MOSFET kao prekidac

[emiSAr]

Evo i deda jedan vec odavno provjeren primjer zastite Li-Ion celije od podpraznjenja.
Potrbni podaci na semi.
pOz ekipi

[Ice87]

Hvala svima na trudu i predlozima.

Sklop koji treba napajati bi imao baterijsko napajanje od 12-14V a iskljucenje bi trebalo da bude na 11V, tako da je mala potrosnja veoma bitan faktor.
Inace bi se nalazio u automobilu, ne znam da li treba obratiti paznju na neke dodatne detalje.
Takodje je bitno da ima sto manje elemenata zbog prostora na PCB-u.
Ukljucenje i iskljucenje ne mora da bude ultra brzo.

Ovaj druga Macolina sema deluje kao dobro resenje.

Slobodno predlozite i neka resenja sa komparatorom.

Sto se tice odabira mosfeta, da li mogu da stavim ZXMP6A13F za struju do 1A?

[Macola]

Hvala svima na trudu i predlozima.

Sklop koji treba napajati bi imao baterijsko napajanje od 12-14V a iskljucenje bi trebalo da bude na 11V, tako da je mala potrosnja veoma bitan faktor.
Inace bi se nalazio u automobilu, ne znam da li treba obratiti paznju na neke dodatne detalje.
Ukljucenje i iskljucenje ne mora da bude ultra brzo.

Ovaj druga Macolina sema deluje kao dobro resenje.

Slobodno predlozite i neka resenja sa komparatorom.

To i jesu šeme sa komparatorom, samo je izveden diskretnim komponentama. Šmit komparator sa 2 tranzistora, a treći je drajver mosfeta radi smanjenja potrošnje u isključenom stanju.
Šmit ulaz, tj. histerezis je neophodan jer bi došlo do nestabilnosti u vidu oscilacija, u momentu kada se uređaj nađe na prelomnoj tački gde se odlučuje on-off. To sa histerezisom važi za bilo koji vid komparatora, utoliko više kod integrisanog jer ima mnogo veće pojačanje.
Potrošnja sklopa je manja od 1mA, što je za automobilski akumulator potpuno transparentno jer je struja samopražnjenja rada stotine mA. Dakle, potrošnja u isključenom stanju je ravna jednoj desetini tipične LED koja glumi lažni alarm u autu.

Imaš dve verzije: isključenje plus kraja sa P mosfetom i isključenje minus kraja sa N mosfetom.

Zahtev se može rešiti na bezbroj načina:
- sa komparatorima LM311, LM339, LM393 i još bezbroj drugih...
- sa op-amps LM324, LM358 i još bezbroj drugih....
- sa CMOS, običnim ili Šmit kapijama koje mogu direktno drajvovati mosfet, 40106, 4093, 4007 bla bla,može pola CMOS serije....
- sa TL431, Lt1009, NE555, TSC555, IR2104, IR2184, IR2153, i još gomilom raznih tajmerskih, drajverskih i drugih namenskih IC...
- diskretno kao što je već nacrtano i bar još deset verzija diskretnog izvođenja...

Može bilo sa čim što može porediti dva napona međusobno i dati rezultat toga na svom izlazu. Poređenje nekog uzorka i Vreff, ili pak stabilisati Vdd na primer kod CMOS, pa onda koristiti njegov ulaz za uzorkovanje tražene veličine.

Radije maksimalno preciziraj zahtev da ne bih crtao šta sve može jer to može potrajati mnogo dana crtanja...

- prag Vin_on,
- prag Vin_off,
- tip opterećenja iza: (otporno, induktivno, kapacitativno i koje su veličine reaktansi iza),
- nagib porasta i nagib opadanja izlaznog napona, ukoliko je bitno (kod nekih digitalnih IC uređaja je i te kako bitno),
- specifična potrošnja i moguć overload,
- dozvoljena potrošnja samog on_off sklopa u on stanju i u off stanju.

Ovako možemo do prekosutra da pogađamo šta bi te zadovoljilo, a to pogađanje troši mnogo nedostajućeg vremena...

