P-channel Mosfet als ompoolbeveiliging

[WFvN]

Ik ben druk bezig met het in elkaar zetten van schema's voor de elektronica die ik in m'n nieuwe fiets wil inbouwen (Velomobiel.nl Quest).

Ik wil een stukje ompoolbeveiliging inbouwen. Dat kan met een P-channel MOSFET als ik het goed begrepen heb.

Het schema:
http://members.home.nl/wfvn/accus-en-laadpunt.gif

Het is mijn doel om in mijn fiets 2 accu's in te bouwen (zie rechtsonder). De accu-spanningen zijn in de tekening niet juist, het worden 2 12V accu's maar dat mag de pret niet drukken denk ik.
Deze 2 accu's schakel ik niet parallel; ik wil ze afzonderlijk kunnen gebruiken. De accu's komen onder de zitting

Iets naar boven komen 2 accu-indicatoren die elk één accu meten.

Nog weer verder naar boven kom ik in de neus terecht. De + van beide accu's worden daar nog nergens gebruikt maar lopen door naar links en dan naar onderen. Daar kom ik uit bij het dashboardkastje waar allerhande knoppen komen.
1 knop wordt om te wisselen tussen accu 1 en accu 2. Van daaruit gaat een +draad naar de rest van de fiets. Deze + is dus alleen van de ingeschakelde accu.

Maar nu:

Ik heb bij de accu's 2 mosfets geplaatst ter beveiliging. Heb ik deze juist geplaatst?
Waar zit de Drain? En waar zit de Source? Ik gok dat de Source Drain de poot is die rechtstreeks aan de + van de accu hangt, de Drain Source welke naar de +-draad loopt en de Gate naar de mindraad?

Verder wil ik in het dashboard een laadpunt maken waar ik een acculader in kan prikken. Ook hier wil ik een MOSFET plaatsen. Gaat ook dit goed zoals ik het getekend heb? Ik neem hierbij aan dat de Source aan de + van de acculader komt en de Drain naar de +draad van de accu loopt?

Ik heb dezeP-channel MOSFET op het oog. Dit zal wel goed gaan bij 12V max 5A toch?

Ik hoop dat iemand me kan helpen met dit vraagstuk. Het schema _zonder MOSFETs_ werkt zoals het hoort.

Het kladje op mijn schema linksonder is de vereenvoudigde versie van het accu-laden zoals ik het in gedachten heb. De lamp staat symbool voor alle belasting in de fiets. Die heb ik uiteraard wel met een schakelaar aangesloten; staat niet getekend.

Maar gaat ook dat goed zodra ik die lamp er tussenuit trek en een acculader rechts van het kladje aansluit?

[ Voor 8% gewijzigd door WFvN op 11-01-2009 15:59 ]

[Hans van Eijsden]

Waarom zet je niet gewoon een diode in serie met de belasting?
Zoals bij elke silicium-overgang wel rekening houden met een spanningsval van ~ 0,7 V.

Verder verschilt de aansluitvolgorde per type MOSFET. Ik Google altijd op typenummer, en download dan de datasheet in PDF.

Edit: Ik zag (te laat) dat je me voor was en de PDF ook al had )

[ Voor 11% gewijzigd door Hans van Eijsden op 11-01-2009 16:07 ]

[WFvN]

Hans van Eijsden schreef op zondag 11 januari 2009 @ 16:03:
Waarom zet je niet gewoon een diode in serie met de belasting?
Zoals bij elke silicium-overgang wel rekening houden met een spanningsval van ~ 0,7 V.

Nja, daar zit nogal eens wat verschil in. Gewone diode 0,7V Schottky diode vaak al minder. mosfet schijnt nog weer heel wat minder te zijn. En hoe minder, hoe liever. De Mosfet die ik gekozen heb, heeft een enorm lage weerstand. 23 mOhm. Dus bij _zeg_ 3 Ampère (dan heb je het denk ik wel gehad met de elektronica in m'n fiets) is dat dan een spanningsval van 0,023*3 = 0,07V spanningsval. Dat is wel even anders van 0,7V

0,7V ten opzichte van 12V vind ik nogal wat. Nu is mijn elektronica niet echt kieskeurig; amberkleurige 3W Luxeons met step-down LED-driver ervoor, of 2 rode 1W Luxeons in serie waarbij ik de stroom begrens met een LM317 of een InoLED Extreme koplamp welke je geloof ik ergens tussen de 6V en 24V kan aansluiten, een Piezo-element-toeter, etc.

