Pufferbatterieschalter mit MOSFET?

Ich interessiere mich seit kurzem sehr für Elektronik und lese einige Bücher darüber (ich lerne nie Elektronik in der Schule). Ich bin noch neu in den Konzepten (und verstehe sie noch nicht vollständig), aber ich habe mich entschieden, alles, was ich gelernt habe, in der Praxis anzuwenden und die Elektronik für ein RC-Boot zu bauen. Ich begann mit einer einfachen Sache - einen Backup-Batteriekreis zu haben, der von der Haupt- zur Backup-Batterie umschaltet, wenn die Hauptspannung unter einem bestimmten Niveau liegt. Für mein Boot werde ich 14,8-V-LiPo-Akkus verwenden - einen 10-Ah-Akku als Haupt- und einen 2-Ah-Akku als Backup. Wenn die Hauptleitung gezogen ist, wird die Reserve geschaltet, um das Boot zum Ufer zurückzubringen.

Das sehr einfache Schema, das ich mitgebracht habe, ist das folgende:

Pufferbatterieschalter mit Relais

Es ist eine sehr einfache Schaltung, ich verwende ein handelsübliches RC-Lipo-Saver-Modul, das die Spannung der Hauptbatterie abschaltet, wenn sie unter 13 V liegt. Das liegt daran, dass ich mich zuerst auf den Switching-Teil konzentrieren möchte, und sobald klar ist, wie man ihn umsetzt – dann werde ich am Cut-Off-Teil arbeiten. (Ich werde auch einige Ideen zu schätzen wissen, wie man einen Latch-Lipo-Cut-Off implementiert.)

Das scheint also zu funktionieren (zumindest im Simulator), hat aber einen Nachteil – es verbraucht eine gewisse Menge an Energie, nur um loszulegen. Je nach Relais - zwischen 30 und 150 mh.

Ich habe versucht, eine andere Schaltung mit MOSFET zu bauen, bei der das Relais nur dann mit Strom versorgt wird (von der Backup-Batterie, was in Ordnung ist), wenn die Hauptbatterie ausgeschaltet ist, und ich kam mit Folgendem:

Pufferbatterieschalter mit Relais und MOSFET

Ich verwende N Depleting Mosfet, das DS blockieren soll, falls die GS-Spannung unter einem bestimmten Schwellenwert negativ ist. Ich kann Thin nicht simulieren, da die von mir verwendete Software das Erschöpfen von Mosfets nicht unterstützt, daher habe ich Fragen:

  1. Zunächst einmal - erscheint Ihnen das vernünftig? Irgendwelche größeren Fehler/Probleme?

  2. Ist es in Ordnung, sowohl + als auch - Spannungen auf demselben Kabel zu mischen (jedoch auf verschiedenen Schaltkreisen). Dies ist bei dem Draht der Fall, der von der Quelle des MOSFETs ausgeht.

  3. Wenn die zweite Schaltung völlig falsch ist, wie kann ich sie mit N Depleting Mosfet beheben. Ich habe eine Idee, wie man es mit P Depleting Mosfets macht, aber sie scheinen im Vergleich zu N Mosfets seltener zu sein (Digikey zeigt sehr wenige P Depleting Mosfets im Vergleich zu N Depleting Mosfets). Aus praktischer Sicht (ich weiß nicht warum) ist es einfacher, N Depleting Mosfet zu finden.

  4. Schließlich, sobald der Umschaltteil abgeschlossen und in einem funktionsfähigen Zustand ist, möchte ich einige Ratschläge erhalten, wie ich den LiPo-Saver-Teil selbst implementieren kann. Ich interessiere mich für einen Verriegelungsschalter - dh sobald die Eingangsspannung unter einer bestimmten Schwelle liegt, um die Batterie abzuschalten. Sobald es ausgeschaltet ist, schalten Sie es nicht wieder ein, wenn die Hauptbatteriespannung über den Schwellenwert geht, es sei denn, das System ist vollständig ausgeschaltet oder eine „Reset“-Taste wird gedrückt.

Können Sie die gewünschten Funktions- und Leistungserwartungen angeben? Ich habe mich im „Tagebuch deines Fortschritts“ verzettelt und es ist keine einfache Lektüre. Sie fragen, ob "das vernünftig aussieht", und es ist harte Arbeit, herauszufinden, was Sie in Bezug auf den Standby-Stromverbrauch wirklich anstreben. Alle Details könnten enthalten sein, aber es ist schwer zu folgen.
Sie sagten Lipo Saver module that will cut-off the voltage of the main battery if it is below 13v, bedeutet dies, dass normalerweise die Hauptbatteriespannung an die Quelle des Mosfets ausgegeben wird? Ich denke auch, dass die Diode in der Relaisspule umgekehrt ist, sie scheint in Vorwärtsrichtung vorgespannt zu sein und die Batterie mit dem Minuspol kurzzuschließen.
@Andyaka - meine Anforderungen sind möglichst wenig Verbrauch durch Backup-Switch.
@alexan_e - du hast recht, die Diode ist falsch vorgespannt, danke für den Hinweis. Ja, ich möchte die Hauptbatterie an die Quelle ausgeben, um DS herunterzufahren, falls die Hauptbatterie Strom hat
Wie verhält sich der LiPo-Saver? Gibt es die Batteriespannung aus, wenn es > 13 ist, und lässt den Ausgang schwebend, wenn es < 13 V ist?
@alexan_e Genau, wenn die Batteriespannung > 13 ist, fungiert Lipo Saver als Durchgang und lässt sowohl Spannung als auch Strom durch. Wenn < 13 - sollte es sowohl Spannung als auch Strom blockieren

Antworten (1)

Wenn ich die Anforderung richtig habe, kann dies funktionieren.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Der Mosfet ist ein Enhancement-Mode-P-Typ.

Während die Hauptbatterie> 13 V beträgt, gibt der LiPo-Saver diese Spannung an das Gate aus, wobei Vgs nahe 0 und der Mosfet ausgeschaltet bleiben.

Wenn die Hauptbatteriespannung unter 13 V fällt, schaltet sich der LiPo-Saver aus (Ausgang schwebend) und das Gate wird vom Widerstand R2 heruntergezogen (Vgs von etwa -15 V), der Mosfet schaltet sich ein und das Relais schaltet auf die Backup-Batterie.

Beachten Sie, dass die maximale Vgs normalerweise etwa 20 V beträgt, also ist 15 V eine Höhe, die Sie erreichen möchten. Wenn Sie erwarten, dass Vgs höher wird (wenn die Batterie mehr als 15 V betragen kann), sollten Sie einen Spannungsbegrenzer (wie einen Zener) verwenden.

Das ist genau das, was ich brauche. Ich glaube, ich verstehe, wie es funktioniert, wenn der LiPo-Saver die Hauptbatterie ausschaltet - es gibt einen Fluss durch die Backup-Batterie, Source, Gate und R2, der eine negative Spannung für GS hat, und dies schaltet den Mosfet ein. Unklar ist jedoch der Fall, wenn die Hauptbatterie > 13 V ist und 13+ Volt vom LiPo-Saver-Ausgang kommen. Warum ist Vgs in diesem Fall 0?
@kalitar Die Quelle des Mosfet ist an die Backup-Batterie angeschlossen, also ist es ungefähr 14,8, Vgs ist Vmain-Vbak = ungefähr 0 V oder wenn die Hauptbatterie abfällt, kann es -1 oder -2 V werden, aber es ist immer noch nicht hoch genug, also schalten Sie das ein Mosfet (es sei denn, Sie haben ein Modell mit sehr niedrigem Vgs gewählt)
Verstanden, macht Sinn