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

Załączanie zasilania tranzystorem P-MOS, układ kontroli napięcia akumulatora

kbw24 22 Lip 2016 20:22 1560 16
  • #1 22 Lip 2016 20:22
    kbw24
    Poziom 14  

    Witam.

    Wymyśliłem sobie układ symulujący PCM wedle poniższego schematu.

    Załączanie zasilania tranzystorem P-MOS, układ kontroli napięcia akumulatora

    Miał spełniać jedno zadanie: Jeśli akumulator rozładuje się do napięcia powodującego zadziałanie układu MAX811, zasilanie dalszej części urządzenia ma zostać automatycznie odcięte.

    MAX811 to układ kontroli napięcia i resetu - ale kto powiedział, że musi coś resetować? ;)


    T2 - IRLML2244, MOSFET P-ch o obiecujących parametrach: 95mΩ @ Vgs = -2,5V.

    Aktualne różnice schemat/rzeczywistość, to jedynie wartość R3 wynosząca 440kΩ, z racji, iż nie miałem w swoich zasobach nic innego. Sam R3 jest dobrany...wcale, stąd już podejrzewam, że jest to jeden z wielu błędów, o których nie mam pojęcia. Oczywiście, wciąż czytam, co mogę w poszukiwaniu rozwiązania(np. nota od ON Semiconductors "Using MOSFETs in Load
    Switch Applications"), jednak czuję, że nadal wszystko powinno działać - a tak nie jest.

    Po stronie zasilania dalszej części układu łącznie znajduje się około 30uF pojemności.

    Układ bez żadnego obciążenia działa - napięcie spada poniżej 3,08V, wyjście !RST ustawia się w stan niski i tranzystor T2 zostaje wyłączony.

    Problem pojawia się w momencie dołączenia jakiegokolwiek obciążenia.
    Podłączam diodę LED z rezystorem 1kΩ i układ zaczyna...tykać, w sensie słyszalnym, oraz oczywiście dioda miga, częstotliwość na oko 0.125Hz, impulsy o bardzo krótkim wypełnieniu. Nie byłem w stanie ich uchwycić posiadanym oscyloskopem. Jednakże podczas prób pomiarów, z oscyloskopem w trybie DC, przytknięcie końcówki "sondy"(dwóch skręconych przewodów, nie mam akcesoriów do oscyloskopu) do drenu tranzystora T1, a bramki tranzystora T2, powodowało "zaskoczenie" układu - miganie/tykanie ustało. Tak samo z bezpośrednim zwarciem do masy. Spróbowałem więc zwiększyć obciążenie i ponownie, wymusiłem włączenie T2 zwierając bramkę do masy, jednak po zaprzestaniu zwarcia układ wracał do oscylacji.

    Niezależnie od sposobu zasilania: akumulator/zasilacz, układ zachowuje się tak samo. Więc "ograniczenie prądowe" możemy wykluczyć.
    Spodziewany pobór prądu wynosi max. 200mA, a problem jest już z pojedynczymi miliamperami, co nie wróży póki co nic dobrego..

    Myślę o dodaniu kondensatora rzędu 100nF, między bramką a drenem tranzystora T2, jednakże nie spodziewam się, by cokolwiek to poprawiło. Całość mieści się na przestrzeni 10x10mm w SMD, więc chciałbym jak najmniej modyfikacji wprowadzać.

    Uprzejmie proszę o pomoc w rozwiązaniu problemu. Z góry dziękuję. :)

    Pozdrawiam, kbw24

    0 16
  • #2 22 Lip 2016 21:23
    marky1
    Poziom 17  

    Witam,

    Może zdjęcia zmontowanego układu dałyby pogląd na brak błędów w montażu - jako że nie widzę na schemacie nic więcej to zakładam tylko, że wejście 1 max811 na pewno jest połączone z GND widocznym na schemacie...

    Pozdrawiam,

    Marek

    0
  • #3 22 Lip 2016 23:45
    kbw24
    Poziom 14  

    Tak, masa to masa, jest połączona globalnie.

