Ist es möglich, einen Kurzschlussdetektor für eine Batteriestromversorgung herzustellen?

Die folgende Schaltung verwendet einen kostengünstigen Strom-Shunt-Monitor (AD8210) und eine Reihe von Komparatoren, um Ihre Anforderungen zu erfüllen. Ich verwende eine separate 9-V-Batterie, um die Testschaltung mit Strom zu versorgen, sodass die Testschaltung auch dann noch funktioniert, wenn die Hauptbatterie vollständig kurzgeschlossen wird. Dadurch kann die Testschaltung auch mit einer Hauptbatterie im Bereich von 3 V bis 12 V arbeiten, ohne dass ein Buck-Boost-Wandler erforderlich ist, um die erforderlichen 5 V zu erzeugen. Stattdessen verwende ich einen preiswerten Regler vom Typ 7805 in einem TO-92-Gehäuse, da die Stromaufnahme nur wenige zehn Milliampere beträgt, wenn eine oder mehrere LEDs eingeschaltet sind, und ansonsten Mikroampere.

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Der 0,2-Ω-Shunt-Widerstand R1 belastet die Schaltung nur minimal und senkt die Batteriespannung bei einer Last von 500 mA um nur 0,1 V. Der Strom-Shunt-Chip IC3 misst die Spannung über dem Widerstand, verstärkt sie mit einer Verstärkung von 20 und gibt eine Spannung proportional zum Strom an Pin 5 aus.

Beispielsweise bewirkt dieser 100-mV-Abfall über dem Widerstand für die 500-mA-Last, dass der IC eine Spannung von 2 V ausgibt. Das Verhältnis beträgt 20 Volt pro Volt am Shunt-Widerstand oder 20 V/V, wie ich im Diagramm angegeben habe.

Ebenso führt eine Last von nur 50 mA zu einer Ausgangsspannung von 200 mV. Also habe ich die grüne LED so eingestellt, dass sie für diesen Schwellenwert, nämlich 50 mA, eingeschaltet wird, was auf eine gewisse Aktivität hinweist. Wenn Sie es niedriger wollen, können Sie natürlich den Wert der Widerstände R11/R12 anpassen.

Alle Referenzwerte des Komparators werden mit Spannungsteilern eingestellt, wobei hochohmige Widerstände verwendet werden, um eine Belastung der Batterie zu vermeiden.

Der Komparator für den Kurzschluss IC2B ist so eingestellt, dass er bei einer Last von 500 mA (2 V) auslöst. Offensichtlich ist dies kein vollständiger Kurzschluss, sondern repräsentiert viel Strom. Auch hier können Sie die Dinge nach Bedarf anpassen. Mit dem Strom-Shunt-Widerstand können Sie nur bis zu 1,25 A genau messen. Wenn Sie bei einem höheren Wert auslösen müssen, sollten Sie den Shunt-Widerstand auf 0,1 Ω schalten und alle Spannungsteiler entsprechend anpassen. Ich habe 0,2 Ω gewählt, damit genug Spannung für die Niederstrommessung für die grüne LED vorhanden ist.

Anstatt die rote LED direkt zum Leuchten zu bringen, setzt der Ausgang von IC2B das Flip-Flop IC5A. Dies schaltet wiederum Q2 aus, was wiederum Q1 ausschaltet und den Weg zum Stromkreis unter Last unterbricht, sodass die Batterie nicht mehr kurzgeschlossen wird, wodurch mögliche Schäden an den Schaltkreisen vermieden werden. Das gesetzte Flipflop schaltet auch die rote LED ein und die grüne LED aus. Um die Batterieleistung für die Schaltung wiederherzustellen, muss die RESET-Taste gedrückt werden, wodurch das Flip-Flop zurückgesetzt wird.

Der untere Komparator ist für die gelbe LED. Abhängig von dem für R8 verwendeten Widerstand leuchtet es, wenn die Batteriespannung entweder über 3 V (Schwellenwert ist tatsächlich 3,5 V) bei einem Widerstandswert von 105 K oder über 6 V (Schwellenwert von 6,5 V) bei einem Widerstandswert von 237 K liegt. Die Schaltung ermöglicht Batteriespannungen zwischen 3 V und 12 V, da die Batteriespannung vor dem Vergleich durch den Widerstandsteiler R4/R5 durch 4 geteilt wird.

Obwohl ich es nicht gezeigt habe, könnten Sie einen DPDT-Schalter hinzufügen, um beide Batterien gleichzeitig ein- und auszuschalten.

Natürlich könnte dies mit einem Mikrocontroller erfolgen, aber Sie benötigen immer noch einen Großteil der E / A-Schaltung: den Shunt-Widerstand und den IC, zwei MOSFETs, die die Leistung steuern, drei LEDs (und wahrscheinlich drei weitere MOSFETs, um sie anzusteuern), plus die Batterien und Druckknopf. Es wird also nicht viel gespart (drei Komparatoren, ein NAND-Gatter, ein Flip-Flop und einige Widerstände und Kappen). Ich glaube, dass eine Schaltung wie diese die Lösung besser demonstriert, als einen Haufen Code zu zeigen (falls das überhaupt in der Antwort enthalten ist). Schließlich ist dies eine EE-Site.

Meine erste Reaktion ist, dies sorgfältiger zu tun als von anderen vorgeschlagen, zumal Sie dies anscheinend als echtes Produkt beabsichtigen.

