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Klaus Hoffmann

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30.04.2022,
13:16
 

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834 (Elektronik)

Ich möchte eine Schutzschaltung für meine Li-Ion Akkus verwenden. (Modul KX-2834 2A 3.7V).
Auf der kleinen Platine sind ein DW01A und Dual-MOSFETs 8205A verbaut.

Lt Datenblatt des DW01A wird ein Kurzschluss nach 500µs erkannt, wenn ein Spannungsabfall von 1,35V über die externen MOSFETs (8205A) auftritt. Bei einer Akku - Spannung von 4,2V habe ich einen Einschaltwiderstand über beide MOSFETs von ca. 43 mOhm gemessen.

(1,35V / 43 mOhm = ca. 31A.)
Damit ein Kurzschluss festgestellt wird, müssten also über die "kleinen" MOSFETs für 500µs = 31 A fliessen?

Im Datenblatt (8205A) ist eine max. Implusstromstärke von 20A angegeben. Mit Sicherheit nur ein "theoretischer" Wert.

Ist das Modul falsch designed, oder mache ich einen Rechenfehler.

Datenblätter
http://cdn.sparkfun.com/assets/learn_tutorials/2/5/1/DW01-P_DataSheet_V10.pdf
https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/1152898/KIA/8205A.htmlDatenblätter:

Klaus Hoffmann

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05.05.2022,
10:50

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

Anbei eine Antwort von Fortune Semiconductor:
Zitat:
"Ja. Die ideale Berechnung ist 37A, aber es ist ein Impuls-Kurzschlussstrom. Ron wird die idealen 25 mOhm bei einem kurzzeitigen großen Impulskurzschlussstrom nicht halten.
Der Kurzschlussschutz wird normalerweise vor den ideal berechneten 37A ausgelöst.
Und die Batterie kann in der Regel nicht kontinuierlich einen Kurzstrom von z.B. 37A liefern. (Das hängt von den Eigenschaften der Batterie ab.)
Daher wird in der Regel der Überstromschutz ausgelöst, nicht aber der Kurzschlussstromschutz."

Fazit:
Meine Annahmen wurden von Fortune Semiconductor bestätigt.
1. "Wenn der Storm auf über 25A ansteigt, dass die MOSFETs nicht "durchbrennen", weil die Sperrschicht Temperatur steigt und damit auch der Widerstand über beide MOSTFETs?"
2. Dass i.d.R. gar kein Kurzschlussstromschutz ausgelöst wird.

>> J.C. Maxwell wäre besser.
Da kommen alte Erinnerungen wieder hoch, die Maxwell-Gleichungen. Naja, ....

xy(R)

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05.05.2022,
09:07

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Ich beziehe mich auf's Datenblatt und meine Berechnung erfolgte gemäß den
» von Georg Simon Ohm aufgestellten Gesetzmäßigkeiten.

J.C. Maxwell wäre besser.

Klaus Hoffmann

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05.05.2022,
08:33

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Wie hast du den Spannungsabfall an den MOSFETs gemessen?

gar nicht!

Ich beziehe mich auf's Datenblatt und meine Berechnung erfolgte gemäß den von Georg Simon Ohm aufgestellten Gesetzmäßigkeiten.
Im Datenblatt von Fortune Semiconductor wird in analoger Weise die Berechnung des Überstroms (overcurrent protection) durchgeführt.

PS:
Für die Kurzschlussverögungszeit TOI2 findet man auch Werte zwischen 5µs und 500µs.
Wenn der Wert von VOIP kleiner ist als (1,35V), wäre es eine Erklärung, warum derartige Probleme nicht bekannt sind.

» Viele Millionen DW01A sind/waren im Einsatz. Von derarten Problemen ist
» nichts bekannt.

xy(R)

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04.05.2022,
09:31

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Mit einem Netzteil @ 4V (bis 10A) als Akkuspannung waren für die MOSFETs
» kein Problem und ein Kurzschluss wurde erkannt.
»
» Annahme:
» Wahrscheinlich ist der Wert von VOIP = 1,35V ebenfalls falsch angegeben.
» Warum sollte sonst eine Kurzschlusserkennung ausgelöst werden.

Wie hast du den Spannungsabfall an den MOSFETs gemessen?

Klaus Hoffmann

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04.05.2022,
09:23

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

Mit einem Netzteil @ 4V (bis 10A) als Akkuspannung waren für die MOSFETs kein Problem und ein Kurzschluss wurde erkannt.

Annahme:
Wahrscheinlich ist der Wert von VOIP = 1,35V ebenfalls falsch angegeben.
Warum sollte sonst eine Kurzschlusserkennung ausgelöst werden.

» Man müsste eben mal dynamisch messen, alles andere ist der berühmte Messmist.

Klaus Hoffmann

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03.05.2022,
09:44

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

Sorry, irgendwie doppelt rausgegangen.

Klaus Hoffmann

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03.05.2022,
09:41

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Man müsste eben mal dynamisch messen, alles andere ist der berühmte
» Messmist.

Stimmt, wie gesagt meine Messmöglichkeiten sind beschränkt.

Ich werde mal den Kurzschlussstrom bis 10A testen, (und wahrscheinlich die MOSFETs abbrennen.)
Damit nicht der Entladeschutz wirken kann, benutze ich ein Netzteil mit 4V / 10A.

Besser wäre natürlich ein Netzteil > 10A.

Klaus Hoffmann

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03.05.2022,
09:39

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Man müsste eben mal dynamisch messen, alles andere ist der berühmte
» Messmist.

