Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem

06 Mar 2014 00:42 7071 45
  • Poziom 26  
    Ello.
    Zrobiłem sobie układ zabezpieczenia dla akumulatora kwasowego 6V. Niestety mam z nim problem, mianowicie nie działa tak jak powinien wg. moich założeń. Owszem napięcie rozłączania ustawiłem na niecałe 5,3V, ale niestety jest zbyt wysokie napięcie załączania jest coś ponad 6,8V. Jak dobrać elementy ? Jeszcze lepiej może by było gdybym całkiem pozbył się tej histerezy. Schemat mojego dzieła w załączniku.
    Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem
    Oczywiście ma to siedzieć w pojeździe zdalnie sterowanym.
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Poziom 26  
    Widziałem ten układ, ale wolałbym uniknąć mosfeta i na przekaźniku to zrobić. Jak wspomniałem napięcie rozłączania idzie ustawić, ale problem tkwi w napięciu załączenia przekaźnika (normalna praca - akumulator nierozładowany).
  • Specjalista elektronik
    Oj, TL431 nie działa prawidłowo przy prądzie poniżej 1mA. Za to wytrzymuje 100mA i pewnie mógłby sam sterować przekaźnik. I uwaga: brak kontaktu na suwaku VR1 spowoduje, że mniejsze napięcie wystarczy do podtrzymania załączenia (czyli w takiej sytuacji akumulator rozładuje się nadmiernie); poza tym, przy zbyt niskim napięciu na akumulatorze prąd nadal płynie przez układ zabezpieczenia i może być spory, bo trochę płynie i przez T1 (tyle, że mniej, niż potrzeba do załączenia przekaźnika).