    Dorzucam zdjęcia.
    Załączanie zasilania tranzystorem P-MOS, układ kontroli napięcia akumulatora Załączanie zasilania tranzystorem P-MOS, układ kontroli napięcia akumulatora

    Pierwsze zdjęcie: od prawej wejście zasilania, na lewo wyjście.

    0
  • #4 23 Lip 2016 08:25
    WRadek
    Poziom 21  

    W przypadku rozladowywania aku, gdy napiecie spadnie ponizej jakiejs wartosci jak odlaczysz obciazenie to napiecie na aku troche wzrosnie. I pewnie dlatego tyka. Prog ponownego zalaczenia obciazenia powinien byc wyzszy niz prog odlaczenia obciazenia. Tutaj pewnie tego nie ma, wiec tyka.

    Nawet w nocie do ukladu masz, ze jak poziom napiecia wzrosnie powyzej progu, to i tak sygnal/RST jest utrzymywany przez 140 ms. A to zgadza sie z Twoja obserwacja.
    Chyba musialbys jakas dodatkowa histereze dobudowac :)
    Moze uzyj jakiegos komparatora z histereza. Przy 200 mA obciazenia potrzebujesz wieksza histereze :)

    1
  • #5 23 Lip 2016 10:35
    kbw24
    Poziom 14  

    Niestety odpada, zasilam z zasilacza 5V. Przynajmniej powinna taka możliwość odpaść... :|

    0
  • #6 23 Lip 2016 10:51
    adamGazda
    Poziom 15  

    WRadek dobrze podpowiada. Pod obciążeniem napięcie akumulatora bardziej siada. Układ wykrywa to, wyłącza tranzystory i w tym momencie aku natychmiast odpręża się i wzrasta napięcie na nim więc MAX811 znowu pozwala tranzystorom przewodzić i tak w kółko.
    To nie jedyne możliwe rozwiązanie problemu ale gdybyś zmienił miejsce podłączenia wejścia kontrolnego scalaka i podłączył do drenu T2 wtedy scalak wykrywając napięcie poniżej progu wyłącza także T2 i napięcie progowe cały czas było by poniżej progu. Wadą tego rozwiązania jest to, że aby przywrócić zasilanie należałoby dodać przycisk (mostkujący T2 lub T1 - gdzie wygodniej) i użyć go przez chwilę aby wymusić powrót napięcia na wejście kontrolne scalaka a on z kolei pozwoli przewodzić tranzystorom jeśli napięcie aku jest OK. Poza tym spadek napięcia na T2 (podczas przewodzenia) miałby wpływ na poziom napięcia, przy którym odcina się akumulatory. Aku wyłączane były by już przy napięciu nieco wyższym bo 3,08 V + napięcie źródło/dren T2 podczas przewodzenia (a te zmnienia się nieco w zależności od obciążenia). To musiałbyś sam sprawdzić ile się odłoży na T2.

    0
  • #7 23 Lip 2016 11:09
    marky1
    Poziom 17  

    Witam,

    Coś ten opornik tu miesza chyba - Kolega użył opornik 440 kohm, co tak na szybko liczone daje prądzik w okolicach 7 mikroamperów na rozładowanie i ładowanie pojemności bramki tranzystorka PMos przy 3V... Dać nawet na pająka 4,7 kohm przewlekany i sprawdzić, jak będzie się zachowywać układ...

    0
  • #8 23 Lip 2016 13:17
    kbw24
    Poziom 14  

    Jak pisałem, zasilam z zasilacza stabilizowanego 5V, nie ma więc mowy o "padaniu napięcia akumulatora". Ubolewam jednak nad brakiem porządnego oscyloskopu, widziałbym, co się dzieje w każdym punkcie układu. Zwykły multimetr jest tu bezużyteczny.

    Zmieniłem R3 na to, co miałem pod ręką, 2.2kΩ. Układ nadal nie wystartował jak powinien, po zmuszeniu go do tego(bramka T2 do masy) trzyma stabilnie przy większym obciążeniu niż dotychczas.

    Dodałem kondensator między bramką a drenem T2, 220nF, jednak nie spowodowało to zmian.

