Einfacher Tiefentladeschutz

Während meiner Werkstattzwangspause (Aussentemperatur = Werkstatttemperatur) habe ich am Küchentisch auf Anfrage einiger Landsleute einige Schaltungen entwickelt, die zwar eher für Boote und Camping gedacht waren, jedoch auch für Inselsysteme funktionieren.
Besonders Tiefentladung soll ja vermieden werden. Käufliche Schaltungen sind mir hier eigentlich zu teuer gewesen und auch schwer für unterschiedliche Verwendungszwecke anpassbar. Also stelle ich eine kleine Schaltung vor, die für 3-4 Krisendollar nachbaubar ist. Die Schaltung ist sehr gutmütig und dürfte eigentlich keine Nachbauprobleme hervorrufen.
Da ich hier gerne auf Dinge zurückgreife, die Bastellager meist hergeben, ist wohl auch keine Schwierigkeit gegeben, hier die Teile zu beschaffen. Auch lässt sich durch Änderung der Spannungsteiler und der Z Diode diese Schaltung auch für 24V anwenden. Das jedoch stelle ich nicht vor, da ich zwar die Spannungsteiler berechnet habe, jedoch habe ich das nicht probiert.

Der IC ist ½ LM 393, ein Low Power, Low Offset Voltage Dual Comparator.
Kurz zur Funktion: Die Z- Diode stellt eine Referenzspannung für den 1. Komparator zur Verfügung.
Der Spannungsteiler aus dem Poti und den beiden 1k Widerständen erzeugen einen Spannungsabfall. Wenn die Batteriespannung sinkt, wird dieser Abfall irgendwann den Wert der Z Diode annehmen. Beide Komparatoren haben dann den gleichen Wert.
Dadurch wird der Mosfet (N- Kanal) so angesteuert, dass er die Last abschaltet. Dadurch sind auch die Fertigungsdifferenzen der Z- Dioden nicht so dramatisch, da der Spannungsteiler einen recht großen Bereich hat.

Natürlich lässt sich so auch ein Relais als Lastwiederstand (Relaisspule) einschalten. Hier bitte die Freilaufdiode nicht vergessen!!
Wenn ein Relais eingesetzt wird, kann natürlich auch ein wesentlich „schwächerer“ Mosfet eingebaut werden.

Kaskadieren ist wie gewohnt bei Mosfets möglich, bei hohen Belastungen jedoch Kühlung nicht vergessen.
Moderne Mosfets stellen beim sachgerechten Löten keine Herausforderung dar, jedoch schadet ein Potentialausgleich nicht.
Der IC ist sehr gutmütig, wer jedoch will kann ja auch eine Fassung einlöten und den IC stecken.

Durch Abgleich am Potentiometer lassen sich bei Verwendung mehrerer paralleler Schaltungen auch kaskadierte Abschaltgruppen verwenden, z.B. 12V, TV, 11,9V Licht, 11,8V Kühlung, usw.....
Die Rücksetzschwelle liegt so bei ca. 1,5V - 2 V über der Abschaltschwelle.
Die Eigenstromaufnahme liegt bei ca. 5mA

Viel Spaß beim Nachbauen
Übrigens: mit den 2 übrigen Komparatoren lässt sich z.B. auch ein Dämmerungssensor mit Integrieren..

Wer nun keine 5,1V Z Diode hat, kann auch bis auf ca. 6V hochgehen....
Lochraster ist völlig ok für den Aufbau, da nichts getaktet wird, ist hier mit wenig Überraschungen zu rechnen.
Besonders an Nutzer mit MPPT und anderen Pulsierenden Zusatztechniken:
Ggf. über die Anschlüsse des IC der Spannungsversorgung 100nF legen. Dies ist aber wohl nur notwendig, wenn viele "schweinerein" in der Anlage sind. Natürlich sollte die Betriebsspannung frei von Einstrahlungen sein. Auskoppeln mit einer Diode (Schottky) in Ucc und ggf. Siebung können notwendig werden, war aber bei meinen Tests nicht notwendig.