    Być może za mały prąd TL431 spowodował jego nieprawidłowe działanie i histerezę. Ale jakaś histereza jest niezbędna, inaczej po odłączeniu obciążenia napięcie na akumulatorze wzrośnie, przekaźnik włączy się znowu, wtedy napięcie spadnie, przekaźnik odłączy obciążenie... i tak w kółko.
  • Poziom 26  
    W pojeździe jak bateria padnie to wiadomo że trzeba naładować. Więc jak w sensowny sposób to rozwiązać? O prąd przekaźnika nie muszę się martwic bo przekaźnik bierze stosunkowo niewiele prądu - przy 5V wyszło 0,05A.
  • Relpol przekaźniki nadzorczeRelpol przekaźniki nadzorcze
  • Moderator Projektowanie
    Jak pisze kol. _jta_ układ jest nieprawidłowy - należy zmienić R3 na ok. 3,3k, ale to nie załatwi sprawy, bo histereza jest konieczna, a ten układ jej nie ma. Należałoby przenieść przekaźnik w kolektor tranzystora, a histerezę dorobić opornikiem (rzędu kilkadziesiąt k) z kolektora do końc. Vref układu TL431.
    VR1 należałoby zastąpić dobranym opornikiem.
    Prąd przekaźnika 0,05A to 50mA - dużo. Lepszy jest układ na MOSFET.
  • Poziom 26  
    Tak tyle ze to muszą być mosfety typu logic czy jakoś tak. Mimo to jednak preferuje przekaźnik. Jak na aku 6v 1,3Ah to niby nie dużo. Czy tak ten układ miałby wyglądać-wersja z przekaźnikiem.
    Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem.
    Jeśli tak, to zostaje dobrać w sensowny sposób elementy... .
  • Moderator Projektowanie
    Tak, podpowiem Ci, że tranzystor powinien być z dużą betą - BC337/8 grupa 40, albo BC557/8, grupa B lub C.
    R3 - podawałem, dzielnik R1/R2 jak największe wartości aby ograniczyć pobierany prąd, ale nie więcej niż ok. 100k w sumie, wartość R5 wpływa na wielkość histerezy ale też na dzielnik R1/R2 (bocznikuje R2) - zmieniając R5 (aby zmienić/dobrać histerezę) będziesz też zmieniał próg działania komparatora, co będzie wymagać korekty R2 (albo R1). R4 powinien mieć nie więcej niż ok. 470-1000 Ohm.
  • Specjalista elektronik
    Nadal źle - R3 powinien być najwyżej 470R, baza tranzystora bezpośrednio do R3, a R4 między bazę, a katodę TL431. W takim układzie wzmocnienie tranzystora jest mało istotne, choć trzeba do niego dobrać R4, np. jeśli to będzie tranzystor o gwarantowanym wzmocnieniu ponad 50, to R4 musi być 1k2, albo nieco mniejszy; przy wzmocnieniu ponad 100 R4 może być 1k5, co odrobinę (o 1%) zmniejszy pobór prądu - najwięcej i tak zużywa przekaźnik, w ciągu doby on sam rozładuje akumulator (24h * 50mA = 1.2 Ah). R5 powinien być kilkanaście razy (a może nawet tylko kilka razy - ale co najmniej 4) większy od R1: jeśli będzie za duży, to wystąpią oscylacje (wyłączanie i włączanie przekaźnika); jeśli za mały, to potrzebny będzie znaczny wzrost napięcia akumulatora, żeby przekaźnik się włączył.
  • Moderator Projektowanie
    _jta_ napisał:
    Nadal źle - R3 powinien być najwyżej 470R, baza tranzystora bezpośrednio do R3, a R4 między bazę, a katodę TL431. W takim układzie wzmocnienie tranzystora jest mało istotne, choć trzeba do niego dobrać R4, np. jeśli to będzie tranzystor o gwarantowanym wzmocnieniu ponad 50, to R4 musi być 1k2, albo nieco mniejszy; przy wzmocnieniu ponad 100 R4 może być 1k5, co odrobinę (o 1%) zmniejszy pobór prądu - najwięcej i tak zużywa przekaźnik, w ciągu doby on sam rozładuje akumulator (24h * 50mA = 1.2 Ah). R5 powinien być kilkanaście razy (a może nawet tylko kilka razy - ale co najmniej 4) większy od R1: jeśli będzie za duży, to wystąpią oscylacje (wyłączanie i włączanie przekaźnika); jeśli za mały, to potrzebny będzie znaczny wzrost napięcia akumulatora, żeby przekaźnik się włączył.


    Coś pokręciłeś: - dlaczego R3 najwyżej 470R? - TL431 potrzebuje typowo 0,45mA, maks.1mA, więc przy U=5,3V wystarczy opornik odpowiednio (5,3-2,5)/I=6,2k - 2,8K. Dla 99% egzemplarzy wystarczy 3,3K (bo należy tu oszczędzać prąd), wartość 470R dałaby prąd ponad 5mA - po co?
    Przy napięciu niższym od 5,3V TL431 wchodzi w nasycenie i prad katody nie ma znaczenia.

    "baza tranzystora bezpośrednio do R3, a R4 między bazę, a katodę TL431." - można i tak, ale po co?
    Istniejacy schemat jest OK, R4 stanowi ograniczenie gdy Uwe<5,3V - TL431 wejdzie w nasycenie i napięcie na nim wynosi ok.2V, co powoduje że UR4=(5,3-2-Ube)/Ib.
    I nieprawidłowo liczysz R4 dla T1 pracującego jako klucz. Dla "zwykłego" tranzystora typu BC327/16 wystarczy Ib=Ic/(10-15) - czyli Ib= ok. 3-5mA, dla takiego z wysoką betą (np. BC327/40) - Ib=Ic/20 czyli Ib=1,5-2,5mA, a są takie, które potrzebują Ib=Ic/(50-100).
    Co do histerezy (R5) masz rację.
    O przekaźniku - ze to złe rozwiązanie - pisałem, i o tranzystorze MOSFET, ale autor jest uparty.
  • Specjalista elektronik
    Nota TI dla TL431: zalecana wartość prądu w zakresie od 1mA do 100mA (strona 4, recommended operating conditions); minimalna wartość prądu do działania regulacji typowa 0.4mA, maksymalna 1mA - ale nie wiadomo, na jaki egzemplarz się trafi, więc w projekcie należy przyjmować maksymalną.