Alleen komt er ook een motor-alarm in. En wat die doet met lagere spanningen, weet ik niet.

Verder verschilt de aansluitvolgorde per type MOSFET. Ik Google altijd op typenummer, en download dan de datasheet in PDF.

Edit: Ik zag (te laat) dat je me voor was en de PDF ook al had )

Mij gaat het er dus om of ik de boel zo goed aangesloten heb. De gate moet wel goed zitten maar de andere 2 is me niet geheel duidelijk. Hoewel ik ook ergens begrepen heb, dat het bij een mosfet geen drol uitmaakt of je de source of de gate nou gebruikt (of verwisselt) omdat het ding 'symetrisch' werkt.

[ Voor 11% gewijzigd door WFvN op 11-01-2009 16:20 ]

[WFvN]

Ik nog altijd ijverige pogingen om de boel te begrijpen. Dus ik zoek wat, ik lees wat, ik zoek nog wat meer en ik lees nog wat meer. Datasheets zeggen me helaas niet alles.

Maar WIKI is nu toch wel handig. Ik was toch nog even op zoek naar de Schottky-diode. Toen kwam ik bij de engelstalige WIKI een linkje tegen over de MOSFET als alternatief voor lagere spanningsval. Dat linkje bevat een linkje naar een fraai grafiekje. Grafiekjes zeggen me meer dan wat getalletjes in een tabel.:

Wikipedia: File:Diode mosfet.png

De MOSFET die ik gekozen heb, heeft een weerstand van 23 mOhm. In het grafiekje staat er 1 getekend met 20 mOhm, close enough. Zo'n MOSFET als ik gekozen heb, is dus blijkbaar tot 20A interessant in vergelijking met een normale diode en iets boven de 30A hebben ze gelijke spanningsval.

Maar bij mijn gestelde Imax van 5A wint de MOSFET het dus inderdaad makkelijk met de spanningsval.

Over de aansluiting heb ik ook weer wat meer gevonden. Ik ben erachter dat er niet allen N- en P-channel MOSFETS zijn maar ook die 2 met en zonder diode. Degene die ik gevonden heb, is mèt inwendige diode waardoor het dus wèl uitmaakt hoe je hem aansluit.

Maar een zoektocht naar de prijzen van de gekozen MOSFET bracht me naar deze site:
http://hccwatersport.nl/bootbits.php?nummer=32
Met daarin een vraag naar mosfets in combinatie met laden en ook een antwoord:

2. Ja, het type FET is belangrijk, het moet een POWER-MOSFET zijn.Er zijn diverse types: N-kanaal, P-kanaal (uitleg hieronder), met en zonder shottky-diode tussen source en drain. Ik adviseer in eerste
instantie de P-kanaal Power-Mosfet met ingebouwde shottky-diode.
Bijvoorbeeld IRF4905 of SPP80P06P: MOSFET: 55V / 64A (P channel, TO-220 package), RDSon=0.02ohm. Vanwege de ingebouwde diode moet de drain aan de lader-zijde en de source aan akku verbonden worden
(in wezen "verkeerd om").

Goed, dat is dus even goed lezen.

Moet zo'n ding gekoeld worden bij 3A? Ik gok van niet.
Als dat ding met 23 mOhm bij 3A maar 0,07V wegsnoept, dan is dat een opgenomen vermogen van 0,21W als ik het goed heb (en verder geen belangrijke dingen achterwege heb gelaten)

[SA007]

Je berekening over het opgenomen vermogen lijkt te kloppen, kom bij 0.207W uit (eigenlijk hetzelfde dus).

0.21W zou inderdaad prima ongekoeld moeten kunnen zonder significant warm te worden.
Je schijnt tot ongeveer 1W weg te komen met zonder koelblok (uitgaande van TO220 package), wat in deze opstelling iets meer dan 6,5 ampere zou zijn.

[mux]

Zijn het loodaccu's of li-ions? Of NiMH's?

[WFvN]

NiMH's:
Conrad: 206040 - 89
NiMH 12 V racingpack 3700 mAh Tamiya

[XTerm]

Vergeet niet dat een MOS maar in één richting spanning kan weerstaan. Je kan het dus niet als laag ohmige diode gebruiken. Om de FET te beschermen zit er ook meestal een diode antiparallel over de FET.

[WFvN]

Ik kan je niet volgen (bij gebrek aan kennis over MOS). Want mijn doel is in wezen wel om hem te gebruiken als laag-ohmige diode om een zo klein mogelijke spanningsval te hebben

Sluit ik de accu goed aan op het schema, dan moet hij stroom doorlaten en sluit ik de accu omgepoold aan, dan moet hij de stroom onderbreken.

