Custom toolbord pcb voor Parkside accu krijg ik niet werkend

[distroyer117]

Hoi (elektro-)technische medetweakers,

TL;DR:
IK heb een custom pcb ontworpen (en laten maken) die de input verbind met de output d.m.v. een MOSFET als als er een spanning van >4v op een 2e input staat. Helaas krijg ik dit niet werkend ondanks dat het schema zou moeten kloppen (mijns inziens).

Ik wil graag Parkside 20v accu's gebruiken voor DIY projecten (ben op dit moment bezig met o.a. een PAPR (Powered Air Personal Respirator), body-temp koeler en een draagbare werklamp die ik met deze accu's wil gaan gebruiken).
Parkside accu's werken helaas met een nogal aparte BMS. De accu houd o.a. temperatuur en voltage bij en stuurt a.d.h.v. hiervan een "OK"/"NOT OK" signaal naar de tool d.m.v. ~2.8V (OK) of ~4.5V(NOT OK) op de "T-pin". A.d.h.v. dit signaal zet de tool het voltage vanuit de accu stop d.m.v. MOSFET's.

Als ik de accu's wil gebruiken voor DIY doeleinden moet ik dus bovenstaand werkingsprincipe overnemen in mijn eigen ontwerp. Na veel uitzoekwerk heb ik uiteindelijk een PCB ontworpen die (als het goed is) het tool gedeelte van de parkside BMS overneemt.

De PCB is als volgt opgesteld:
Via de +20V komt de positieve(+) pool van de accu binnen, na een zekering word deze afgesplitst naar 2 componenten. [1] De inkomende voeding wordt omgezet naar een constante +5V d.m.v. een AMS1117 LVR. [2] De voeding wordt via een AOD4132 MOSFET met de uitgang verbonden.
De +5V wordt gebruikt om een TLV3201 comparator aan te sturen. Op de +kant van de comparator wordt een 4V signaal gezet als voltage referentie d.m.v. een spanningsdeler.
In de accu werkt de T-pin doordat deze via een weerstand+transistor naar de GND wordt getrokken. Als er een +5V signaal op de T-pin word gezet met een 10Kohm weerstand ontstaat een spanningsdeler die ~2.8V verzorgt (OK-signaal). In geval van over-/under-voltage schakelt de accu de transistor af waardoor de spanningsdeler stopt en er dus ~4.5V op de T-pin blijft staan (NOT OK).
De T-pin word verbonden aan de -kant van de comparator.
Als de T-pin OK is (~2.8V), dan ziet de comparator dat het voltage hiervan lager is dan de referentie en schakelt deze de MOSFET in waardoor de input met de output word verbonden (en dus de accu gebruikt kan worden).
In een geval dat de BMS triggert gaat het voltage op de T-pin omhoog (NOT OK, ~4.5V). De comparator ziet dat het T-pin voltage hoger is dan de referentie en schakelt de MOSFET uit waardoor de output komt te vervallen. (reset werkt simpelweg door de accu los te trekken en weer opnieuw in te steken)


Voor zover ik kan zien zou dit moeten werken. Echter heb ik deze PCB gemaakt maar krijg ik ondanks meerdere pogingen het niet werkend

Op alle plekken waar ik een specifiek voltage verwacht heb ik dit gecontroleerd (input, 5v regulater, T-pin en spanningsdeler), alles klopt. Echter schakelt de comparator niet.
Ik zie niet waar het fout gaat, misschien dat een van jullie iets ziet waar ik overheen kijk.
Alvast bedankt

[memphis]

Begin T1 te ontkoppelen en dan bv een potmeter van 100k in de plaats te zetten. Meet de spanning op T1 en regel de potmeter en kijk of de uitgang vd OPAMP wel schakelt. Als dat het doet is je schakeling rondom de opamp goed opgebouwd
Als die dan wel correct werkt heb je een probleem of eerder een denkfout over hoe dat signaal uit de accu gegenereerd wordt.

Schematisch betwijfel ik de FET, je wilt daar een P-channel FET hebben.

Schematisch moet de G op een N-FET een paar volt hogere spanning krijgen den de S, dus de S moet een potentiaal hebben van 0 volt.... (uitgaande van 5v threshold)

2 opties.... De FET in de massa lijn zetten of de hele schakeling naar een P-FET omzetten waarbij je tegen een ander probleem loopt dat je opamp tussen 0 en 5v schakelt en dan daarmee de GS spanning altijd hoog blijft. Zan moet je met je opamp een open collector fixen.

[ Voor 46% gewijzigd door memphis op 10-05-2025 19:50 ]

[jeroen3]

Je hebt een N-Channel mosfet in een high side configuratie gezet. Maar je hebt geen booster circuit om ook daadwerkelijk te zorgen dat je een positive Vgs (V gate-source) kan aanbieden.