    Pomiary miernikiem podczas oscylacji wykazują, że MAX811 prawdopodobnie nie podaje stanu wysokiego na wyjściu, albo robi to szybko, bo miernik wskazuje 0V.

    Po wymuszeniu zadziałania tranzystora T2, na wyjściu !RST jest stan wysoki(=5V), potencjał bramki T2 wynosi 0V, a więc Vgs = -5V, stąd dalej Vds = 1.2mV, co w przybliżeniu daje Rds ≈ 60mΩ. Prąd obciążenia jest niewielki(koło 20mA). Faktycznie zastanawiam się nad koniecznością zaistnienia jakiejś histerezy i opóźnienia, dałoby się to zrealizować dodatkowymi elementami RC w bramce tranzystora T1, tak myślę.

    0
  • #9 23 Lip 2016 14:06
    marky1
    Poziom 17  

    Witam,

    Jeśli T1 jest sprawny, to podaj wejściowe zasilanie (przed T2) na bramkę T1 przez opornik rzędu 2,2 KΩ, po podłączeniu zasilacza 5V T1 powinien być otwarty cały czas i otworzyć tranzystor T2. Taki opornik nie rzutuje na Max811, nic mu nie będzie.

    Jeśli tak nie będzie, T1 do wymiany.

    0
  • #10 23 Lip 2016 22:19
    adamGazda
    Poziom 15  

    A może MAX wychwytuje chwilowy spadek napięcia mimo, że jest podane (testowo) z zasilacza stabilizowanego i od razu reaguje. Wyjaśniam - kiedy nie ma obciążenia kondensatory na na wyjściu C3, C4 i C14 są naładowane i nic się nie dzieje. Kiedy jednak włączymy obciążenie mogą się na nim rozładować w momencie, kiedy MAX wyłączy T2. Napięcie zasilacza wraca do poziomu, przy którym MAX pozwala znowu załączyć T2 i w tym momencie muszą się naładować wspomniane kondensatory. Powodując chwilowy spadek napięcia. C12 ma mniejszą pojemność niż sumaryczna C3, C4 i C14 więc energia musi zostać pobrana z zasilacza aby sprostać doładowaniu kondensatorów do pełnego poziomu. Być może zasilacz od razu nie reaguje a w tym czasie MAX już zdąży wyłączyć T2. Podłącz testowo kondenstator o większej pojemności np. 47 albo 100 µF żeby zwiększyć pojemność C12 i zobacz czy się poprawiło działanie układu.

    0
  • #11 23 Lip 2016 22:48
    marky1
    Poziom 17  

    Witam,


    Raczej kluczem tu będzie deklarowany pobór mocy przez max'a, na poziomie kilku mikroamer. Co zapewne przekłada sie na brak podciągnięcia do plusa wyjścia. Nikt nie napisał przecież ze ma generowac stan wysoki ;) on tylko ma podac stan niski w odpowiednich warunkach, a przecież w układzie z procesorem nie można ślepo założyć, ze jest tylko jedno zródło sygnału reset i jest nim max :)

    0
  • #12 24 Lip 2016 00:14
    adamGazda
    Poziom 15  

    marky1 napisał:
    Raczej kluczem tu będzie deklarowany pobór mocy przez max'a, na poziomie kilku mikroamer. Co zapewne przekłada sie na brak podciągnięcia do plusa wyjścia.

    kbw24 napisał:
    Po wymuszeniu zadziałania tranzystora T2, na wyjściu !RST jest stan wysoki(=5V), potencjał bramki T2 wynosi 0V

    Jak widać autorowi udało się zaobserwować, że na wyjściu RST było 5V. Chociaż zastanawiające, że pełne 5V. W nocie katalogowej MAX811 jest, że ma aktywne wyjście w stanie niskim. W takim razie w stanie wysokim nie ma gwarancji, że do plusa zasilania szybko przełączy bramkę T1 lub możliwe, że robi to przez bardzo wysoką rezystancję wewnętrzną i tu marky1 ma rację, że trzeba coś poprawić. Ja bym podciągnął rezystorem bramkę T1 do plusa zasilania i zrezygnował z R8. Tylko, że po takiej modyfikacji w stanie "resetu" prąd z plusa zasilania będzie płynął przez rezystor podciągający i wyjście RST do masy co przy bateryjnym zasilaniu trzeba uwzgl. i dać możliwie dużą rezystancję ale nie za bardzo, żeby T1 był poprawnie włączany.