Ich denke an ein Netzteilmodul, in das man ein paar AA-Batterien steckt, die dann über einen Buck-Regler vernünftig geregelte 5 V liefern. Möglicherweise finden Sie einen handelsüblichen Buck-Regler-Chip, der auch eine Strombegrenzung durchführen kann, aber ich würde dies mit einem Mikrocontroller tun, da Sie eine Reihe anderer Funktionen wünschen. Das Mikro würde den Abwärtsschalter von einem PWM-Ausgang ansteuern, und die Firmware würde die Spannungsregelung im geschlossenen Regelkreis bereitstellen. Die Firmware würde auch den Strom beobachten und die Strombegrenzung vornehmen. Da es weiß, ob es sich im Spannungsregelungs- oder im Strombegrenzungsmodus befindet, ist es für die Firmware einfach, während der Strombegrenzung eine LED zum Leuchten zu bringen und einen Piepser anzusteuern.

Das Mikro misst regelmäßig die Batteriespannung und warnt vor niedrigem Batteriestand. Ich würde wahrscheinlich eine grüne LED haben, die schwach leuchtet, wenn das Gerät eingeschaltet ist, und sie blinken lassen, wenn die Batterien schwach werden.

Ein Vorteil der Verwendung eines Abwärtswandlers besteht darin, dass er tatsächlich keinen übermäßigen Strom aus den Batterien ziehen würde, wenn der Ausgang kurzgeschlossen wird. Dieses Gerät wäre ziemlich robust, mit wenig, was ein Kind tun könnte, um es zu verletzen.

Das Erkennen mehrerer aneinander geketteter Vorräte ist nicht nur aus einem der Vorräte möglich.

Die einfachste Lösung ist eine einzelne LED, die an ist, wenn kein Kurzschluss vorliegt, und aus, wenn es einen Kurzschluss gibt. Um die Strombegrenzung bereitzustellen, würde eine einzelne Mehrfachsicherung oder ein rückstellbarer PPTC funktionieren. Im Gegensatz zu einer normalen Sicherung, die durchbrennt und ausgetauscht werden muss, sieht ein PPTC den Kurzschlussstrom und beginnt, den Widerstand zu erhöhen. Entfernen Sie den Kurzschluss, und es beginnt abzukühlen und kehrt in seinen normalen Zustand mit niedrigem Widerstand zurück. Passen Sie es einfach an die typische Strömung Ihres Kits an.

Alle vorherigen Antworten funktionieren mit Sicherheit und interessanterweise zeigt jede eine ganz andere Herangehensweise an dieses Problem.

Ich würde gerne ein anderes vorschlagen, das ist

• ziemlich einfach,
• basierend auf einer "klassischen" Schaltung,
• Nur die gängigsten Teile verwenden: Widerstände, Transistoren, LEDs und (für die Bonuspunkte!) Eine Zenerdiode.

Bitte beachten Sie jedoch, dass ich diese Schaltung nie selbst gebaut habe , und da ich in diesem Elektronik-Zeug ziemlich neu bin, habe ich es vielleicht völlig falsch verstanden.

Beginnen wir nun mit dem Fleisch der Schaltung:

Der Strombegrenzer

Um zu verstehen, wie dieses Ding funktioniert, erinnern Sie sich zuerst an zwei Dinge über Transistoren:

• Der Strom, der aus dem Kollektor fließt, kann bis zu etwa das 100-fache des Stroms betragen, der aus der Basis fließt.

• Strom fließt von der Basis, solange die Basis etwa 0,7 V unter dem Emitter vorgespannt ist: Der "Basis-Emitter" -Übergang verhält sich wie jede Siliziumdiode.

(Dies gilt für PNP-Transistoren; für NPN ersetzen Sie einfach "von" durch "hinein" und "unten" durch "oben".)

Solange die Last (zwischen Vout1 und Gnd1, hier nicht gezeigt) nicht versucht, mehr als 100 mA zu ziehen, hat R7 weniger als 680 mV an seinen Anschlüssen, sodass Q4 nicht genug vorgespannt ist : Es blockiert. Dann zieht R8 Strom von der Basis von Q3 und daher wird Q3 eingeschaltet: Die Spannung zwischen seinem Kollektor und Emitter ist niedrig und es fließt so viel Strom wie nötig durch ihn.

Wenn nun die Last versucht, mehr als 100 mA zu ziehen, wird die Spannung an R7 hoch genug, um Q4 vorzuspannen, sodass der überschüssige Strom stattdessen von der Basis von Q4 fließen würde . Dies schaltet Q4 ein und zieht die Basis von Q3 hoch, so dass die Basis von Q3 nicht mehr voreingenommen ist*. Jetzt gelangt Q3 in sein "Blockier" -Regime, der Spannungsabfall zwischen seinem Kollektor und Emitter steigt und dies begrenzt die Spannung zur Last.

*In diesem Fall kommt der Strom durch R8 von Q4, nicht von Q3

Letztendlich passt diese Schaltung die Spannung zwischen Vout und Gnd so an, dass die Last nicht mehr Strom zieht als was auch immer 0,7 V über R7 macht.

Die komplette Schaltung

Hier ist die komplette Schaltung mit den LEDs:

Die rote LED: Im Falle eines Kurzschlusses steigt die Spannung über Q1 (von ungefähr nichts auf fast die Versorgungsspannung), sodass die rote LED aufleuchtet. Andernfalls ist die Spannung an Q1 viel geringer als die LED-Durchlassspannung (ca. 2 V): Die LED ist ausgeschaltet.

Die grüne LED: Diese leuchtet immer. Es ist möglich, es im Falle eines Kurzschlusses auszuschalten, aber dies würde 2 Transistoren hinzufügen, und ich denke nicht, dass es nützlich ist

Die gelbe LED: Diese leuchtet, sobald die Versorgungsspannung über der Zenerspannung plus der Durchlassspannung der LED liegt (ich würde sagen, etwa 2,5 V).

Auch hier bin ich mir nicht 100% sicher, ob dies funktionieren würde, daher würde ich mich über Kommentare zu diesem Zeug freuen!