Immers, als de mosfet aan is, zijn beide drain en source 20V en kan U1 niet langer een positieve Vgs aanbieden.

Je kunt in dit circuit mogelijk de fet vervangen voor een P channel. Maar dan moet je mogelijk wel zorgen voor een open drain comparator (anders voer je de 20V terug in de 5v) en een pull-up op de gate.

Probeer dit eerst eens te simuleren in microcap o.i.d.
Je exacte componenten zullen er misschien niet in zitten, gebruik dan vergelijkbare op ideaal modellen.

Hint: bekijk ook de TL431 eens

[Henderiknick]

Vraagje, is het allemaal gelukt?

ik zou de PCB graag kopen. voor mijn eigen project.

[distroyer117]

Henderiknick schreef op dinsdag 4 augustus 2026 @ 14:01:
Vraagje, is het allemaal gelukt?

ik zou de PCB graag kopen. voor mijn eigen project.

@Henderiknick Helaas,

zoals @memphis en @jeroen3 correct aangaven had ik de FET foutief in de +20V lijn gezet terwijl deze de GND had moeten schakelen (zie nu dat ik daar nooit meer reactie op heb gegeven, excuses). Dit heb ik aangepast in een nieuw ontwerp. Het nieuwe ontwerp heb ik gesimuleerd en zou volgens LTspice ook moeten werken. Helaas kreeg ik het in de realiteit toch niet aan de praat. Naar wat ik nog had geprobeerd leek het erop dat de comparator niet werkte. Ook als ik de input van de comparator probeerde te forceren leek deze niet te schakelen.

Ik heb helaas geen tijd/zin meer gehad daarna om dit verder op te pakken. Mocht je interesse hebben in de schematics wil ik ze best delen om op door te ontwikkelen.

[memphis]

Heb je wel de juiste AMS117? Veel verkocht is de ADJ versie die dan 1.25v geeft in je schakeling, heb je wel 5v versie? Heb je 5v? Heb je uberhaupt wel de 20v? Sommige BMS schakelingen gaan pas stroom geven als er een bepaalde ondergrens aan stroom bereikt wordt.

De comperator zou moeten werken, meet dan ook de spanningen op pin 3 en 4, als het verschil klopt zou de uitgang gewoon moeten doen wat het moet doen.

[distroyer117]

memphis schreef op dinsdag 4 augustus 2026 @ 19:44:
Heb je wel de juiste AMS117? Veel verkocht is de ADJ versie die dan 1.25v geeft in je schakeling, heb je wel 5v versie? Heb je 5v? Heb je uberhaupt wel de 20v? Sommige BMS schakelingen gaan pas stroom geven als er een bepaalde ondergrens aan stroom bereikt wordt.

De comperator zou moeten werken, meet dan ook de spanningen op pin 3 en 4, als het verschil klopt zou de uitgang gewoon moeten doen wat het moet doen.

Ik heb alle voltages nagemeten en alles komt overeen met wat ik verwacht. Er komt een +20V signaal van de accu af (tussen de 17 en 21V), deze wordt door de LVR omgezet naar 5V. Waarna de spanningsdeler er gewoon 3.9V van maakt (heb uiteindelijk een 27K weerstand voor R1 gebruikt). Via de T_pin komt de verwachte 2.8V spanning binnen en deze komen ook correct aan bij de comparator.

Probleem is dat de comparator die ik heb SOT25 ge-packaged is en daarmee dus te klein voor mij om deze off-board te testen. Enige opties de ik nog kan bedenken zijn
[1] Alle 10 comparators die ik heb besteld zijn defect (zijn besteld via AliExpress dus dit is altijd een mogelijkheid).
[2] ik zie toch nog iets over het hoofd m.b.t. de aansturing/ het gedrag van de TLV32301.


Als ik er weer zin in krijg om hieraan door te gaan ga ik denk ik eerst kijken voor een nieuwe comparator in een wat grotere package zodat ik met deze off-board kan testen

[koraks]

distroyer117 schreef op dinsdag 4 augustus 2026 @ 15:53:
Het nieuwe ontwerp heb ik gesimuleerd en zou volgens LTspice ook moeten werken.

Als je daar input op wilt, post even het aangepaste schema en liefst ook de PCB layout.

