Einfacher Tiefentladeschutz

Winterbastelei 1
 
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Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 01.03.2012 - 11:23 Uhr  ·  #1
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

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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 02.03.2012 - 09:13 Uhr  ·  #2
Hallo Schwede,
deine eingestellte Schaltung besteht ja wirklich aus sehr wenigen Bauteilen. Im nachfolgende Link wird auch ein Tiefentladungsschutz gezeigt der aber mehr Bauteile beinhaltet. Was mir persönlich an deiner Schaltung gut gefällt ist die Kontaktlose Abschaltung der Last im Gegensatz zu der verlinkten Schaltung. Eventuell könnten die beiden 1 K Widerstände im Trimmpoti- Pfad höhere Werte aufweisen um den Ruhestrom noch weiter zu senken, kleine Verbesserungen die du ja schon selbst genannt hast sind zur Sicherheit gegen Externe Störungen von Vorteil und machen die Schaltung noch sicherer. Eine Kombination von deiner- mit der von mir verlinkten Schaltung entspricht meinen Vorstellungen wenn mal benötigt. Im Moment hat das Basteln wohl ein Ende, die Natur ruft wieder zu körperlichen Taten!
Grüße Harald
http://www.produktinfo.conrad….echter.pdf
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 02.03.2012 - 10:17 Uhr  ·  #3
@ 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. :P

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 O-) ... obwohl wir das von den anderen Provinzen behaupten....
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 02.03.2012 - 11:27 Uhr  ·  #4
@ Schwede,
deine „Minimal“ Version eines Tiefentladungsschutz ist im Preis kaum zu toppen! Wenn es deine Zeit zulässt, nimm mal ein anders IC eventuell mal das aus dem Link. Bin auf deine nächsten Schaltungen sehr gespannt. Ich habe einige SUP85n06-05 Mosfets von „Nessel“ vorliegen, 60 V, 85A, 8,5 mOhm
http://www.nessel-elektronik.de/POWER-FET/power-fet.html
Bei 24 V Betriebsspannung kann ja mit einer „Z“ das Gate gegen Überspannung geschützt werden, ein von dir erwähnter Spannungsteiler macht es natürlich auch. Denke je nach 24 V Akkutyp geht die Gasungsspannung zur Säure Durchmischung schon mal bei sehr kaltem Akku bis auf 31V was dem Mosfet ohne Schutz wohl nicht gut bekommen wird. Das Auskoppel der Reglung mit einer Diode und nachfolgender Elko Glättung eventuell noch mit einer Breitband Drossel je nach Bedarf sind die Schaltungen hier und da zu erweitern. Das Abblocken der IC Versorgungsspannungen ist nur „Cent“ Sache. Geiz hat aber nichts mit Sparsamkeit zu tun, ich achte auch im Normalfall auf „gut und billig“ bei gewissen Anschaffungen und rechne dabei immer noch auf unsere gute DM hoch.
Gruß Harald
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 02.03.2012 - 13:01 Uhr  ·  #5
@ 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
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 02.03.2012 - 13:12 Uhr  ·  #6
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 04.03.2012 - 02:20 Uhr  ·  #7
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.

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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 04.03.2012 - 09:39 Uhr  ·  #8
@ Maik:
Ja, diese Schaltung hatte ich auch in der Auswahl. Leider war sie für unsere Verhältnisse nicht Temperaturstabil. Im Testbereich von + 30° bis -15° gab es Ausreißer von bis zu 1,1V... :(
Jedoch im Bereich von 20° bis ca 5° war es "ok" ich hatte mir in dem ersten Temperaturbereich 0,2V (10 Durchläufe mit je 5°- Schritten) gesetzt und so erreicht.
Trotzdem für einfache Anwendungen und ausgewogene Temperaturumgebungen der "Preisknüller" und sehr einfach nachzubauen, kaum Störprobleme.. :-)
Gruß Andre
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 04.03.2012 - 22:11 Uhr  ·  #9
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
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 05.03.2012 - 08:21 Uhr  ·  #10
Zitat
Was Du meinst, nennt sich Parallelschaltung. Kaskadierung ist was anderes.

Danke, wir sagen im technischen Bereich auch für die, wie Du sagst Parallelschaltung (in diesem Fall), kaskadieren... Lerne Auch im deutschen immer noch dazu.
Der IRF 620 ist für eine Schaltung mit Dämmerungssensor als Wegebeleuchtung gewesen, hier brauchten die LED-s ja nicht mehr und er war in der Bastelkiste. Danke für den Hinweis auf die Schwache Leistungsfähigkeit oder wie das auf deutsch heißt.. :-/
Gruß Andre
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 05.03.2012 - 12:52 Uhr  ·  #11
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Re: Einfacher Tiefentladeschutz

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Gepostet: 05.03.2012 - 16:13 Uhr  ·  #12
Hallo zusammen,
Falls mal benötigt und noch nicht bekannt:
http://www.datasheetcatalog.net/cgi-bin/helo.pl?text=BUK217
BUK217 mit neu gesuchtem Bauteil überschreiben.
@Windfried:
Mit den 130 mA Spulenstrom diverser 12 V Lastrelais hast Du schon Recht. Remanenz Relais würden diesen Dauerhaltestrom aber nicht benötigen.
Beneide Dich für den schönen Standort am „Bodensee“!
@all: Nur mal hier für die neuen Elektronikeinsteiger: http://de.wikipedia.org/wiki/Haftrelais
Oder so: Ein in Reihe mit einem Relaisspulenanschluss angeschlossener Elko und parallel über dem Elko ein Widerstand ergibt eine Relaisspulen Stromsparschaltung. Der Relaishaltestrom kann somit ca. halbiert werden. Ein oder mehrere Power Mosfet´s sind je nach Anwendung die bessere Lösung würde ich mal annehmen.
@XXLRay: Simulationsprogramm, prima!
Gruß Harald
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