Akkuweiche ohne Spannungsabfall

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  • Linus
    Senior Member
    • 11.03.2010
    • 1338
    • Marc
    • Zumikon

    #1

    Akkuweiche ohne Spannungsabfall

    Moin,

    eigentlich aus diesem Thread heraus:

    CC BEC PRO defekt - Seite 16 - RC-Heli Community

    kam die Idee nach einer sinnvollen Akkuweiche auf.

    Die käuflichen scheinen alle den gleichen Aufbau zu haben, zwei Schottky Dioden. Fertig.

    Daraus ergibt sich der Nachteil des Pannungsabfalls und der damit auch hergehenden Verlustleistung an der Diode.

    In der Industrie wird das schon sehr lange nicht mehr so gamacht, die technologie heisst Active ORing.

    Hierzu nimmt man einen MosFET, der ohnehin schon das Grundverhalten einer Diode hat, und überwacht die Ein- und Ausgangsspannung um das Gate entsprechend zu steuern.

    Interessant ist nun dabei wie lange es dauert den FET auszuschalten wenn strom in die andere Richtung fliesst.

    Ohne grosse Mühe kommt man da mit einem Comparator wie z.B. LM339 auf unter 1uS was im Modellbau sicher mehr als ausreichend währe.

    Die Leistung und auch der Aufbau ist jedoch wesentlich einfach einen dafür speziell entwickelten Controller zu verwenden. Hier mal der LM5050. Damit reduziert sich die Abschaltzei auf ca. 180nS nochmal deutlich. Der IR5001 wäre noch eine Alternative, ist aber nochmal kleiner und damit schon fast nicht mehr handlötbar

    Ein FET und ein Controller ersetzen nun je eine Schottky. Für die Akkuweiche muss also einfach alles verdoppelt werden.

    Getestet ist das ganze im Rahmen des Rückstromschutzes von der Grenncap Schaltung "R", der funktioniert genau so.

    Da der FET ca. 2mOhm Widerstand hat im eingeschalteten Zustand kann er ob seiner kleinen grösse gewaltige Ströme ab. Natürlich ginge dort auch ein D2PAK Gehäuse mit noch mahr Reserven - vielleicht für eine Akkuweiche am Antriebsakku oder so

    Der Spannungsabfall ist also nicht ganz Null aber schon im Wesentlichen Null.

    Verwendete Bauteile:

    2x SiR440DP
    2x LM5050-1
    2x 100 Ohm 0603
    2x 0.1uF 0603

    Viel Spann beim Nachbau und Diskussion, Verbesserungsvorschläge etc. immer gerne.

    LG
    Linus
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    Zuletzt geändert von Linus; 18.12.2011, 11:27.
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  • PeterH
    Senior Member
    • 26.07.2008
    • 2276
    • Peter
    • Berlin

    #2
    AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

    Hallo Linus,
    danke für die Info.
    Das ist eine wirklich praktische Akkuweiche!
    Aber woher beziehst Du denn die beiden Bauteile SiR440DP und LM5050-1?

    Gruß
    Peter

    Kommentar

    • Shuttle ZXX
      Shuttle ZXX

      #3
      AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

      Ok, sieht alles sehr interessant aus und ist nochmal wofür gut?
      Hab gerade kurz quergelesen und soviel rausgefunden, dass es irgendwas mit BEC zu tun hat...
      Bitte noch eine Kurze Erklärung dazu wofür man das "braucht" und was besser daran ist als irgendetwas käufliches.

      Danke!

      Gruß Jens

      Kommentar

      • PeterH
        Senior Member
        • 26.07.2008
        • 2276
        • Peter
        • Berlin

        #4
        AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

        Hallo,
        es geht um eine Akkuweiche, d. h. ein Teil für eine doppelte Stromversorgung.
        ßblicherweise werden in den Schaltungen der verschiedenen Hersteller Schottky Dioden verwendet.
        Bekanntermaßen fällt über eine Schottky Diode ca. 0,3 - 0,5 V ab, was bei der Schaltung von Linus
        nicht der Fall ist.

        Gruß
        Peter

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        • Linus
          Senior Member
          • 11.03.2010
          • 1338
          • Marc
          • Zumikon

          #5
          AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

          Zitat von PeterH Beitrag anzeigen
          Hallo Linus,
          danke für die Info.
          Das ist eine wirklich praktische Akkuweiche!
          Aber woher beziehst Du denn die beiden Bauteile SiR440DP und LM5050-1?

