zehntel 
Verlust. Und das auch noch mit einem BMS dran, welches üblicherweise ja 
auch paar Strömlinge zieht. Ok, auf 4,2V vollgeladen geht es die ersten 
eins/zwei Monate rel. schnell um ein/zwei Zehntel runter (weil das BMS 
in der Region noch paar µ zieht). Aber dann um die 4V abwärts isses sehr 
stabil ...
Ich mache mir jedenfalls übers Jahr keine Sorgen, dass die Akkus 
zwischenzeitlich ihr Leben verlieren ...

: Bearbeitet durch User
von Manfred P. (pruckelfred)


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Jens G. schrieb:
> Wahrscheinlich benutzt Du nur das Billigste vom Billigen. Meine Li-Akkus
> jedenfalls haben übers Jahr vielleicht gerade mal ein oder zwei Zehntel
> Verlust.

ICH benutze ordentliche Ware. Du hast Leseprobleme und bist zu 
dämlich, sinnvoll zu Quoten (und nicht nur dazu). Damit unterstellst Du 
mir eine Behauptung, die ich nicht getroffen habe!

von Harald A. (embedded)


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Manfred P. schrieb:

> Der TL431 ist fehl am Platze, was bereits erklärt wurde. Eien µC
> einsetzen zu wollen, zeigt Unverständnis der Anforderung, aber wer nur
> einen Hammer kennt ...

Ich denke, ich weiß schon, was er vor hat und kenne die damit 
verbundenen Problemchen (eines davon erwähnte ich). Was hier immer 
wieder auffällt, das Du definieren möchtest, was einzig gut und richtig 
ist und andere Meinungen entsprechend abkanzelst. Ich weiß, werden wir 
nicht ändern, nerven tut es schon.

> Erkennen der Endspannung und Freigabe nach Laden ist genau das, wofür
> der ICL7665 erfunden wurde.

Dafür wurde er NICHT erfunden, wenn auch gelegentlich dafür genutzt. Ein 
simpler Comparator löst die Minimalanforderung, auf Dauer braucht man 
erfahrungsgemäß doch etwas mehr.

: Bearbeitet durch User
von Mark (manox)


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Danke für die ganzen Vorschläge und Hilfen. Habe die Sache jetzt mit 
einem ICL7665 gelöst, funktioniert so weit gut.

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