    Sprawa R3: kiedy tranzystor nie przewodzi, cały prąd TL431 płynie przez R3, i powinien dać na nim spadek napięcia mniejszy od napięcia emiter-baza tranzystora, bo inaczej tranzystor będzie przewodzić - może nie tyle, żeby włączyć przekaźnik, ale dość, żeby szybko rozładowywać akumulator. Dlatego R3 musi być na tyle mały, żeby 1mA dał na nim napięcie mniejsze od progu przewodzenia tranzystora.

    Jak dasz R3=3k3, to prąd "spoczynkowy" TL431 dałby na nim od 1.3 do 3.3V, gdyby płynął tylko przez R3 (jakby nie było tranzystora); z tranzystorem i R4=1k nawet typowy prąd 0.4mA podzieli się prawie równo, 0.15mA przez bazę tranzystora, 0.25mA przez R3 - jak tranzystor ma beta=400 (grupa 40, jak sobie zażyczyłeś), to mógłby wtedy puścić 60mA, gdyby opór przekaźnika nie przeszkodził.

    Zmiana miejsca R4: żeby mniej płynęło prądu - on ma ograniczać prąd, jaki płynie z TL431; bez tej zmiany przez R3 płynie prąd, na który R4 nie ma wpływu; zmiana powoduje, że przez R3 płynie tylko około 1.5mA, reszta prądu R4 płynie przez bazę tranzystora.

    Praca T1 jako klucza: większy prąd bazy zmniejsza napięcie nasycenia (do pewnej wartości prądu), ale ono zwykle jest małe i bez dużego prądu bazy, wystarczy że on przekroczy Ic/beta. A dla przekaźnika nie ma znaczenia, czy dostanie 5.9V, czy 5.7 - pewnie się włączy przy 3-4V, jak jest na 6.
  • Poziom 26  
    Na początek tak-tranzystor to 2SA733P(beta wg. katalogu to 200-400). Kolejna rzecz to układ nie będzie nonstop pod napięciem, ma być zastosowany w mini pojeździe gąsienicowym zdalnie sterowanym. Cel wiadomy-w trakcie zabawy nie ubić do zera akumulatora. Na schemacie jest po to włącznik by wyłączyć całkowicie zasilanie jak nie jest używany lub po padzie baterii. Dlaczego przekaźnik bo nie mam dostępu do mosfetów które by poprawnie pracowały przy tak niskim napięciu. Zwykle mosfety (mam ich sporo) nie będą poprawnie się otwierać przy takich napięciach... .
  • Moderator Projektowanie
    Przekonałeś mnie, że takie włączenie R4 jest lepsze, natomiast co do wartości R3 - niezupełnie. Prąd spoczynkowy TL431 to ok. 300-400µA (tuż przed progiem przełączenia - gdy Vref zbliża się do 2,5V) i na R3=3,3k da napięcie teoretycznie otwierające tranzystor, ale to nie MOSFET - BJT potrzebuje prądu bazy, i to sporego dla Ic=50mA.
    I tu dochodzimy do klucza, którego sterowanie opisujesz ...dziwnie - albo nieprawidłowo:
    _jta_ napisał:

    Praca T1 jako klucza: większy prąd bazy zmniejsza napięcie nasycenia (do pewnej wartości prądu), ale ono zwykle jest małe i bez dużego prądu bazy, wystarczy że on przekroczy Ic/beta. A dla przekaźnika nie ma znaczenia, czy dostanie 5.9V, czy 5.7 - pewnie się włączy przy 3-4V, jak jest na 6.