          Gruß
          Peter
          Moin

          digi-key, die haben fast alles

          Ich muss zugeben, als Akkuweiche habe ich die Schaltung noch nie aufgebaut, eben nur zur Rückstromunterdrückung, werde aber zwischen den Jahren mal eine bauen, reizt mich jetzt auch, und irgendwann fliege ich auch wieder Nitro, habe noch einen Motor da liegen, nur grad kein Heli dazu

          LG
          Linus
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          Kommentar

          • Linus
            Senior Member
            • 11.03.2010
            • 1338
            • Marc
            • Zumikon

            #6
            AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

            Moin,

            hab mich grad noch mal drangesetzt ... der IRFH5250PBF wäre noch eine Alternative als FET.

            Auf dem Board war auch noch eine kleine unzulänglichkeit ... aber nichts schlimmes.

            Das Signal VS vom LM5050 war ein Trace mit OUT, besser sind hier zwei individuelle Traces.

            LG
            Linus
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            Kommentar

            • Linus
              Senior Member
              • 11.03.2010
              • 1338
              • Marc
              • Zumikon

              #7
              AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

              ...
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              Kommentar

              • PeterH
                Senior Member
                • 26.07.2008
                • 2276
                • Peter
                • Berlin

                #8
                AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                Hallo Linus,
                vielen Dank für Deine Bemühungen.
                Ich finde das echt spitze wie Du Dich hier engagierst und das um 02.00 Uhr nachts.

                Ab und an fällt es mir zwar echt schwer Dir zu folgen ;-))
                Das liegt aber daran, dass ich vor ca. 30 Jahren Elektrotechnik, Elektronik und
                Nachrichtentechnik studiert habe. Da war bekanntermaßen die diskrete Schaltungs-
                technik "State of the Art".
                Da schon viele Jahre in der IT-Landschaft beheimatet bin und eigentlich das Heli
                fliegen mein Hobby ist, beschäftige ich mich mit der Elektronik nur so nebenbei.

                Habe also Nachsicht, wenn "unverständliche" Fragen kommen.

                Also wenn die Akkuweiche so funktioniert wie Du Dir das ausgedacht hast, würde
                ich diese noch am Ausgang mit einem LowESR und Suppressordiode(n) bestücken
                und fertig wäre die perfekte Doppelstromversorgung.
                An dieser könnte man dann entweder 2 Akkus oder eine Kombination aus BEC und
                Akku anschließen. Ggf. wäre noch eine kleine Spannungsüberwachung (LED) beider
                Eingänge sinnvoll.

                "... besser sind hier zwei individuelle Traces. ..."
                Warum?


                Gruß
                Peter

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                • garth
                  Senior Member
                  • 17.11.2009
                  • 2631
                  • Helmut
                  • Bayern Regensburg / Kelheim / Freifeldflieger

                  #9
                  AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                  Hi,

                  nette Idee und interessante Schaltung, und da du es als Akkuweiche beschrieben hast, trifft Nachfolgendes erst mal nicht zu !

                  Aber - Falls jemand es benutzen möchte um ein BEC abzusichern sollte Folgendes beachtet werden :

                  Es gibt 2 Fehlermodi beim Ausfall eines BEC :

                  1. BEC liefert einfach keine Spannung mehr
                  2. BEC schaltet wg. Defekt des im Schaltregler verwendeten Mosfets einfach durch, und gibt 12V(=ca.50V) auf die 6V Empfangsanlage.

                  Fall 1
                  Das ist einfach, da reicht wirklich ein kleiner Reserveakku und/oder ein 2.BEC und eine Schottky diode, da in diesem Fall ja nur der Rest des Fluges bis zur Landung abgesichert werden muß, 0,7V Abfall also nicht ins Gewicht fallen.

                  Fall 2
                  das ist der Gemeine. ( und beim CC BEC Pro übliche)
                  Du bekommst schlagartig 50V auf die RC-Anlage. Ob 1uS zum schadlosen umschalten ausreichend wäre sei dahin gestellt. Im Zweifel : NEIN

                  Hier müßte eine Schaltung nicht nur bei Unterspannung um, sondern vor allem bei ßberspannung ab, bzw umschalten.




                  Last not least, die Umschaltzeit ist völlig unkritisch wenn am Empfänger ein Pufferelko eingesteckt ist.
                  Schweigen bedeutet nicht Zustimmung. Es ist das Desinteresse, mit Idioten zu diskutieren

                  Kommentar

                  • PeterH
                    Senior Member
                    • 26.07.2008
                    • 2276
                    • Peter
                    • Berlin

                    #10
                    AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                    Hallo Denny,
                    genau, hier geht es um eine Akkuweiche und diese soll eine doppelte
                    Stromversorgung sicherstellen. Mehr auch nicht.