    0
  • #13 25 Lip 2016 15:03
    kbw24
    Poziom 14  

    Puchar idzie do...
    Wydaje się, że każdy miał swoją rację. Więc po kolei:

    Podciągnięcie T1 do zasilania - bez efektu(MAX najwyraźniej skutecznie dociąga do masy). Jednak musi działać, skoro MAX811 po wymuszeniu 0V na bramce T2, wypuszcza stan wysoki na wyjście - układ się stabilizuje - więc T1 działać musi.
    Jednocześnie w nocie jest powiedziane, że wyjście !RST jest w stanie dostarczyć prąd w stanie wysokim, choć niewielki, bodajże 140uA. To i reszta rzeczy mówi o tym, że wyjście jest typu push-pull.

    Oscylacje najwyraźniej wynikają ze spadków napięć i całego przedstawienia opisanego przez adamGazda.
    Odnosząc się do ostatniego posta, R8 wolałbym zostawić, jest on po to, by ściągnąć wyjście maksymalnie do zera, co jest wspomniane w nocie katalogowej. Podciągnięcie wyjścia, niby tak, ale jak już można stwierdzić, nie jest to konieczne, a szkoda byłoby tych paru uA. ;)
    Chwyciłem za nogi kondensator 1000u, bo się obijał i wrzuciłem go na wyjście !RST, następnie 22u, oba dały radę, układ się załączał. Wrzucę więc 2x 10uF w smd i zobaczymy, czy się dogadają. :D Aczkolwiek, działa to specyficznie, bowiem następują 1-2 mignięcia i dopiero poprawne włączenie. W tym momencie mogę się zaśmiać z siebie, ponieważ pomyliłem C12 z C2 - dodanie kondensatora 1000u w zasilaniu(C12) nie dało efektów.
    Mam więc możliwość przerwania ścieżki idącej do bramki T1 i wrzucenia na jej drodze jakiegoś RC, stąd pytanie, bawić się, a jeśli tak, jakie wartości(chcę mieć pewność, bo jak coś zrobię, to znowu będą się dziwne rzeczy dziać) zastosować? Osobiście pomyślałbym o tych 20-30uF + około 100-500Ω, ale nie chcę się pomylić. Byłoby to prostsze rozwiązanie, od dorabiania pobocznej płytki z ATtiny10.

    Pozdrawiam.

    0
  • #14 25 Lip 2016 18:58
    adamGazda
    Poziom 15  

    To zaczyna być zabawne. Po dodaniu kondensatorów o dużej pojemności do wyjścia !RST zrobiłeś soft start bo te 140 µA z MAX ładuje powoli kondensatory i powoli wprowadza T1 i T2 w przewodzenie. Ciekawe jak to się odbije na odbiornikach. W niektórych zastosowaniach po włączeniu zasilania następuje reset i domyślne ustawienie się układów. Jeśli napięcie zasilania będzie narastać zbyt powoli czy przypadkiem nie stworzą się w miedzyczasie jakieś stany nieustalone? Dużo zależy od prądu obciążenia bo czas w jakim napięcie zasilania po T2 osiągnie poziom nominalny może się wydłużyć. Dla mnie było by to niedopuszczalne, żeby układ żył własnym życiem - teraz też żyje - są jakieś dwa mignięcia. Bardziej bym był za RC w doprowadzeniu VCC do MAX811, żeby nie reagował od razu na chwilowe spadki napięć zasilania.

