Tiefentladeschutz 18V Akku (Lithium Ionen)

[Aldo R. (aldorain)]

Hallo,

Ich habe mich im Forum schon über zahlreiche Beiträge informiert:

Beitrag "OPV MCP6002 Referenzspannung bei Akku bestimmen (Tiefentladeschutz)"
(Kondensator wirklich nötig)

Beitrag "Tiefentladeschutz 12V"

Beitrag "Einfacher Tiefentladeschutz für Akkus"
(Doch lieber mit einem TLV431)

Nun wollte ich das auch einmal selber probieren, bin mir aber noch 
unsicher ob ich den p-Channal Fet bzw die Diode richtig ausgesucht habe, 
vielleicht könnte mir hier jemand helfen:

Zu den Eckdaten:
Ich möchte den Milwaukee Akku als Mobiles Netzteil betreiben mit einem 
Step-Downwandler um alle möglichen DC-Verbraucher zu betreiben. Dabei 
auch eine Schutzschaltung onBoard haben um nie eine Tiefentladung zu 
erreichen.
Das alles so effizient wie möglich, das bei unterschreiten der 
Ausschaltschwelle der akku auch bei längerem nichtbenützen nicht kaputt 
geht.

Schaltplan zur Berechnung der Widerstände ist angehängt.
Mit den gewählten Widerständen komme ich auf eine
Einschaltschwelle von 16,6V
Ausschaltschwelle von 15,2V

Akku:
Lithium Ionnen Zellen 5s-Akku (M18 12.0Ah Milwaukee Akku)
INR21700-40T "Samsung - Zellen"
Ladeschlusspannung ~21V
gewünschte Entladeschlussspannung  ~15V

Verbraucher:
Maximal 2A und auch immer maximal 15s
und mindestens 5min pause mit Standby von ~50-70mA.
Eventuell auch induktive Lasten (Schrittmotor) deshalb die Freilaufdiode

p-Channal Fet:
Ursprünglich war der FDN304P geplannt, nur ich denke der ist zu schwach 
für diese Anwendung. Würde hier jemand eine bessere alternative als den 
TSM3401 empfehlen?

Diode:
1N5404 ausreichend als Freilaufdiode


Wäre dankbar wenn mir hier wer weiterhelfen könnte.

[Armin X. (werweiswas)]

Rechne auch mal nach wieviel Strom noch fließt wenn der Akku leer ist 
und der Mosfet abgeschaltet ist...

[Thomas W. (goaty)]

Und den Transistor auch richtig rum anschließen.

[Bernd K. (bmk)]

P-Kanal: IRF5305

Preisgünstig, robust, braucht bei 2A keine Kühlung.
Genügend Platz vorausgesetzt.

[Mark S. (voltwide)]

Als Anregung dazu mein Li-Ion-Discharger. Er wird gestartet mit dem 
Taster und stoppt bei Erreichen der Abschaltschwelle. Anschließend ist 
der Eigenstromverbrauch der Schaltung minimal.

[Aldo R. (aldorain)]

Mark S. schrieb:
> Als Anregung dazu mein Li-Ion-Discharger. Er wird gestartet mit dem
> Taster und stoppt bei Erreichen der Abschaltschwelle. Anschließend ist
> der Eigenstromverbrauch der Schaltung minimal.

Vielen Dank, aber was mir nicht ganz klar ist, ob deine Schaltung 
weniger Verbraucht als die Ursprünglich geplante Schaltung?
hast du den Eigenverbrauch schon einmal gemessen?

Bzw kannst du mir bitte helfen wie ich die Widerstände berechnen kann 
damit ich auf meine Gewünschten Werte komme?
Hier fällt es mir schwer das zu berechnen.


Hast du auch für die beiden Kapazitäten Keramikkondensatoren genommen,
Und zu welchem Zweck ist C1 bzw C2?

[Aldo R. (aldorain)]

Bzw bin ich jetzt auch auf einen Ic gestoßen, der einen Sehr geringen 
Verbrauch hat. ICL7665

Leider passt der Spannungsberreich nicht wirklich,
Leider finde ich keinen passen IC als Alternative?
Ist die effizienteste Lösung mit einem Spannungsteiler, damit die 
Spannung nie Höher als 15V ist am V+???

Weil mein Spannungsbereich liegt bei 15V - 21V.

Ist ein Vorwiderstand sinvvol beim Out1 damit nicht zu viel Strom 
bezogen wird?


Die Widerstände muss ich mir noch raussuchen vom Datenblatt, damit es 
den gewünschten Werten entspricht.

Oder spricht generell was gegen diese Idee, oder habe ich was übersehen.