                    Im einfachsten Fall kann man natürlich zwei Schottky Dioden benutzen, was
                    aber bekanntermaßen einen Spannungsabfall zur Folge hat.
                    Und dieser Spannungsabfall (wenn es auch nur 0,3 - 0,6V sind) kann schon ins
                    Gewicht fallen.
                    Denn hat z. B. eine Spannungsquelle (BEC) nur 5,5V, welche unter Last z. B.
                    nur noch ca. 5,1V zur Verfügung stellt, kann der Spannungsabfall über die Diode
                    u. U. schon ein Problem verursachen.
                    Auch verträgt nicht jedes BEC am Ausgang ohne Entkopplung eine 2. Spannungsquelle (Bufferakku).

                    Deshalb kam es hier zur ßberlegung, eine Entkopplung beider Stromkreise über FET's ohne einen
                    nennenswerten Spannungsabfall zu realisieren.

                    Das ein BEC im schlimmsten Fall die Eingangspannung voll durchsteuert, könnte man
                    z. B. durch eine elektronische Klemmschaltung verhindern. Das wird z. B. in PC-
                    netzteilen so gemacht.
                    Suppressordioden helfen da leider nicht, da diese nur gegen eine kurzzeitige ßberspannung
                    Wirkung zeigen und dann durchbrennen.
                    Das hat zur Folge, dass dann erneut die ßberspannung anliegt.

                    Gruß
                    Peter

                    Kommentar

                    • Linus
                      Senior Member
                      • 11.03.2010
                      • 1338
                      • Marc
                      • Zumikon

                      #11
                      AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                      Moin,

                      ja, eine fertige Weiche könnte einen Filter am Ausgang bekommen, das wäre kein Problem.

                      Die Platine hier ist eben aufgedoppelt das Bauteil was ich schon in der GreenCap Schaltung verwende.

                      Der zweite Trace hat den Sinn, dass die Versorgungsspannung (VS) nicht den gleichen Pfad wie die Messspannung für den Comparator hat. Stichpunkt Widerstand vom Trace bei höherem Strom. Jetzt ist die Stromaufnahme vom LM5050 zwar sehr klein, der Trace aber auch sehr dünn (10mil) aber es ist einfach eine Design Grundregel, besser man hält sich dran, rächt sich sonst irgendwann.

                      Schaltzeiten

                      1uS wäre die Bastel Variante, das hier hat etwas mehr Kick, den Binford- oder Back-To-Future-Effekt, die Schaltung kann ca. 180nS!

                      ßberspannung

                      Die Klemmschaltung bringt uns bedingt weiter. Solche schaltungen kann man nur in Devices mit Sicherung einsetzen.

                      Stellt euch mal vor, wir bauen eine Klemmschaltung auf 9 Volt ein, die dann falls das BEC durchbrennt den 12S Lipo auf 8 Volt kurzschliesst, geschätzte 30 kW werden der Klemmschaltung innerhalt von 100mS erklären das es die schlechteste Idee der Woche war sich zu aktivieren .. BOOOOOUUUUM ! in dem Fall würde der Lipo gewinnen, falls es eine geeignete Schaltung gäbe, was definitiv nicht so ist, würde der Lipo dann das Zeitliche segnen.

                      Es hilft nur ein zweites FET was bei überspannung den Ausgang deaktiviert. Hier wird man ca. 40-180nS hinbekommen, je nach Aufwand. mit 100uF am Ausgang ist das mehr als schnell genug, da würden vermutlich sogar 100uS langen, muss ich nachher mal simulieren. nach den 100uF kommt ja dann noch eine Z-Diode, die erledigt den Rest.

                      Die Frage hier ist nur die Schwelle, man muss quasi eine recht hohe ansprechschwelle verwenden um nicht falsch auszulösen, ich denk mal drüber nach.

                      Aber - das kostet am Ende mehr als das Castle BEC selbst und für die Akkuweiche ist es nicht erforderlich, taugt dann nur noch als optinaler Ausschalter (remove before Flight).