Stimmt, wie gesagt meine Messmöglichkeiten sind beschränkt.

Ich werde mal den Kurzschlussstrom bis 10A testen, (und wahrscheinlich die MOSFETs abbrennen.)
Damit nicht der Entladeschutz wirken kann, benutze ich ein Netzteil mit 4V / 10A (als 0 Ohm Akku Innenwiderstand).

Besser wäre natürlich ein Netzteil > 10A.

xy(R)

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03.05.2022,
09:07

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» » Viele Millionen DW01A sind/waren im Einsatz. Von derarten Problemen ist
» » nichts bekannt.
»
» Ich gehe auch davon aus, das meine Betrachtung / Berechnung falsch sein
» muss.
»
» Deshalb habe ich die Frage hier gestellt, wo der Fehler sein soll.
»
» PS:
» Wenn der Innenwiderstand der Batterie "groß ist" und der Strom steigt, wird
» wahrscheinlich die Entladeschutzspannung (Overdischarge Protection)
» den Normalbetrieb unterbrechen und das Modul in den Power-Down Modus gehen.
» (Aber nicht auf grund einer Kurzschlusserkennung?)


Man müsste eben mal dynamisch messen, alles andere ist der berühmte Messmist.

Klaus Hoffmann

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03.05.2022,
09:05

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Viele Millionen DW01A sind/waren im Einsatz. Von derarten Problemen ist
» nichts bekannt.

Ich gehe auch davon aus, das meine Betrachtung / Berechnung falsch sein muss.

Deshalb habe ich die Frage hier gestellt, wo der Fehler sein soll.

PS:
Wenn der Innenwiderstand der Batterie "groß ist" und der Strom steigt, wird wahrscheinlich die Entladeschutzspannung (Overdischarge Protection)
den Normalbetrieb unterbrechen und das Modul in den Power-Down Modus gehen. (Aber nicht auf grund einer Kurzschlusserkennung?)

xy(R)

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03.05.2022,
08:25

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» » Du solltest das dynamisch messen, nicht statisch.
»
» Dynamische Messmittel stehen mir leider nicht zur Verfügung.
»
» Fakt ist:
» Über die interne Timerlogik des DW01A wird die Erkennung eines
» Kurzschlusses für die Zeit TOI2 (min. 5µs) verhindert. (Alles bleibt so
» lange im Normalbetrieb!)
»
» Was würdest du als neue "Erkenntnis" erwarten.
» Wenn der Storm auf über 25A ansteigt, dass die MOSFETs nicht
» "durchbrennen", weil die Sperrschicht Temperatur steigt und damit auch der
» Widerstand über beide MOSTFETs?
»
» Dagegen spricht die im Datenblatt angegebene Implusstromstärken von 20A.

Viele Millionen DW01A sind/waren im Einsatz. Von derarten Problemen ist nichts bekannt.

Klaus Hoffmann

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03.05.2022,
07:59

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Du solltest das dynamisch messen, nicht statisch.

Dynamische Messmittel stehen mir leider nicht zur Verfügung.

Fakt ist:
Über die interne Timerlogik des DW01A wird die Erkennung eines Kurzschlusses für die Zeit TOI2 (min. 5µs) verhindert. (Alles bleibt so lange im Normalbetrieb!)

Was würdest du als neue "Erkenntnis" erwarten.
Wenn der Storm auf über 25A ansteigt, dass die MOSFETs nicht "durchbrennen", weil die Sperrschicht Temperatur steigt und damit auch der Widerstand über beide MOSTFETs?

Dagegen spricht die im Datenblatt angegebene Implusstromstärken von 20A.

xy(R)

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02.05.2022,
09:19

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» >> Nein, die Akkuspannung bricht ja ein, schon bevor der Kurzschlusschutz
» aktiv wird.
»
» Ja, mit Änderung der Akkuspannung ändert sich auch der Widerstand über die
» MOSFETs.
» Bei einer Akku - Spannung von 2,5V habe ich über beide MOSFET einen
» Widerstand von 54 mOhm gemessen (im Normalbetrieb).
»
» (1,35V / 54 mOhm = ca. 25A)
»
» Das ist ein Kurzschlusstrom von min. 25A für min. 5µs, damit ein
» Kurzschluss erkannt wird.
»
» Ebenfalls unsinn, oder?

Du solltest das dynamisch messen, nicht statisch.

Klaus Hoffmann

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02.05.2022,
08:48

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

>> Nein, die Akkuspannung bricht ja ein, schon bevor der Kurzschlusschutz aktiv wird.

Ja, mit Änderung der Akkuspannung ändert sich auch der Widerstand über die MOSFETs.
Bei einer Akku - Spannung von 2,5V habe ich über beide MOSFET einen Widerstand von 54 mOhm gemessen (im Normalbetrieb).

(1,35V / 54 mOhm = ca. 25A)

Das ist ein Kurzschlusstrom von min. 25A für min. 5µs, damit ein Kurzschluss erkannt wird.

Ebenfalls unsinn, oder?

Klaus Hoffmann

E-Mail

02.05.2022,
08:24

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» >> Du vergisst dabei, dass im Kurzschlussfall auch die Steuerspannung der
» MOSFETs erheblich kleiner wird, und damit der Kanalwiderstand größer wird.

2. Bemerkung:
Mit Hilfe der Kurzschlussverzögerungszeit wird das Erkennen eines Kurzschlusses um (TOI2) verzögert.
Somit bleibt der DW01-P für min. 5µm Normalbetrieb und im Normalbetrieb habe ich den Widerstand über beide MOSFET gemessen.