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Thema: FET-Schalter

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    FET-Schalter

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    Hallo!

    ich habe einen Mini-Luftreiniger gebaut. Den betreibe ich schon einige Zeit. Da ich Anschlusskabel nicht mehr sehen kann, baue ich solche Kleingeräte für die Wohnung immer mit Akku. Allerdings sind die Akkus auch innerhalb weniger Tage leer. 2600mAh sind sicher auch nicht der Hammer, aber ich will die Geräte und damit die Gehäuse nicht unnötig aufblasen, weil das mit einem 3D-Drucker gedruckt wird. Ich denke darüber nach, dem jetzt ein fahrbares Chassis zu verpassen, wo ich den Luftreiniger oben drauf setzen kann. Ich würde dafür eine einfache, zweimotorige Variante wählen, mit frei beweglichem Stützrad. Wenn also die Akkus geladen werden müssen, soll das Ding dann zur Ladestation fahren, die ich an einer Stelle unterbringen möchte, wo sie mich am wenigsten stört. Die Ladestation möchte ich vom Netz trennen. Dafür muss ich wohl - aus Sicherheitsgründen - passende Relais wählen, die bis 300V Wechseltrom schalten können.

    Ich habe jetzt folgenden Vorgang im Kopf:
    1. Das Chassis fährt zur Ladestation und dockt dort an.
    2. Jetzt muss ein Akkus (von mehreren) einzeln getrennt und die Ladeanschlüsse mit den Ladekontakten verbunden werden.
    3. Die Verbindung zum Wechselstromnetz wird hergestellt.

    Bei 2. stelle ich mir das so vor, dass ich dort FETs einsetze, die ich einfach mit 0V und 5V, vom Arduino-Ausgang, steuere.
    Bei der Ausgangsseite eines Akkus will ich einen FET in die Plus-Leitung reinsetzen, der dann diese Verbindung trennt oder schließt.
    Bei den Ladeanschlüssen will ich auch so verfahren. Nur die GND-Leitungen würde ich grundsätzlich immer alle miteinander verbunden lassen. Würden also nicht getrennt.

    Fragen, die auftauchen:

    Kann ich einen FET überhaupt so, wie gedacht, als Schalter einsetzen oder werde ich damit Probleme haben oder zumindest große Schwierigkeiten?
    Hat ein FET einen unendlich großen Widerstand, wenn ich den als Schalter einsetze und also mit 0V ansteuere, um die Verbindung zu unterbrechen?
    Wie warm wird so ein FET, in solcher Funktion, wenn dort permanent Strom drüber fließt (auch mal bis 2h mehrere Ampere)?
    Wieviel Strom braucht so ein FET, wenn der als Schalter permanent geschlossen ist und wieviel, wenn der als Schalter geöffnet ist?
    Wären in manchen Fällen Relais die bessere Wahl, von der Baugröße her dann sicherlich nicht?

    Wäre gut, wenn ich hier Klärung bekäme.

    Vielen Dank!

  2. #2
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    Geht es um das Laden einzelner Zellen in einem in Reihe geschalteten Akkupack?

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    Nein, Holomini, Akkus sind parallel geschaltet. Es sind einzelne Akkus dieser Art: https://www.amazon.de/s?k=lipo+11.1v...ref=nb_sb_noss

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Hallo Moppi,
    schau auch hier:

    http://www.netzmafia.de/skripten/har...FET/index.html

    Gruß
    AR

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Im statisch durchgeschalteten Betrieb musst Du Dir den RDSOn (Resistance Drain Source On) anschauen. Über den geplanten Ladestrom (z.B. 2A) kommst Du bei RDSOn = 0,1R auf 0,2V Spannungsabfall am FET. Damit kannst Du die Verlustleistung (U*I) errechnen, hier also 0,4W. Wie weit sich der Transistor erwärmt, bekommst Du durch R(Theta)-Junction-Ambient raus. Bei so TO220-typischen 60°/W z.B. wären das dann ohne Kühlkörper knappe 30°, die sich der Transistor über die Umgebungstemperatur erwärmt.
    Weitere Verluste durch Umschalten kannst Du als Faustregel unterhalb des kHz-Bereiches ignorieren, wenn denn der Transistor sauber durchgeschaltet wird.