    Absolutnie nie wystarczy aby Ib=Ic/beta !
    Klucz wymaga nadmiarowego Ib, i to nie tylko aby Ucesat było niewielkie, także aby w ogóle tranzystor wszedł w nasycenie, bo jeśli Ib=Ic to pracuje w pobliżu nasycenia i jakakolwiek zmiana warunków (np. temperatury) spowoduje gwałtowny wzrost Uce - praca liniowa, małe napięcie na przekaźniku, grzanie się tranzystora.
    Po co producenci podają w notach warunek Ic=10Ib (a czasem Ic=5Ib, albo Ic=20Ib) na wykresach Ucesat=f(Ic) ?
    Nawet Horowitz w swojej słynnej "Sztuce elektroniki" stwierdził, że nasycenie tranzystora jest warunkiem koniecznym jego pracy jako klucza i podał definicję nasycenia: Ic=10Ib.
  • Moderator Projektowanie
    _jta_ napisał:

    trymer01 - podejrzewam, że z tym nasyceniem coś niedokładnie przeczytałeś.

    Tak mówisz?
    Czytaj http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf - str. 21, Fig.18. To, że on tam jest "With Temperature-Compensated Threshold" jest bez znaczenia.
    Napięcie nasycenia wynosi tak naprawdę 1,9-2,0V w zależności od egzemplarza.
    Dużo? - bo ja też kiedyś byłem zdziwiony.

    http://diodes.com/datasheets/TL431_432.pdf - zobacz str. 5 wykres Ika=f(Vka) - jaki jest prąd Ik spoczynkowy (przed Vka=2,5V) - rzędu 30-40 mikroA (jak widać różni producenci podają tu różne dane) - jakie napięcie on wywoła na oporniku 3,3k ? - i czy ten prąd otworzy tranzystor?
  • Specjalista elektronik
    Dla TL431 "napięcie nasycenia" nie może być niższe, niż 2.5V minus napięcie przewodzenia diody przy małym prądzie, więc 1.9-2.0V jest normalne. Ale mi chodziło o tranzystor - jak masz porządnie wykonany tranzystor, to wystarczy, że I_B nieznacznie przekroczy I_C/beta, żeby tranzystor wszedł w nasycenie - przykładowo, BC327-25, beta=170 (I_C=-220mA, I_B=-1.3mA, U_CE=-2V), ma U_CE -0.2V (czyli już głębokie nasycenie) przy I_C=-170mA, czyli I_B=1.3*I_C/beta, a U_CE=-0.5V przy I_C=-210mA, czyli I_B=1.05*I_C/beta (dane z noty katalogowej BC327 Philipsa, strona 9, wykres 11). Czyli, jeśli potrzebny jest I_C=-60mA, to wystarczyłby I_B=-0.4mA, ale należy przyjąć z zapasem, około -0.7mA.
  • Moderator Projektowanie
    Piszesz rzeczy ...dziwne.
    Fig. 11 (10-12) - http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BC807_BC807W_BC327.pdf (lepiej się tu ogląda) - to przecież wykresy charakterystyk wyjściowych, na których wprawdzie jest obszar nasycenia, ale pokazany "szczątkowo", niedokładnie z powodu skali - to obszar z Uce= od zera do ok. 0,5V.
    Te "Twoje" wykresy to charakterystyki wyjściowe !
    Nasycenie masz na wykresach 7-9.
    Mylisz stan nasycenia z pracą w obszarze liniowym - bo tak wynika z twojego tekstu:
    _jta_ napisał:
    żeby tranzystor wszedł w nasycenie - przykładowo, BC327-25, beta=170 (I_C=-220mA, I_B=-1.3mA, U_CE=-2V), ma U_CE -0.2V (czyli już głębokie nasycenie) przy I_C=-170mA, czyli I_B=1.3*I_C/beta, a U_CE=-0.5V przy I_C=-210mA, czyli I_B=1.05*I_C/beta (dane z noty katalogowej BC327 Philipsa, strona 9, wykres 11). Czyli, jeśli potrzebny jest I_C=-60mA, to wystarczyłby I_B=-0.4mA, ale należy przyjąć z zapasem, około -0.7mA.