Pozz

[Macola]

A mislim da će savršeno zadovoljiti jedan od dva predložena sklopa, posebno onaj sa P mosfetom jer ti masa potrošača ostaje na masi auta.

Evo napravih i simulaciju kola.  Sa R3 namestiš prag, sa R1 namestiš histerezis.


  Draft1.pdf (Size: 6,01 KB / Downloads: 40)


  Draft1_plot.pdf (Size: 18,4 KB / Downloads: 24)

[Želja]

Eto, - kad je tastatura brža od pameti
Onaj post sa zenericom u kolu gejta je izbrisan ...

Kod onog generatora na 100Hz može takav princip,
ali ne i u kolu gejta ...

Pozz

[Ice87]

Ipak sam se odlucio za varijantu sa LM311.



Da li sam ovo dobro nacrtao i koje vrednosti otpornika treba staviti?

Treba da postoji histerezis, tako da se gasi na 11V a da se pali na 11.5. Da li se to postize vrednoscu otpornika R3?

[me[R]a]

Ako si hteo da zastitis LM311 od pogresne polarizacije sa D1 onda si trebao da tu diodu stavis izmedju V+ i pina 5 LM311 jer ovako si limitirao ceo sklop sa 200mA max koliko iznosi continuous forward current za 1N4148.

[Ice87]

Ako si hteo da zastitis LM311 od pogresne polarizacije sa D1 onda si trebao da tu diodu stavis izmedju V+ i pina 5 LM311 jer ovako si limitirao ceo sklop sa 200mA max koliko iznosi continuous forward current za 1N4148.

Hteo sam ceo sklop da zastitim od pogresne polarizacije ali nisam vodio racuna o strujnom limitu. Moracu da stavim neku snazniju diodu.

[mikikg]

Sa tom diodom u kolu napajanja komparatora se stiti samo komparator ne i potrosac od pogresnog polariteta.
Kod obrnutog polariteta ce provoditi body didoda u MOS-FET i samim tim dovesti negativan napon na potrosac sto sigurno nije dobro.

[vsavic]

A sta bi sa vrednostima za ovo sto je Ivan stavio za gore navedeni slucaj, da se trigeruje ispod 11 i iznad 11.5v?

[Gosha]

A sta bi sa vrednostima za ovo sto je Ivan stavio za gore navedeni slucaj, da se trigeruje ispod 11 i iznad 11.5v?

Ajde malo se i vi ukljucite. Nemojte, samo, da cekate gotova resenja.
Imamo najobicniji komparator sa pozitivnom povratnom spregom. 
Komparator na izlazu ima dva stanja, "1" i "0".
Izracunaj napon na "+" pinu komparatora kad je na izlazu "1" i kad je "0" i eto ti histerezis.
Na "-" pinu je referentni napon.

[Macola]

1) Ipak sam se odlucio za varijantu sa LM311.

2)  Da li sam ovo dobro nacrtao i koje vrednosti otpornika treba staviti?

3) Treba da postoji histerezis, tako da se gasi na 11V a da se pali na 11.5. Da li se to postize vrednoscu otpornika R3?

Vidi @Ice87,
--------------------------------------------------
1) Ako već nisi radio sa komparatorima i nemaš iskustva sa njima, onda je sporno to što si ti "ipak odlučio".

Moje pitanje je: - na osnovu čega si odlučio?

Lepo sam ti prethodno nacrtao krajnje jednostavan sklop, koji je vrlo jevtin i koji će sigurno da radi i pod rukom potpunog amatera. Potrošio sam vreme na to, mada mi nije žao jer će neko drugi to upotrebiti kad-tad.

--------------------------------------------------------
2) Ne, nisi dobro nacrtao jer LM311 (LM111,LM211, RH111) je komparator koji osim osnovnih 5 nožica koristi još tri.