                      LG
                      Linus
                      Zuletzt geändert von Linus; 19.12.2011, 12:50.
                      [FONT="Century Gothic"]linus[/FONT]

                      Kommentar

                      • PeterH
                        Senior Member
                        • 26.07.2008
                        • 2276
                        • Peter
                        • Berlin

                        #12
                        AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                        Hallo Linus,
                        natürlich ist die Klemmschaltung nur mit einer Sicherung sinnvoll.
                        Ich wollte nur anmerken, dass es so etwas gibt, ähnliches wird ja in PC-NT
                        verwendet.
                        Aber auch weil viele denken, dass eine oder mehrere Suppressordioden vor
                        solchen ßberspannungen schützen. Was eben völlig falsch ist.
                        Bei denen macht es nämlich dann auch "BOOOOOUUUUM"!

                        Mit einer Akkuweiche hat das natürlich nichts zu tun.

                        Gruß
                        Peter

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                        • rotation
                          Member
                          • 14.03.2011
                          • 533
                          • Jan
                          • Bensheim / Wildflieger Mannheim

                          #13
                          AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                          Zitat von garth Beitrag anzeigen
                          2. BEC schaltet wg. Defekt des im Schaltregler verwendeten Mosfets einfach durch, und gibt 12V(=ca.50V) auf die 6V Empfangsanlage.

                          Fall 2
                          das ist der Gemeine. ( und beim CC BEC Pro übliche)
                          Du bekommst schlagartig 50V auf die RC-Anlage.
                          Hi Linus,

                          das mit dem FET, das den Ausgang bei ßberspannung deaktiviert, fände ich wirklich interessant (besser als die Idee mit der Sicherung, danke für die Antwort )
                          Du schreibst, das kostet am Ende mehr als das CC BEC? Aber wenn man 50V auf seiner Elektronik hat, kann der Schaden am FBL und Servos 500-600eur übersteigen.

                          Es mag in erster Linie nichts mit der Akkuweiche zu tun zu haben, es ist ein Zusatz. Die Akkuweiche hilft gegen Unterspannung, wenn das BEC im Flug durchschaltet ist das Gegenteil der Fall.
                          Beides zusammen wäre optimal (oder bin ich zu paranoid?)

                          Grüße
                          Jan
                          [FONT="Trebuchet MS"]Heli: Nemesis 780, TDRex 3.1, TDRex 550
                          Sender: DX8[/FONT]

                          Kommentar

                          • Linus
                            Senior Member
                            • 11.03.2010
                            • 1338
                            • Marc
                            • Zumikon

                            #14
                            AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                            Zitat von rotation Beitrag anzeigen
                            Hi Linus,

                            Du schreibst, das kostet am Ende mehr als das CC BEC? Aber wenn man 50V auf seiner Elektronik hat, kann der Schaden am FBL und Servos 500-600eur übersteigen.
                            Moin,

                            daher würde ich ein BEC nehmen das dieses Feature gar nicht erst hat und von sich aus den Schutz mitbringt - das und einiges andere haben mich ja dann dazu bewegt Monate lang zu entwickeln und zu testen - Killer-BECs bau ich mir nicht mehr ein egal mit welcher Schutzschaltung dran. Leider ist das ein No-Go für die meisten Buck Regler (so werden S-BECs in der Regel gebaut)...

                            Aber es ist nicht weiter kompliziert - ich werd mal ein Blick drauf werfen, vielleicht gibts ne einfache Lösung wenn die Platine irgendwann dann steht, vielleicht optional die zwei/drei Bauteile zusätzlich für den ß-Spannungs-Schutz

                            LG
                            Linus
                            [FONT="Century Gothic"]linus[/FONT]

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                            • Linus
                              Senior Member
                              • 11.03.2010
                              • 1338
                              • Marc
                              • Zumikon

                              #15
                              AW: Akkuweiche ohne Spannungsabfall

                              Moin,

                              also, für alle ßberspannungsschützer, schaut euch mal den MAX16127 an, der sollte einen sehr einfachen Aufbau gewährleisten, kostet extrem wenig und bekommt einfach zwei FETs dran. Damit ein effektiver Schutz am Ausgang entsteht braucht man nur noch ca. 100uF Tantal oder Keramik, fertig. Wesentlich einfacher und günstiger als ich dachte

                              Aber zurück zur Akkuweiche:

                              weitere Bauteile:

                              2x 470uF Tantal (LOW ESR)
                              2x 470uF Alu-Kondensator (LOW ESR)
                              1x Schottky B320B (oder ähnliche) ca. 5A
                              1x TVS 1KSMB10A (oder ähnliche) 9V

                              jetzt fehlen nur noch die Status-LEDs.

                              LG
                              Linus
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