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Hi Leute,
ich suche schon seit einiger Zeit eine elegante Lösung für mein Problem. Evtl hat ja jmd einen Bauteil oder Lösungstipp.
Es geht darum, mehrere in Reihe geschaltete Akkuzellen einzeln entladen zu können. Dafür habe ich mir ein Leistungsfet und einen Widerstand parallel geschaltet. Angesteuert werden soll es von einem Atmel Prozessor mit 5V Ausgangsspannung.

Bei der ersten Zelle ist es ja kein Problem, bei der 2. ist das Potential ja um das Potential der ersten Akkuzelle angehoben, also zB 4,7V. Der LeistungsFET kann also nicht einfach angesteuert werden mit 5V. Es gibt 6 Kanäle aktuell. Ideal wäre ein Treiber IC, das alle bedienen könnte. Oder eine simple Vorschaltung.

Leider sind alle Treiber, die ich bisher mit 3 oder 6 kanälen gefunden habe, für Motoren ausgelegt. Also mit interner Logic.
Mir welchem Bauteil könnte ich das Problem in den Griff bekommen?

Grüße
Sascha

» Es geht darum, mehrere in Reihe geschaltete Akkuzellen einzeln entladen zu
» können.

Entladestrom und Spannung?

» » Es geht darum, mehrere in Reihe geschaltete Akkuzellen einzeln entladen
» zu
» » können.
»
» Entladestrom und Spannung?

Strom ist jeh nach konfiguration bis 25A geplant. Spannung jeh nach zellen typ 2,7v bis 4,7V. Die Systemspannung wird 16V nicht überschreiten.

Hatte auch überlegt mit einem 2R-R Netzwerk die Spannungen zu generieren und die vom uC zu addieren. Das scheint mit aber etwas aufwendig für die Anwendung.

Hi,
darf der Power-Mos auch von der Modulspannung versorgt werden?
es ginge z.B. ein ULN2008 oder ähnliches (8 Transistoren mit "Prüf-Diode" in einem DIL16 Gehäuse), der vom Atmel mit H angesteuert wird und damit 8x das Gate der MOS-FET auf Masse zieht.
Wenn einer der FETs einschalten soll, dann wird der entsprechende Kanal auf L geschalten und der Pull-Up-Widerstand am Gate zieht dieses nach +U-Batterie.
Problem: der "oberste" FET bekommt nur ca. 4,2V Mehr als sein S-Anschluß - Hier einen entsprechenden Typ verwenden, der so eine geringe GS-Spannung zum Durchschalten verträgt.
Oder einen Bootstrap für diesen Fall bauen.

cu
st

» Hi,
» darf der Power-Mos auch von der Modulspannung versorgt werden?
» es ginge z.B. ein ULN2008 oder ähnliches (8 Transistoren mit "Prüf-Diode"
» in einem DIL16 Gehäuse), der vom Atmel mit H angesteuert wird und damit 8x
» das Gate der MOS-FET auf Masse zieht.
» Wenn einer der FETs einschalten soll, dann wird der entsprechende Kanal
» auf L geschalten und der Pull-Up-Widerstand am Gate zieht dieses nach
» +U-Batterie.
» Problem: der "oberste" FET bekommt nur ca. 4,2V Mehr als sein S-Anschluß -
» Hier einen entsprechenden Typ verwenden, der so eine geringe GS-Spannung
» zum Durchschalten verträgt.
» Oder einen Bootstrap für diesen Fall bauen.

ACK, das ist die preiswerteste Lösung.

» ACK, das ist die preiswerteste Lösung.

ACK?
Den ULN2008 hatte ich mir schon angeguckt. Der von mir gewählte FET ist ein IRLIZ 44 N-Kanal. Dafür müsste ich also einen ähnlich belastbaren P-Kanal Typen finden.

also zB diesen hier
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon-IPD50P04P4L_11-DS-v01_00-en-785345.pdf
der hat die Leistung und Threeshot bei 2,2V

Das Gate mit einem 10K Pull-up dann über den ULN2008 auf Masse ziehen mit dem uC ?

Hi,
der IRLIZ44N sollte für alle reichen - Id=15Amax bei Ugs=4V und R=0.028Ohm

Schaltung siehe Zeichnung

cu
st

» Hi,
» der IRLIZ44N sollte für alle reichen - Id=15Amax bei Ugs=4V und
» R=0.028Ohm

Entladeschlussspannung?

Für die "oberen" Zellen p-MOSFETs zu nehem ist keine schlechte Idee.