Njihove noge su:
- 1. pin = GND, tj. emiter od izlaznog tranzistora sa svojim strujnim limiterom,
- 2. pin = neinvertujući ulaz (+ in),
- 3. pin = invertujući ulaz (- in)
- 4. pin = -Vee, tj. eventualno negativno napajanje, ili GND kada se koristi jednostruko napajanje,
- 5. pin = balance/strobe, pin kojim se vrši podešavanje ofseta i dozvola izlaza,
- 6. pin = balance, tj. drugi kraj za eventualni ofset trimer,
- 7. pin = open kolektor izlaz sa source kapacitetom do 50mA max.
- 8. pin = +Vcc, tj. pozitivno napajanje komparatora u oba slučaja: split napajanje ili single napajanje.


Evo kako treba da izgleda tvoja šema, sa U_on=11.4V, sa U_off=10.8V, histerezis oko 0.5V. Te veličine su takve zato da se ne bi patio sa trimer potenciometrima već odmah zakačio standardne vrednosti diskretnih otpornika koje možeš naći "na trafici", a pri tom imao vrlo bliske vrednosti koje ti trebaju.

Prag ispod kog se ne sme trajno prazniti Pb akumulator je 10,7V.
Ukoliko se kontinualno nastavi pražnjenje ispod 10,7V, nepovratno se gubi deo kapaciteta Pb akumulatora.
Dakle, 10.8V i 11.4V sasvim zadovoljavaju.

Napisao sam ti brojeve pored pinova jer je RH111 (kog sam koristio za simulaciju, radi tvog edukovanja) potpuno identičan kao LM311,211,111. Takođe je LT1389-5 maltene identičan sa LM336-5.


  PMOS_sw.pdf (Size: 6,36 KB / Downloads: 45)

Evo i kako to radi (tako radi i u realnosti).


  PMOS_sw_plot.pdf (Size: 8,91 KB / Downloads: 18)


Dalje, takvi komparatori su prilično brzi (200-250nS) i zbog toga su prilično i osetljivi na "divlje" oscilacije.
Neiskusan samograditelj će začas imati nezgodan problem "divljih" oscilacija, gde komparator neće raditi kao komparator nego kao srednjetalasni ili kratkotalasni predajnik.


Preventivne mere protiv oscilacija su (gledaj na mojoj šemi):
- C2 što kraće između nogu 8 i 4 od LM311,
- C1 što kraće između nogu LM336-5,
- R1, R2 i R9 što bliže pinovima LM311.

Dalje, pinove 5 i 6 je potrebno spojiti na +Vcc, a pin 1 na -Vee (inače neće raditi).

Eto, nacrtao sam po želji i sa komparatorom LM311 (LM211, LM111, RH111) i napravio edukativnu simulaciju.



Pragovi okidanja (na mojoj šemi) se postižu korekcijom otpornosti u razelniku, u gornjoj grani R7, u donjoj grani R8 i R10 paralelno. Blagom korekcijom bilo koje od tih vrednosti možeš vrlo fino namestiti pragove.
Histerezis se namešta sa R9.
---------------------------------------------

Sklop za pouzdanu i kvalitetnu zaštitu od obrnutog polariteta, sa indikacijom kad je kontra polaritet sam ti takođe nacrtao.
Ako izabereš mosfet koji ima mali Rds_on, takav protektor ti neće bitno uticati na pragove tvog komparatora i neće bitno zavisiti od temperature. Takav protektor ima minimalni pad napona, a ne kao dioda oko 0.6-0.7 ,uludo izgubljenih volti na uređju koji treba da štedi snagu.

Evo protektora:


  PMOS_prot.pdf (Size: 5,83 KB / Downloads: 21)

I naravno simulacije za omladinu:


  PMOS_prot_plot.pdf (Size: 7,11 KB / Downloads: 16)

Pozdrav,
Macola

P.S.

Većina vas je previdelo da se P Mosfet uključuje kada je nizak napon na izlazu LM311...

[Macola]

Eh da, evo i detalja iz unutrašnjosti LM311:


  lm311-n.pdf (Size: 105,59 KB / Downloads: 15)

[Ice87]

@Macola, hvala jos jednom na vremenu koje si izdvojio.
Mislio sam da cu upotrebom LM311 smanjiti broj komponenti, ali koliko vidim ipak sam se prevario.

[Macola]

Ništa ništa druže, bitno je da si nešto korisno naučio.

Pozdrav,
Macola