    So etwas wie Basisstrom kennen FETs nicht. Das steuernde Gate ist vom durchleitenden Kanal getrennt. Stell Dir einfach einen Kondensator zwischen Gate und Source vor, dessen Spannung den Kanal quasi mit einer Diodenkennlinie durchsteuert. Allerdings handelt man sich üblicherweise kleine Verluste durch die typischen Eingangsbeschaltungen ein (Herunterziehen des Gates eines P-CH-FETs über Widerstand oder safety Pulldown am Gate eines N-CH-FETS).

    Was man jetzt im Einzelnen wie ansteuert und welche Probleme man damit bekommt, hängt von der Schaltung ab. Mach doch mal bitte eine kleine Zeichnung, wo Du nach Deinen Vorstellungen Quellen (inklusive der Lademimik), Verbraucher und FET-Schalter (einfach nur Schaltersymbole) einzeichnest.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    @Aretobor

    Danke für den Link!

    @Holomoni

    von der Lademimik habe ich keinen Plan, weil ich ein handelsübliches Gerät nehmen werden, das eine Ladebuchse hat und einen 220V-Stecker an der anderen Seite.
    Von dem FET-Dings mach ich eine Skizze. Weil ich da die Schaltung nehmen will, wie ich die in dem Buch vorliegen habe, ist die einfach zu bauen. Aber ob das damit funktionieren kann, was ich damit machen will, ist die Frage. Ich denke ja schon, aber mit FETs noch nicht so viel gemacht. Beeile mich...



    MfG

    - - - Aktualisiert - - -

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	fet.jpg
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Größe:	74,8 KB
ID:	34530

    Hier ist der Plan. Links Arduino wird mit 5V versorgt. Rechts der Leistungsteil. Statt der Spannungsquelle habe ich dann die Kabel vom Ladegerät, über die der Akku geladen wird. Motor und Freilaufdiode fällt weg, statt dessen könnte man den Akku reinsetzen.

    - - - Aktualisiert - - -

    Der MOSFET ist ein IRF520. 9.2A / 60W

    - - - Aktualisiert - - -

    Hier mal ein Bild, wie so LiPo-Zellen verschaltet sind, zum Balancer-Ladeanschluss: http://www.rc-network.de/forum/showt...chluss-auf-EHR

    - - - Aktualisiert - - -

    Hier mal ein Ansatz, für einen Ladeanschluss und einen Akku, der wahrscheinlich so nicht funktioniert:
    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	fet2.jpg
Hits:	7
Größe:	36,9 KB
ID:	34531
    Ein Problem wird wohl schon darin bestehen, dass, beim Ausballancieren der Zellspannungen, Zellen einzeln geladen werden und somit der Stromfluß an MOSFETs umgekehrt würde.
    Geändert von Moppi (25.11.2019 um 14:26 Uhr)

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Tja, da weiß ich gar nicht, wo ich anfangen soll. Ich probiere es trotzdem.

    Der RDSOn des IRF520 liegt bei 0,27 Ohm. Das ist ein ziemlich mieser Wert für einen FET. Schaltest Du das Teil zwischen Ladegerät und Akku, wird bei 1A Ladestrom die Spannung, die zweifellos vom Ladegerät überwacht wird, schon entsprechend verfälscht.

    Auch schaltet das Teil erst bei 10V wirklich durch. Wenn Dein Arduino also vom Akku betrieben wird und der ist leer (bei 3 Zellen so ca. 9V), kommt schon die Ansteuerung des Transistors nicht mehr in die Puschen (abgesehen davon, dass der Arduino nur 5V liefert).

    Was mir Deine Bilder nicht verraten: Es gibt lt. Deinen bisherigen Posts ein Ladegerät, mehrere Akkus, und einen Verbraucherstrang. Was willst Du wann umschalten? Möchtest Du den Verbraucherstrang z.B. auf den Akku umschalten, der zur Zeit nicht geladen wird? Wie sieht es dann bei der Schalterei mit der gemeinsamen Masse aus?
    Bevor Du Dich also mit dem FET auseinandersetzt, bitte zuerst einmal ein Überblick über das Gesamtsystem.