    0
  • #15 25 Lip 2016 22:04
    kbw24
    Poziom 14  

    Fakt faktem, zabawne, ale działa ;)
    Układ nie jest sterownikiem do rakiety kosmicznej, tylko generuje 15 kanałów PWM do ściemniania diod LED, więc nie wymagam idealnego działania.
    Co do "mignięć", posprawdzałem parę razy, otrzymuję albo jedno mignięcie i start, albo opóźniony start. W mikrokontrolerze jest coś takiego jak BOD, a w razie co start mikrokontrolera można też odpowiednio opóźnić, ustawiając odpowiednio fusebity. Nawet się nimi nie bawiłem, ustawiłem tylko taktowanie wyłączając dzielnik zegara, działa bez zastrzeżeń i problemów na pełnym, przewidywanym obciążeniu, a to najważniejsze. :)

    Filtr RC przed MAX811 myślę, że tylko jeszcze by pogorszył sytuację, pik prądowy, ładujący te ~30uF na wyjściu musi być spory, niestety. To jedno rozwiązanie. Drugie, o które zapewne chodzi - od linii zasilania filtr RC i dopiero noga VCC MAX811 - pewnie skuteczne, ale nie mam możliwości wprowadzenia go w wykonanym już układzie. 20uF w formie MLCC załatwiło sprawę i układ się obecnie testuje - okaże się wszystko, gdy akumulator w końcu się rozładuje. Może mnie zaszczycą jakieś oscylacje przy napięciu progowym.
    Przy następnym projekcie postaram się wszystko jeszcze bardziej dopracować i najlepiej jakoś sprawdzić, by nie mieć niespodzianek - układ został zaprojektowany bez uwzględnienia możliwości, że coś takiego może się zdarzyć, choć zresztą - któż by pomyślał, że tak dziwnie się to zachowa?

    0
  • #16 26 Lip 2016 02:07
    adamGazda
    Poziom 15  

    Tak, chodziło mi o RC tylko do samego MAX. Nie jestem pewien czy tak będzie zachowywał się MAX ale to rozwiązanie ma pewną zaletę. MAX żeby ustawić wyjście w stan niski potrzebuje jakiegoś prądu, A ten musi iść z VCC. Jeśli po drodze będzie rezystor (ten z RC) to napięcie docierające do MAX będzie ulegało wahaniom podczas przełączania stanu wyjścia tylko nie wiadomo o ile miliwoltów bo to zależy od wartości rezystora i poboru prądu przez MAX. Myślę, że po przełączeniu wyjścia na LOW napięcie na VCC przy MAX od razu trochę się obniży i właściwie to uzyskujemy histerezę, Jednak przy zasilaniu z aku. trzeba uwzględnić, że natychmiast po wyłączeniu T2 aku. staje się nieobciążony, napięcie VCC sporo wzrasta, wtedy MAX "widzi" z powrotem dobre napięcie więc ponownie włącza T2 i zaczyna się migacz bo przecież aku. jest już na granicy wyczerpania. Wniosek z tego taki, że potrzebna jest histereza o sporej rozpiętości napięciowej, żeby z całego zespołu nie robiła się dyskoteka i po wykryciu niskiego stanu akumulatora wyłączenie T2 nastąpiło tylko raz. Nie wiem jak z tego wyjdziesz, bez przeprojektowania układu. Jeśli się uda sposobami jakie opisałeś w poprzednim poście to biję pokłony :please:. Zasilając z zasilacza można upodobnić go do wyczerpującego się akumulatora dając w szeregu potencjometr. Wówczas uzyskamy możliwość symulowania słabego aku. i możemy regulować potencjometrem napięcie zbliżając się do progowego. Za T2 także można symulować większe obciążenie dokładając (tym razem równolegle) jakiś rezystor.

    0
  • #17 01 Sie 2016 14:48
    kbw24
    Poziom 14  

    Najważniejsze jest dla mnie, że w wymaganym zakresie wszystko już działa, a następnym razem pomyślę nad lepszym rozwiązaniem.
    Mówiąc o programowaniu procesora, miałem na myśli niwelację niechcianych "stanów nieustalonych".
    Przy wyczerpanym akumulatorze pojawiają się oscylacje, ale w sumie, mają pewne prawo do tego, a całość układu tak czy tak nie startuje już, o co chodziło. Poza tym, wszystko działa na pełnym wysterowaniu.

    Problem ostatecznie rozwiązany przypadkowo, w sposób wspomniany wyżej. Może nie idealnie, ale zawsze coś.
    Dziękuję wszystkim za pomoc.
    Zamykam.

    0