» Hi,
» der IRLIZ44N sollte für alle reichen - Id=15Amax bei Ugs=4V und
» R=0.028Ohm
»
» Schaltung siehe Zeichnung
»
» cu
» st
»
»

Danke für deine Zeit und die Antwort. Hat der Kondensator am Source Pin eine Bewandtnis?

Wenn 6 Zellen zum einsatz kommen, wird die Spannung bei 2V nach unten begrenzt. In dem Fall wäre Ub 12V und pro Zelle wären es 2V. Es wird also im Bereich von 12-16V maximal gearbeitet.

Die Leistungs FET's vertragen ja viel abwärme mit Kühlkörper. Meine Last Impedanze ist zwischen 0,25 und 1 ohm geplant. Kann ich das nicht auch ohne R realisieren, indem ich die FETs weniger aussteuer oder über PWM nur kurz aktiviere?

» Die Leistungs FET's vertragen ja viel abwärme mit Kühlkörper. Meine Last
» Impedanze ist zwischen 0,25 und 1 ohm geplant. Kann ich das nicht auch ohne
» R realisieren, indem ich die FETs weniger aussteuer oder über PWM nur kurz
» aktiviere?

Hi,
das wäre mir zu unsicher!
Bei Batteriestapeln (LI-Technik) solltest du auf Sicherheit gehen.
Betrachte bitte den Fall, MOS-FET legiert wegen z.B. EMV durch - ist also nichtmehr schaltbar und damit unkontrolliert niederohmig.
mit einem definierten Wiederstand hast du dann wenigstens eine kontrollierte - wenn auch ungewollte Entladung.
Den Entlade-Widerstand mindestens um Faktor 100 größer machen als der erwartete Innenwiderstand der Zelle. Besser 1000, da die Balance-Ladungen gering sein werden und damit die Gesamtlast auch gering gehalten werden kann.

xy hat weiter oben vorgeschlagen, den obersten FET als P-Kanal auszuführen und mit einem Masse-Signal durchzuschalten.
- das kann man so machen - aber der Fehler in der Ansteuerung ist sprichwörtlich "vorprogrammiert".
Irgendwann liest jemand den Code und schmeißt die Zeile mit dem EXOR für den high-Transistor raus .....

Auch deine Frage nach dem Kondensator - das stellt eine Art Bootstrap dar, mit dem die Spannungslage für den obersten Transistor "aufgepumpt" werden kann.

Nachdem zur Ansteuerung der Transistoren ohnehin ein µC eingesetzt wird, können folgende Arten realisiert werden:
- Pumpen der Gatespannung mit dem obersten oder dem darunter liegenden Transistor.
- statt Lastwiderständen können auch Spulen oder Kondensatoren im Switch-Mode verwendet werden.
-- > damit können dann z.B. die abgegeriffenen Ladungen wieder "oben" in den Batteriestapel eingespeist werden und bleiben somit im Gesamtsystem.
--> darum habe ich auch keine Verbindung mit Widerständen zwischen die Drain und Bat.Anschlüsse eingezeichnet.
- der µC hat AD-Eingänge, mit denen die Spannung entweder am Drain oder an der Batt-Zelle gemessen werden können. Vorteiler ist zu kalibrieren, eventuell mit Z-Dioden oder Kondensatoren arbeiten um die dynamischen Spannungen besser zu bewerten.


cu St

» Die Leistungs FET's vertragen ja viel abwärme mit Kühlkörper. Meine Last
» Impedanze ist zwischen 0,25 und 1 ohm geplant. Kann ich das nicht auch ohne
» R realisieren, indem ich die FETs weniger aussteuer oder über PWM nur kurz
» aktiviere?

So ein Mosfet hat vielleicht 0,01 Ohm. Auch beim kurzen Einschalten fliesst ein sehr hoher Strom, der praktisch nur durch den Innenwiderstand der Spannungsquelle in Reihe mit dem R(on) des Mosfets begrenzt wird. Den Innenwiderstand kann man leicht messen, indem die Spannungsquelle abwechselnd mit 1A und 2A (oder besser geeignete Werte, je nach Leistungsfähigkeit) belastet und unter beiden Lastzuständen die Klemmenspannung misst. Nach dem ohmschen Gesetz ergibt sich der Innenwiderstand dann zu Ri=Delta(U)/Delta(I). Damit ist es einfach, den Strom zu berechnen, der im kurzen Einschaltmoment fließt.