Andre

@ Harald
Ja, es geht immer besser...
Jedoch ich habe in einer ersten Probeschaltung mit 3,3K und einem 100K Poti experimentiert. Wenn Du nachrechnest, wirst Du sehen, der Spannungsteiler ist nun wirklich kaum ein "Stromfresser". Das meiste des Ruhestroms geht auf den IC. Und wo bekommt man für 3-4 Euronen schon einen Tiefentladeschutz? Auch mit kleinen Nachteilen. Zumal viele in den Bastelkisten sehr leistungsfähige Mosfets haben. Natürlich habe ich auch eine Version mit einer Tl 431 als Referenzspannungsquelle, die noch präziser ist und auch mehr Temperatur- und Langzeitkonstanz bringt (stelle ich auch noch vor, wenn die Tests abgeschlossen sind). Mein Ziel war aber 5€ nicht zu überschreiten und elektronisch wenigstens 100W bei 12V zu schalten, was mit dem RPF 50N06 z.B. sehr gut geht. Momentan liegt neben mir eine Version mit einem RFP 70 N 06, der gerade eine Last mit 30 A überwacht, da bin ich von den 150 W ptot lt. Datasheet weit entfernt, trotzdem mit Kühlung... Und wo findest Du schon die Möglichkeit mit leichten Änderungen auch die 24V zu bedienen?
Nachteil für die 24V Version ist oft nur, dass die Gatespannung bei den meisten Mosfets nicht höher als 20V geht, also hier ist dann schon Vorsicht geboten und der Vorwiderstand sollte entsprechend sein, am besten auch ein Spannungsteiler.

Ansonsten viel Spaß bei körperlicher Betätigung.

Übrigens: selbst mit einem sehr "streuenden" MPPT klappte nach Auskoppeln mit Diode alles super und weitere "Maßnahmen" waren nicht notwendig... Nun und ein kleiner Kondensator über die Versorgungsspannung des IC kostet kaum was mehr, falls notwendig. Ich bin eben ein Småländer, genauso wie der Gründer eines schwedischen Möbelhauses. Gibt wohl kaum andere Schweden die sooooo geizig sind ... obwohl wir das von den anderen Provinzen behaupten....

@ Harald:
Habe bei der Entwicklung auch OpAmp im Visier gehabt, jedoch bei einer so einfachen Schaltung ist ein Komparator (ist ja auch ein OpAmp, jedoch mit anderem Schaltverhalten) einfach besser und hat durch sein Schaltverhalten einfach die geringere Störempfindlichkeit. Selbst mit feuchten Fingern bekam ich beim fühlen über die IC anschlüsse kein Störverhalten. Das macht alles wett. Kein Offset und solche Sachen. Wichtig ist ja auch das Laien hier weiterkommen...
Danke für den Link mit Power-fet...sehr interessant falls mir mal die SNT.s ausgehen.
UND mit dem anderen Komparator lässt sich ja auch ein Überladeschutz realisieren... Für PV als Parallelregler z.B. mit Ersatzlast...hier allerdings mit TL 431 als referenz.....

So, nun Winterschäden beseitigen.
Gruß Andre

hier ist eine "noch billigere" Alternative. Die Widerstandswerte sind für 12V Akkus berechnet. Über den Poti kann man die Schaltspannung einstellen, die Hysterese liegt im Schnitt etwa bei 1,2V. Beim Poti-Anschlag auf die Masse-Seite, ist der Tiefentladeschutz abgeschaltet.

Hallo Andre & Friends,

kurze Bemerkung nur:
Der 1. angegebene FET ist sicher mit 50A und 0,22 Ohm ausgezeichnet geeignet.
Der andere hat damit ansich nichts zu tun:

Technische Daten
Typ IRF 620
ID 5.2 A
UDS 200 V
Gehäuse TO 220
RDS(on) 0.8 Ω


Bekommt man bei Conrad.de, Reichelt.de oder wie die Händler auch heißen. Datenblätter downloadbar!

Was Du meinst, nennt sich Parallelschaltung. Kaskadierung ist was anderes.

Gebe auch zu bedenken, dass ein Relais anstatt FET immer nicht unerheblichen Spulenstrom verbrät.
Bei einem KFZ-Relais für 50A immerhin 130 mA.

Gruß vom Windfried




Edit: Raumgreifende Zitierung entfernt, weil nicht direkt Bezug drauf genommen wurde. - XXLRay

Hier gibt es übrigens ein Simulationsprogramm zum online arbeiten: https://www.circuitlab.com/