    gdzie liczysz Ic i Ib dla dolnej krzywej ale nie widzisz, że przebiega ona przy Uce zmieniającym się od zera do wielu V.
    Jedną z definicji stanu nasycenia (bo nie ma jednej, oficjalnej) jest taka: stan nasycenia występuje wtedy, gdy dalsze zwiększanie Ib powoduje nieznaczny spadek Uce (sat).
    Zadziwiające jest, że to Ty piszesz takie rzeczy, przemyśl to.
    Co pisze na ten temat Horowitz w swojej słynnej "Sztuce elektroniki":
    Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem
    To raczej poglądowy opis, ale nic lepszego pod ręką nie miałem, a zresztą problem jest raczej podstawowy...
    A tak już od strony praktycznej - bo piszesz:
    _jta_ napisał:
    jak masz porządnie wykonany tranzystor, to wystarczy, że I_B nieznacznie przekroczy I_C/beta, żeby tranzystor wszedł w nasycenie

    to skąd wiesz jaką betę ma tranzystor(dany egz. w danych warunkach albo po ich zmianie)?
    Beta zależy od:
    - typu i grupy,
    - egzemplarza,
    - prądu Ic,
    - Uce,
    - temperatury,
    "Wystarczy, że nieznacznie przekroczy"? - ale jaką wartość przekroczy?
    Już tylko to pokazuje, że nie wolno tak myśleć, chyba że ktoś chce mieć kłopoty.
    I choćby dlatego należy zawsze kluczowi dawać nadmiar prądu bazy (np. Ic=20Ib), jak to pisze Horowitz:
    "Wartość rezystancji rezystora w obwodzie bazy należy wybierać tak, aby otrzymać znaczny nadmiar prądu bazy... co czyni układ odpornym na różne niespodzianki"
  • Poziom 26  
    Wpadłem na jeszcze inny pomysł. Ciekawe czy taka konfiguracja zadziała. Może i jeszcze mniej kłopotliwa, tyle że nie ma histerezy napewno.
    Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem
  • Moderator Projektowanie
    Być może tak, być może nie, zależy jaki TL431 (jaki prąd spoczynkowy w pobliżu 2,5V), jaki tranzystor, jaki przekaźnik.
    Niemniej ten układ jest gorszy, gdyż ten prąd spoczynkowy w całości idzie w bazę tranzystora, podczas gdy w poprzednim układzie część tego prądu była odprowadzana przez R3 i w bazę szedł mniejszy.
    Co do tego prądu spoczynkowego - producent tu niczego nie podaje (w tabeli danych - wartości gwarantowane), jest jedynie ten wykres i to jak się okazuje co producent to inny wykres (i wartości). Nie mam tego jak teraz sprawdzić a wypadałoby, bo to ciekawe jest. Od strony teoretycznej sądzę że raczej wygląda to tak jak pokazuje wykres ze str.5 http://diodes.com/datasheets/TL431_432.pdf , bo wystarczy aby wewnętrzny WO TL431 miał wzmocnienie 1000 aby zmiana Vref o 0,1mV dała na wyjściu zmianę o 100mV - w efekcie to kolano na wykresie powinno być maleńkie.
  • Specjalista elektronik
    Zalecenie producenta jest takie, żeby TL431 pracował z prądem co najmniej 1mA. I nie ma co więcej teoretyzować, nie jest to sprawa do sądzenia, a do stosowania się do zaleceń. A z charakterystyk BC327 wynika, że BC327-25 przy prądzie bazy 0.7mA nie będzie ograniczał prądu przekaźnika poniżej 60mA.