    Und wo ich ein Problem sehe: Hast Du einen konkreten Lader im Auge, der z.B. nach Vollladen des einen Akkus und Umschaltung auf den anderen Akku OHNE irgendwelche Knopfdrücke anstandslos neu mit dem Ladevorgang startet (meine Modellbaulader z.B. machen ohne Knöpfchenknuffelei gar nix)?

    So, und beeilen musst Du Dich auch nicht. Ich habe auch ein gutes Jahr und drei Revisionen gebraucht, um mir ein Powermanagement nach meinen Vorstellungen zu bauen. Das ist zwar keine Raketenwissenschaft, aber auch nicht so einfach, dass ich es ruhigen Gewissens ohne Schutzschaltung an den Zellen zusammengebaut hätte. Eine Fehlfunktion ist im günstigsten Fall eine weggebrannte Leiterbahn, ungünstig ist dann der brennende Akku.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    Hallo Holomino,


    um es einfach zu machen, spreche ich mal nur von Arduino (als Beispiel für eine komplexere Schaltung mit Motoren etc.)


    Ich will immer einen Akku weg, von der Arduino-Versorgung, nehmen. Da sind also mehrere (voraussichtlich z.B. 4 Stück parallel geschaltet, alle 12V mit 1300mAh).
    Also einer wird "abgeklemmt". Von dem wird das Ladekabel (4-polig) "angeklemmt" auf den Ladegräteanschluss. Wenn Ladung fertig, das ganze rückwärts.
    Dann der nächste Akku...

    Die gemeinsame Masse würde ich bestehen lassen. Normal schadet das nicht.

    Die Ladegräte sind Plug&Play. Steckste den Akku dran, und das Teil in die Steckdose. Ab jetzt geht alles elektronisch. Laden würde ich nach Zeit machen oder die eine LED optisch abgreifen, die in der Regel das Ende des Ladezyklus anzeigt.
    Aber nach Zeit wäre mir lieber. Weil das Ladegerät schaltet auf Erhaltungsladung um, nachdem der Akku voll ist. Bei 1300mAh benötigt das Ladegerät 1,3h, dann ist der Akku voll.

    ungünstig ist dann der brennende Akku.
    Wenn hier was schief geht, brennt es auf jeden Fall.

    ----

    Ich habe schon andere Lösungen evaluiert. Unter Anbetracht der Baugröße und der Kosten wäre es auch möglich, ein "8-Relais Modul 5V mit Optokoppler Low-Level-Trigger für Arduino" zu nehmen. Mit zwei derer Karten könnte ich 4 Akkus umschalten. Eine Karte davon, zum Trennen der Akkus von der Arduino-Versorgung und zum Anschalten der 250V, aus der Steckdose. Kostenpunkt, 5 der 8-Relais-Karten, sind 30 EUR. Die schalten max. 250 V AC / 10 A.

    Was würdest Du bevorzugen? Ich glaube, mit den FETs wird es kaum sehr viel platzsparender, denn ich bräuchte dann ja auch ne ganze Menge davon.
    Oder hast Du vielleicht noch eine andere Idee?



    MfG

  9. #9
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    Tja, so prinzipiell scheitere ich schon an der Idee, einen geladenen Akku wieder parallel zu zwei noch nicht geladenen Akkus zurück zu schalten. Das gibt ohne weiteren Schutz böse Querströme.

    Ich glaube fast, da bist Du besser beraten, aus den 4x3S einen 4P3S zu bauen (http://www.rc-network.de/forum/showt...1-Lipo-trennen habe ich aber selber auch noch nie gemacht). Dann kannst Du Dir die Umschalterei sparen.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    Zwei Akkus brauche ich mindestens. Einen alleine als Pufferakku. Also werde ich vermutlich zwei Mal laden und umschalten. Wenn die FETs einen Widerstand haben, wäre es ohnehin ungünstig, dann würden vermutlich die Akkuzellen überladen. Dann ist es wohl besser, Relaiskarten zu nehmen.


    MfG

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