» » Die Leistungs FET's vertragen ja viel abwärme mit Kühlkörper. Meine Last
» » Impedanze ist zwischen 0,25 und 1 ohm geplant. Kann ich das nicht auch
» ohne
» » R realisieren, indem ich die FETs weniger aussteuer oder über PWM nur
» kurz
» » aktiviere?
»
» Hi,
» das wäre mir zu unsicher!
» Bei Batteriestapeln (LI-Technik) solltest du auf Sicherheit gehen.
» Betrachte bitte den Fall, MOS-FET legiert wegen z.B. EMV durch - ist also
» nichtmehr schaltbar und damit unkontrolliert niederohmig.
» mit einem definierten Wiederstand hast du dann wenigstens eine
» kontrollierte - wenn auch ungewollte Entladung.
» Den Entlade-Widerstand mindestens um Faktor 100 größer machen als der
» erwartete Innenwiderstand der Zelle. Besser 1000, da die Balance-Ladungen
» gering sein werden und damit die Gesamtlast auch gering gehalten werden
» kann.
»
» xy hat weiter oben vorgeschlagen, den obersten FET als P-Kanal auszuführen
» und mit einem Masse-Signal durchzuschalten.
» - das kann man so machen - aber der Fehler in der Ansteuerung ist
» sprichwörtlich "vorprogrammiert".
» Irgendwann liest jemand den Code und schmeißt die Zeile mit dem EXOR für
» den high-Transistor raus .....
»
» Auch deine Frage nach dem Kondensator - das stellt eine Art Bootstrap dar,
» mit dem die Spannungslage für den obersten Transistor "aufgepumpt" werden
» kann.
»
» Nachdem zur Ansteuerung der Transistoren ohnehin ein µC eingesetzt wird,
» können folgende Arten realisiert werden:
» - Pumpen der Gatespannung mit dem obersten oder dem darunter liegenden
» Transistor.
» - statt Lastwiderständen können auch Spulen oder Kondensatoren im
» Switch-Mode verwendet werden.
» -- > damit können dann z.B. die abgegeriffenen Ladungen wieder "oben" in
» den Batteriestapel eingespeist werden und bleiben somit im Gesamtsystem.
» --> darum habe ich auch keine Verbindung mit Widerständen zwischen die
» Drain und Bat.Anschlüsse eingezeichnet.
» - der µC hat AD-Eingänge, mit denen die Spannung entweder am Drain oder an
» der Batt-Zelle gemessen werden können. Vorteiler ist zu kalibrieren,
» eventuell mit Z-Dioden oder Kondensatoren arbeiten um die dynamischen
» Spannungen besser zu bewerten.
»
»
» cu St

hi,
es ohne R-Last zu machen, hatte ich mir kurz nach dem post auch schon anders überlegt. das gerät soll ultra caps balancen. also zellen mit 3000-3700F und diese auch noch mit bis zu 10 parallel. da ist eine unglaubliche power vorhanden. darum arbeite ich auch erstmal nicht mit der umladung über C-L elemente. die lipo anwendung wird später folgen in einer ausbaustufe. dort gibt es aber auch mächtige hochstrom zellen, die schon fast richtung elektro leistungen gehen. bin gespannt, wie viel man da tatsächlich balancen muss.
wenn aus einer cap-bank 1000A für zB 2 min gezogen werden während sie von einem netzteil gespeist wird, nützt balancen mit 1A denke ich herzlich wenig.

das mit dem boosten/pumpen der gate spannung ist mir noch nicht bewusst. addiert sich die ladung des kondensators kurzzeitig zu der betriebsspannung, wenn der uln das gate auf masse zieht?

» das gerät soll ultra caps balancen. also zellen mit
» 3000-3700F und diese auch noch mit bis zu 10 parallel.

Dann musst du doch nicht geizen! Nimm Optokoppler mit Gatetreiberausgang und galvanisch getrennte DC/DC-Wandler.

» Dann musst du doch nicht geizen! Nimm Optokoppler mit Gatetreiberausgang
» und galvanisch getrennte DC/DC-Wandler.

Naja, die SSR als Opto ausgeführt habe ich schon öfter benutzt, zumindest einen typ, da kostete aber einer schon 4,5€. Das ist defintiv unangemessen. wenn jemand da etwas geeignetes bis einen euro/stk kennt, könnte es in frage kommen. für einen dcdc müsste man ja auch nochmal 6eu locker machen.

wie das mit dem kondensator funktioniert, interessiert mich trotzdem