    Jeśli nie chcemy marnować prądu 1mA, to zamiast TL431 można użyć nieco droższego LM4041-ADJ (o odwrotnej polaryzacji - czyli do sterowania tranzystora NPN), producent zapewnia poprawne działanie chyba od 80uA (ale chyba poleca 100uA, nie pamiętam, trzeba by sprawdzić w nocie katalogowej).
  • Moderator Projektowanie
    _jta_ napisał:
    Zalecenie producenta jest takie, żeby TL431 pracował z prądem co najmniej 1mA. I nie ma co więcej teoretyzować, nie jest to sprawa do sądzenia, a do stosowania się do zaleceń.

    ?? - to co pisałem dotyczyło prądu jak sam go nazwałeś "spoczynkowego" czyli prądu Ik przed osiągnięciem Uka=2,5V. I ma to niewiele wspólnego z prądem Ik płynącym gdy Uka=2,5V - wtedy Ik powinien wynosić ok. 1mA.
    Tak więc ten prąd "spoczynkowy" (dla Uka,2,5V) pokazywany na wykresie o którym wyżej pisałem - to nic pewnego, na datasheet nie można tu polegać, można właśnie tylko teoretyzować/domyślać się/sądzić albo - pomierzyć.
    _jta_ napisał:
    Jeśli nie chcemy marnować prądu 1mA, to zamiast TL431 można użyć nieco droższego LM4041-ADJ (o odwrotnej polaryzacji - czyli do sterowania tranzystora NPN), producent zapewnia poprawne działanie chyba od 80uA (ale chyba poleca 100uA, nie pamiętam, trzeba by sprawdzić w nocie katalogowej).

    LM4041 ma gwarantowane min. Ik=60-70µA (w zależności od wersji), jego zaletą jest mały Ik co zapobiegłoby częściowemu otwieraniu tranzystora przy Uka<1,225V, tyle, że nigdzie nie jest podana wartość napięcia nasycenia (2V dla TL431). Oczywiście tylko wersja ADJ.
  • Specjalista elektronik
    Na pewno "napięcie nasycenia" LM4041-ADJ nie przekracza 1.225V. ;) Producent zapewnia, że minimalny prąd poprawnej pracy dla wersji przemysłowej nie przekracza 73uA.

    Pomiar "prądu spoczynkowego" nie jest łatwy, wymaga dużej precyzji, albo chytrego sposobu - żeby zmierzyć, przy jakim prądzie działanie jest nie tylko w przybliżeniu poprawne.
  • Poziom 26  
    Zmontowałem układ wg. ostatniego zamieszczonego przeze mnie schematu. Wartości elementów wyglądają następująco: R1-18K, R2-zlożony z 5.6k i 22k, R3-820R, D1-HER108, T1-EB13003FD, U1-TL431(prod. UTC) a przekaźnik to siemens v23042-a2001-b201 ( http://www.aphelektra.com/photo/_pdf/v23042.pdf ). Wszystkie rezystory metalizowane z wyjątkiem 22k. Układ rozłącza obciążenie przy niecałych 5.3V, brak histerezy.
  • Poziom 30  
    Witam

    Również chcę zabezpieczyć akumulator żelowy 6V przed rozładowaniem. Złożyłem układ według poniższego schematy. Całość testuję na razie na 4xNiMH. Problem jest taki, że podczas spadku napięcia tranzystor zamyka się płynnie i bardzo powoli. Brak skokowego działania pomimo rezystora R6. Gdzie szukać problemu?
    Problem z zabezpieczeniem akumulatora 6v przed nadmiernym wyładowaniem
  • Specjalista elektronik
    Pewnie akumulator ma znaczący opór wewnętrzny i sprzężenie poprzez R6 jest za słabe (na pewno będzie za słabe przy oporze akumulatora 6Ω, albo większym; może to sprawa podłączenia? popularny "koszyczek na baterie" ma opór około 1Ω na ogniwo, nie użyłeś go czasem?). Można zrezygnować z R6, R1 podłączyć do kolektora, równolegle do tranzystora (między emiter i kolektor) dodać włącznik - żeby układ wystartował, trzeba wcisnąć włącznik, powodując chwilowe zwarcie tranzystora.