Ik ben weer wat verder en heb ook dit gevonden:

http://www.circuitsonline.net/forum/view/24053

Daar staat dus ook het schemaatje getekend wat ik wil.
Ergens staat er wel iets over vuurwerk wat ontstaat als je de boel ompoolt maar een ander zegt weer dat het geen probleem is zolang de Vgs maar hoger is dan de spanning die ik gebruik (de gekozen MOSFET heeft Vgs=20V terwijl ik maar 12V gebruik)

Dus nu lees ik 2 dingen:
1) Het gaat goed
2) Het gaat niet goed

Maar wat is het dan?

[DaWaN]

Ik zou gewoon lekker een N-channel FET nemen.

Gate aan de + en de source aan de -
Eventueel nog een 47 ohm weerstand tussen je gate en de + en een 10k tussen je gate en je drain.
Vervolgens sluit je de + aan op je apparatuur en dan is de drain je - voor je apparatuur.

Je kunt anders ook gewoon een diode anti parallel (eventueel zelfs een zener dan vang je meteen inductiepieken op) over je appartuur zetten en afzekeren met 5A, dat lijkt mij in principe ook gewoon prima werken.

[Fish]

je gaat die accu's toch nooit opkunnen laden met een ompoolbeveiliging ertussen ?
ik vraag me ook af hoe je een 9volt accu gaat bijladen met 6 volt zonder wat elektronika ?
4 volt accu .. zou kunnen. maar dat zou de eerste zijn die ik zag

ok andere accu's

[ Voor 55% gewijzigd door Fish op 11-01-2009 21:22 ]

[mux]

afzekeren met 10A als je 5A denkt te gaan zuipen, zekering is er toch alleen voor als er echt stront aan de knikker is, niet als je net 0.1A over je theoretische limiet gaat

[WFvN]

DaWaN schreef op zondag 11 januari 2009 @ 21:09:
Ik zou gewoon lekker een N-channel FET nemen.

Ik heb juist een P-channel gebruikt omdat dat gemakkelijker zou zijn

Gate aan de + en de source aan de -
Eventueel nog een 47 ohm weerstand tussen je gate en de + en een 10k tussen je gate en je drain.
Vervolgens sluit je de + aan op je apparatuur en dan is de drain je - voor je apparatuur.

Okee. Crocodile Physics kan dat volgen. En het werkt inderdaad ook.

Alleen zodra ik twéé van die setjes aansluit op bijvoorbeeld een lamp waarbij de ene voeding de accu voorstelt (met zo'n schema van jou eraan) en nog een tweede voeding die een lader voorstelt, met ook jouw schema eraan, dan gaat het verkeerd zodra ik één van beiden ompool. De boel blaast dan op.

Je kunt anders ook gewoon een diode anti parallel (eventueel zelfs een zener dan vang je meteen inductiepieken op) over je appartuur zetten en afzekeren met 5A, dat lijkt mij in principe ook gewoon prima werken.

Het probleem lijkt te ontstaan zodra ik 2 setjes aansluit (en wat ik dus nodig heb voor het opladen)

[DaWaN]

WFvN schreef op zondag 11 januari 2009 @ 22:05:
Het probleem lijkt te ontstaan zodra ik 2 setjes aansluit (en wat ik dus nodig heb voor het opladen)

Ik zou zelf gewoon die ompoolbeveiliging gebruiken bij de gebruikers (je LED's), dan heb je dus ook maar 1x zo'n circuit nodig.

De accu's zelf gewoon afzekeren en dan als je gaat opladen gewoon de stekker loshalen of een schakelaar oid maken zodat je je accus kan opladen.
Accu's opladen met belasting eraan gaat swieso niet werken. Als je wilt opladen wil je een direct verbinding tussen je accu en de lader.

Voor het geval er iets mis gaat met de accus zou ik een zekering gebruiken in de plusdraad van de accu, heb je meteen ook beveiliging als een draad opengaat en het frame raakt bvb, NiMh accu's zijn naar mijn weten redelijk short circuit proof en met een simpele zekering heb je dan gewoon alle beveiliging die ooit nodig zult hebben lijkt me.

[ Voor 14% gewijzigd door DaWaN op 11-01-2009 22:18 . Reden: Even 30x beter leesbaar gemaakt :) ]

[WFvN]

Goed, 2 accu's dus 2 zekeringen (elke +draad 1)

Ik ga er even vanuit dat je verhaal over de NiMH's juist is.

