Gesucht: einfache Schaltung Stromaufnahme erkennen & Verbraucher zuschalten

[Rob P. (robpilatus)]

Hallo Forum,

Zusammenfassung: ich bin auf der Suche nach einer einfachen Schaltung 
(Größenordnung: ein paar Transistoren, etc.) mit der bei Stromaufnahme 
eines batteriebetriebenen Geräts weitere Baugruppen zugeschaltet werden 
können.

Was ich vor habe: Ich habe da so ein elektronisches Gerät 
(Musikinstrument), das aus vier AAA Batterien bzw. Akkus betrieben wird. 
Die saugt es immer ziemlich schnell leer. Außerdem fehlt dem Gerät eine 
Bluetooth Verbindung.

Ich möchte daher die Batterien durch einen externen Akku höherer 
Kapazität ersetzen. Aus diesem Akku soll auch ein Bluetooth-Modul 
gespeist werden. Das BT-Modul soll zusammen mit dem Gerät ein- und 
ausgeschaltet werden. Da der Ein-/Aus-Taster des Geräts nicht zugänglich 
ist muss dessen Einschaltzustand über die Stromaufnahme erkannt werden. 
Im eingeschalteten Zustand zieht es ca. 180 mA bei 5V. Im 
ausgeschalteten Zustand ist der Strom vernachlässigbar.

D.h. wenn -sagen wir- >100 mA ins Gerät fließen, soll die 
Spannungsversorgung des BT-Moduls eingeschaltet werden. Nebenbedingungen 
dabei: das Messen des Stroms soll möglichst verlustfrei sein, also nur 
minimaler Spannungsabfall, der Eigenstromverbrauch im Ruhezustand sollte 
im uA-Bereich liegen und das Ganze sollte aus einer einzigen 
5V-Spannungsquelle betrieben werden können.

Ich habe mit meinen (vielleicht etwas altmodischen) Kenntnissen eine 
Schaltung ausgedacht, die das tun müsste. Die Idee dabei ist, dass die 
am Shunt (0,1 Ohm) abfallende Spannung durch die beiden Spannungsteiler 
auf den zulässigen Eingangsspannungsbereich des Komparators 
runtergeteilt wird. Ich habe die Schaltung noch nicht probiert, denke 
sie könnte funktionieren, aber irgendwie erscheint mir das doch recht 
klobig und unelegant. Vielleicht weiß ja jemand hier eine einfachere 
Lösung oder ein IC, das schon alles bietet?

Danke für Ideen und Vorschläge

Rob

[H. H. (Gast)]

Bau dir ein Stromrelais: Einige Windungen Kupferlackdraht um einen 
Reedkontakt.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Es ist keine gute Idee, dem BT Modul die Masse wegzunehmen. Bau das 
besser um, so das das Modul über Plus geschaltet wird. Das ist einfach 
eine PNP Stufe statt deiner NPN Darlington Schaltung. Emitter des PNP an 
Dauerplus, Kollektor speist das BT Modul und die Basis über den 
Vorsiderstand an deinen Komparator. Da der PNP bei low an der Basis 
durchschaltet, tauschst du die beiden Eingänge des Komparators.

[Ralf X. (ralf0815)]

Rob P. schrieb:
> Danke für Ideen und Vorschläge

Ist Deine Schaltung dann nicht selbsthaltend?

[Rob P. (robpilatus)]

Danke für die Antwort! Die Idee kam mir inzwischen auch, zumal der 
Komparator anscheinend ein open-collector Ausgang hat, der besser nach 
Masse ziehen kann.

[Rob P. (robpilatus)]

Das wäre zumindest nicht beabsichtigt. Dann sollte ich den Strom für das 
BT-Modul vielleicht besser vor dem Shunt abgreifen.

[Rob P. (robpilatus)]

H. H. schrieb:
> Bau dir ein Stromrelais: Einige Windungen Kupferlackdraht um einen
> Reedkontakt.

Interessante Idee! Kann das wirklich funktionieren? Gibt es da 
Erfahrungen? Wie viele Windungen würde man brauchen, damit 100 mA den 
Reed Kontakt schließen?

