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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:

simi7(R)

D Südbrandenburg,
30.04.2022,
13:29
(editiert von simi7
am 30.04.2022 um 13:40)


@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

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

Du hast den Spannungsabfall über die Bodydiode des anderen MOSFETs vergessen.
Falls beide leitend sind, musst du mit 2 x 43 mOhm rechnen.

Klaus Hoffmann

E-Mail

01.05.2022,
00:30

@ simi7

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

Nein, wie von mir oben beschrieben sind die 43 mOhm "über beide MOSFETs" gemessen, also pro MOSFET 21,5 mOhm.
Im Datenblatt ist Rds(on) mit 22 mOhm (bei GS = 4,5V, Id = 4,5A) angegeben. (Mein Messwert scheint gut zu passen.)

Klaus Hoffmann

E-Mail

01.05.2022,
00:41

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

>> Du hast den Spannungsabfall über die Bodydiode des anderen MOSFETs vergessen.
Die parasitären Dioden der beiden MOSFETs sind bei der Messung mit berücksichtigt.

xy(R)

E-Mail

01.05.2022,
00:47

@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Lt Datenblatt des DW01A wird ein Kurzschluss nach 500µs erkannt, wenn ein
» Spannungsabfall von 1,35V über die externen MOSFETs (8205A) auftritt.

Andere Hersteller geben da typisch 5µs an!

Klaus Hoffmann

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01.05.2022,
08:45

@ xy

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

Das stimmt, die Angaben sind unterschiedlich, von 5 - 500µs.
Aber "Short Current Protection Voltage" ist immer mit 1,35V (typ) angegeben.
Bei 31A sind die MOSFETs "8205A" auch nach einem Delay von nur 5µs thermisch gestorben.

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

xy(R)

E-Mail

01.05.2022,
10:46
(editiert von xy
am 01.05.2022 um 10:48)


@ Klaus Hoffmann

Kurzschlusserkennung mit dem Modul KX-2834

» Das stimmt, die Angaben sind unterschiedlich, von 5 - 500µs.
» Aber "Short Current Protection Voltage" ist immer mit 1,35V (typ)
» angegeben.
» Bei 31A sind die MOSFETs "8205A" auch nach einem Delay von nur 5µs
» thermisch gestorben.
»
» Wie von mir oben beschrieben: "Im Datenblatt (8205A) ist eine max.
» Implusstromstärke von 20A angegeben. Mit Sicherheit nur ein "theoretischer"
» Wert. "

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

Klaus Hoffmann

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02.05.2022,
08:02

@ xy

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.
Im Kurzschlussfall geht der DW01-P in den Power-Down-Modus. Das war nicht meine Frage, was im Kurzschlussfall passiert.

Zur Erklärung:
Der Kurzschlussfall wird nach einer Kurzschlussverzögerungszeit (TOI2 = 5 ... 500µs) erkannt, wenn der Spannungsabfall über beide MOSTFET = 1,35V beträgt.
Das ist ein Kurzschlusstrom von min. 31A für min. 5µs, oder?

xy(R)

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02.05.2022,
08:16

@ 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.
» Im Kurzschlussfall geht der DW01-P in den Power-Down-Modus. Das war nicht
» meine Frage, was im Kurzschlussfall passiert.
»
» Zur Erklärung:
» Der Kurzschlussfall wird nach einer Kurzschlussverzögerungszeit (TOI2 = 5
» ... 500µs) erkannt, wenn der Spannungsabfall über beide MOSTFET = 1,35V
» beträgt.
» Das ist ein Kurzschlusstrom von min. 31A für min. 5µs, oder?

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

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.

Klaus Hoffmann

E-Mail

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?

xy(R)

E-Mail

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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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)

E-Mail

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,
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)

E-Mail

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.