Feit is wel dat ik een beveiliging moet inbouwen. Met m'n vorige fiets (die GZD van aluminium was) heb ik een keer een fout gemaakt waarbij m'n 12V 7Ah loodaccu wat draden finaal doorgefikt heeft. Knap stinken was dat

Sindsdien werk ik absoluut altijd met een zekering ertussen, al is het maar om iets te testen. Dan maar provisorisch ertussen drukken.

Ik zit me trouwens ineens te bedenken hoe hard die ompoolbeveiliging nodig is. Goed, voor lader-accu misschien wel handig. Maar voor de overige elektronica begin ik te twijfelen. Ik heb namelijk gruwelijk veel LED's erin zitten en dat zijn..... diodes! die zullen natuurlijk de stroom niet in de verkeerde richting doorlaten. Een schakelaar interesseert het geen drol hoe de stroom loopt. Verder heb ik wel 4 dure 18 euro per stuk) LED-drivers besteld. Wellicht dat die wel wat meer problemen hebben met ompolen.

Verder heb ik nog een schemaatje welke ik 2x ga toepassen, een accu-indicatorgedoetje. Maar mocht dat doorfikken, dat kost maar een paar euro per stuk. Doe er 2 en ik kan dat binnen de kosten van één LED-driver doen.
Wil ik die accu-indicatoren beschermen dan moet dat weer tussen de accu en de indicator. En dan zit die mosfet weer in de weg waarvan ik dus nog altijd niet met zekerheid weet of het nou wel of niet gaat werken.

Misschien is het toch een idee om de boel af te blazen met die mosfet en gewoon zekeringen te gebruiken en verder verd*md goed op te letten bij het aansluiten.

[jeronimo]

Ja, ik denk dat je het jezelf nu moeilijk aan het maken bent. De accu's komen vast in je fiets en worden geladen via een aansluiting in je dashboard. Als je de bekabeling aansluit zou je de accu tijdelijk kunnen vervangen door een labvoeding en daarmee de zaak kunnen testen. Werkt het dan je accu aansluiten. De tip om tussen elke accu en je boardnet een zekering te zetten is gewoon erg verstanding. Hooguit zou ik wat meer zorg besteden aan de aansluiting van je laadpunt. Zo zou je het laadcircuit ook in je fiets kunnen bouwen, zodat je simpelweg je fiets op het lichtnet aan kunt sluiten.

[WFvN]

Dat laatste ga ik niet doen. Wel een fraai idee overigens maar m'n fiets krijgt al de nodige kilogrammetjes. Ook nog eens een extra adapter meezeulen (gewicht en ruimte) heb ik niet zoveel trek in.

Wat betreft het schema, ik heb de boel nu toch maar alléén gezekerd. De twee +polen van de accu's zijn gezekerd. Verder heb ik ook nog een zekering opgenomen in de +leiding naar het laadpunt.

Om een idee te geven wat het gaat worden in totaal:
http://members.home.nl/wfvn/complete_schema.pdf

[jeronimo]

Ik denk zelf dat een compacte geschakelde voeding niet zo groot en zwaar hoeft te zijn. Volgens je huidige opzet moet je wel in je laadpunt de regelaar bouwen om je accu fatsoenlijkt te laden, wellicht is het handiger om dit laadcircuit dubbel uit te voeren en toch in je fiets te bouwen. Hiermee kun je dan op je laadpunt beide accu's tegelijk laden.

Overigens heb je in je schema heb je de 3A zekering van je laadpunt overbrugd met een verbinding, die zekering heeft nu dus geen functie.

[WFvN]

hm ja.... die heb ik er later bijgezet en ik ben nog wat aan het prutsen geweest. De plek van die zekering moet natuurlijk rechts van die 'kortsluitdraad' zitten dus direct bij het +punt van het laadpunt.

2 aansluitingen om te laden is best een mogelijkheid maar dan moet ik weer een extra lader aanschaffen. Zoals het schema (wat dat betreft) is opgebouwd, heb ik het nu ook in m'n fiets zitten en dat bevalt uitstekend. Dus laat ik dat maar zo. Zou ik vrij regelmatig meer dan één volle accu leeggebruiken op een dag, dan zou het een ander verhaal worden. Maar het aantal keren dat ik moet switchen van accu is maar een paar keer per jaar. Niet genoeg om daar een mooie, nieuwe, dure lader voor aan te schaffen.