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Für 100mA Erkennung wirst du da reichlich Windungen ums Reedrelais 
wickeln müssen. Ich sehe da keine Vorteile gegenüber der Shunt Methode.
Das einzige Problem ist, das der Shunt einerseits wenig Spannungsabfall 
haben soll, damit das Gerät funktioniert, aber gross genug ist, um den 
Komparator sicher zu schalten. Das ist aber lösbar.

[Rob P. (robpilatus)]

Matthias S. schrieb:
> Das einzige Problem ist, das der Shunt einerseits wenig Spannungsabfall
> haben soll, damit das Gerät funktioniert, aber gross genug ist, um den
> Komparator sicher zu schalten. Das ist aber lösbar.

Das denke ich eigentlich auch. Eine weitere Möglichkeit wäre noch, die 
Spannungsquelle (die in meinem Fall eine 3,7V Li-Ion-Zelle mit DC-DC 
Wandler auf 5 V ist) mit einer "Sense-Leitung" zu versehen, so dass sie 
den Spannungsabfall über dem Shunt ausregelt (so etwas hatte man früher 
mal bei den besseren Labornetzgeräten).

Aber gibt es denn so etwas nicht fertig, als IC? Ich hätte gedacht, dass 
so ein Anwendungsfall öfter mal vorkommt.

[H. H. (Gast)]

Matthias S. schrieb:
> Für 100mA Erkennung wirst du da reichlich Windungen ums Reedrelais
> wickeln müssen.

Deshalb nimmt man kein Relais, sondern einen nackten Reedkontakt.

Und mit einem empfindlichen Reedkontakt werden 30 Windungen reichen.

[Ron-Hardy G. (ron-hardy)]

H. H. schrieb:
> Und mit einem empfindlichen Reedkontakt werden 30 Windungen reichen.

Wären dann 3 Ampere-turns, gibt es sowas empfindliches?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Rob P. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Bau dir ein Stromrelais: Einige Windungen Kupferlackdraht um einen
>> Reedkontakt.
>
> Interessante Idee! Kann das wirklich funktionieren? Gibt es da
> Erfahrungen?

Sicher funktioniert das. Mein Vater hat dem Blinkgeber in unserem 6V 
Wartburg damals eine "Lampe kaputt" Anzeige nachgerüstet. Bzw. zwei, 
eine für Hängerbetrieb, eine ohne.

> Wie viele Windungen würde man brauchen, damit 100 mA den
> Reed Kontakt schließen?

Kommt auf den Reedkontakt an. Je kleiner, desto weniger Durchflutung 
(Strom × Windungszahl) ist nötig. Die recht großen Reedkontakte meines 
Vaters (die konnten 1A schalten) brauchten nur 4 oder 5 Windungen für 
die 21W Lampen. Ich würde sagen, fang mal mit 20 Windungen an.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Axel S. schrieb:
> Ich würde sagen, fang mal mit 20 Windungen an

Hmm, das könnte etwas wenig sein. Das Datenbuch [1] sagt ca. 17 AW 
(Ampere × Windungen) für 1mT. Das ist in etwa die Erregerspannung eines 
kleinen Reedschalters. Bei Meder finden sich auch Datenblätter. Da 
findet man für einen kleinen Reedschalter (12mm Glaskörper) 6 AW. Das 
wären dann 60 Windungen bei 100mA

[1] 
https://standexelectronics.com/wp-content/uploads/SME_Reed_Technologie_Datenbuch_DE.pdf

[H. H. (Gast)]

Es ist anzunehmen, dass es einen Stützelko gibt, und einen damit 
verbundenen Einschaltstromstoß.

[Marcel V. (mavin)]

Axel S. schrieb:
> Das wären dann 60 Windungen bei 100mA

Die Größenordnung kommt in etwa hin. Ich hab's gerade mal fluxartig mit 
einem SMD-Reed-Kontakt (PMC-1001THY) ausprobiert. Bei 10 Windungen Cul. 
Draht (Durchmesser 1,5mm) schaltet der Kontakt bei 500mA.

Für 100mA könnte man auch dünneren Draht (z.B. 0,5mm) mit entsprechend 
mehr Windungen nehmen.