[Bernd K. (bmk)]

Anregung:
Ursprungsschaltung verwenden.

Aber: LM285-1.2ADJ nehmen statt TL431P
Der hat einen Mindeststrom von 10µA.

https://www.ti.com/lit/gpn/lm185-adj

Der Vorwiderstand kann dann etwa 1,3MOhm betragen und das Problem mit zu 
hoher Spannung ist auch vom Tisch.

[Mark S. (voltwide)]

Der Eigenverbrauch ergibt sich aus dem Sperrstrom des PowerMOSFET, also 
irgendetwas <1uA.

[Aldo R. (aldorain)]

Bernd K. schrieb:
> Anregung:
> Ursprungsschaltung verwenden.
>
> Aber: LM285-1.2ADJ nehmen statt TL431P
> Der hat einen Mindeststrom von 10µA.
>
> https://www.ti.com/lit/gpn/lm185-adj
>
> Der Vorwiderstand kann dann etwa 1,3MOhm betragen und das Problem mit zu
> hoher Spannung ist auch vom Tisch.

Okay, ich habe nur den LM285-2.5Z gefunden, aber wie soll das 
funktionieren ohne Ref eingang? Hast du hierzu einmal ein 
Schaltungsbeispiel?

[Aldo R. (aldorain)]

Mark S. schrieb:
> Der Eigenverbrauch ergibt sich aus dem Sperrstrom des PowerMOSFET, also
> irgendetwas <1uA.

Okay, das heißt also ich komme um den Taster nicht drum herum, wenn der 
Verbrauch im Schutzmodus (abgeschaltet wegen Tiefentladung) gering 
bleiben soll?


Kannst du mir da bitte noch helfen bezüglich der auslegenung der 
Widerstände bzw auch warum du die Kondensatoren verwendet hast?

[Mark S. (voltwide)]

Aldo R. schrieb:
> Okay, das heißt also ich komme um den Taster nicht drum herum, wenn der
> Verbrauch im Schutzmodus (abgeschaltet wegen Tiefentladung) gering
> bleiben soll?

So ist es. Habe damit eine mögliche Lösung aufgezeigt. Die Berechnung 
von Widerstandsteilern ist Deine Hausaufgabe.

[Aldo R. (aldorain)]

Mark S. schrieb:
> Aldo R. schrieb:
>> Okay, das heißt also ich komme um den Taster nicht drum herum, wenn der
>> Verbrauch im Schutzmodus (abgeschaltet wegen Tiefentladung) gering
>> bleiben soll?
>
> So ist es. Habe damit eine mögliche Lösung aufgezeigt. Die Berechnung
> von Widerstandsteilern ist Deine Hausaufgabe.

Okay es hat ein bisschen länger gedauert als geplannt, denn ich habe 
auch noch eine Lösung mit dem MAX6459 ausgearbeitet.

Aber ich wollte auch gern deine Schaltung ausprobieren.
Aber für den PNP Transistor benötige ich ja einen mit einer
emitter-base voltage von mindestens -25V (BC857 nur -5V).
Ich finde nicht wirklich geeignete Transistoren? oder Denke ich hier 
falsch?

Als alternative hätte ich an einen Invertierenden Gate-Treiber gedacht, 
aber der Power Supply Current wäre im Schutzmodus zumeist zu hoch.

Gibt es hierzu eine alternative, ohne direkt den p Channal Mosfet zu 
Verwenden um sich den PNP Transistor zu sparen?

[Bernd K. (bmk)]

Aldo R. schrieb:
>
> Okay, ich habe nur den LM285-2.5Z gefunden, aber wie soll das
> funktionieren ohne Ref eingang? Hast du hierzu einmal ein
> Schaltungsbeispiel?

Ja, habe ich. Wenn denn 30-40µA als Dauerstrom ok sind.
Die Funktionalität sollte wohl klar sein.

Der erste Zweig bestromt den LM285-1.2 mit 11,5µA (min 10µA)
Der folgende Spannungsteiler zieht 9,3µA (wenn abgeschaltet)
Der OpAmp zieht gemäß Datenblatt 10µA.

Macht zusammen 30,8µA (Bei 15V Akkuspannung).

Anforderung OpAmp:  V>>21V, I<=10µA, Output R2R
Anforderung MOSFET: V>>21V, Vgs>21V, Rdson und Imax passend

Anmerkung: Falls Plus gechaltet werden muss (statt Minus),
könnte hier ein zweiter OpAmp als Inverter einen PMOS ansteuern.
Kostet aber zusätzliche 10µA als Versorgung.