M.b.t. je comparators: de kans dat je 10 stukke exemplaren hebt ontvangen is nihil. Ik heb door de jaren heen heel veel componenten via AliE aangeschaft; echt bakken vol (letterlijk). Ik heb één geval van een defecte batch van een handvol chips gehad (ws. niet zozeer defect, maar gewoon dysfunctioneel nep). Dingen als opamps, comparators e.d. zijn vrijwel altijd prima bruikbaar. Soms zijn ze nep en halen ze de performance van de fabrikant niet helemaal, maar dat is vaak alleen relevant als je op het scherpst van de snede werkt. Jouw ontwerp is vrij rechttoe-rechtaan en zou behoorlijke foutmarge moeten hebben. Lang verhaal kort: ik zou ervan uitgaan dat je chips in principe gewoon OK zijn.

Je kunt SOT23-5 handmatig best redelijk testen op een test-PCB'tje. Er zijn breakout-PCB'tjes in de handel waar je een SOT23-5 op soldeert en die de aansluitingen naar een groter/beter hanteerbaar formaat uitbreken. Zelf knutsel ik meestal wat van een stukje blank PCB materiaal - maar nog vaker pak ik gewoon het niet-werkende PCB en modificeer dat zodat ik kan testen wat er precies gebeurt. Met een scherp mesje, een soldeerbout met 1mm punt en een klosje fijn geëmailleerd draad kom je echt een heel eind; da's wat ik voor 99% van dit soort werk gebruik. Met een beetje handigheid (krijg je vanzelf) kun je prima delen van je ontwerp isoleren, veranderen enz.

Mbt je ontwerp: je gebruikt een AMS/LT1117-5.0. Ik begrijp dat je Vin=20V. Daarmee zit je al buiten de spec van die regulator; max Vin = 18V. Het zal best werken (een tijdje), maar uiteraard geen goede oplossing.

Een schakelende/buck converter is een betere oplossing. Omdat je weinig stroom nodig hebt, kom je ook wel weg met een lineaire regulator (makkelijker te implementeren, minder onderdelen), maar zorg dan wel dat die voor deze toepassing geschikt is.

Groter probleem is de MOSFET die je hebt gekozen; je gebruikt een AOD4132 en dat is geen logic level MOSFET. Als je inderdaad flinke stromen (tot 10A) erdoorheen gaat jagen, moet je de Rds(on) zo laag mogelijk houden en dat betekent dat je de gate (pin 1) moet aansturen met >=10V. De 5V die jij erop gaat zetten, zet de MOSFET in z'n lineaire bereik en dan gaat ie dus warmte maken. Erger - als je de MOSFET gebruikt als low side switch, til je effectief de min-lijn van je verbruiker omhoog (door de ohmse weerstand van de MOSFET gecombineerd met de stroom), waardoor dus de beschikbare spanning voor je verbruiker vermogensafhankelijk wordt (d.w.z. meer dan noodzakelijk is). Niet handig. Je hebt 20V (pakweg, nominaal) beschikbaar dus het is appeltje-eitje om een fatsoenlijke gate-spanning te krijgen. R4 helpt overigens niet mee in dat opzicht; zou ik sowieso kleiner maken, bv. 22 Ohm, of gewoon weglaten (die comparator overleeft 't wel, mag ie even werken voor z'n geld).

(Edit, ik las te snel; Rds(on) is heel laag bij 5V, zou geen probleem moeten zijn)

Maar eigenlijk dringt de vraag zich op waarom je het schakelende deel überhaupt aan het designen bent. Er zijn gewoon oplossingen voor. Wat kost een solid state relais (module) met >10A rating? Of evt. een off-the-shelf high-side switch component? Waarom dat wiel opnieuw uitvinden? Niet dat een MOSFET verkeerd is - al zou ik een PMOS high side switch nemen omdat dat toch wat intuïtiever werkt (geen ground lift afhankelijk van belasting; zie boven, je kunt alles in je project refereren aan de -/min van de accu).

Maar even terug naar het begin. Je hebt een accu met geïntegreerd BMS. Die komt uit een boormachine ofzo. Die accu geeft blijkbaar een power-good signaal af aan het apparaat. OK, kan. Heb je ergens een specificatie van dat BMS en van het power-good signaal? (behalve die 2.8-4.5V omslagpunten; wat zijn de foutmarges daarop?) Jij hebt een 10k pullup van die Power Good pin naar +5V in het (oude) design. Is dat wel in lijn met de spec van dat signaal?

Je geeft aan dat de power tool de correcte 2.8V afgeeft, maar wat meet je met jouw PCB'tje aangesloten op dat accupack op pin 4 van de comparator? Zie je daar nog wel die 2.8V terug, of verandert de spanning op die PG pin als je jouw schakeling aansluit?

Wat gebeurt er op de output (pin 1) als je even met een potmeter (zie eerdere suggestie) een spanning aanlegt op die T-pin (zonder accupack) en de schakeling voedt uit een labvoeding of PC voeding (12V moet goed gaan)?

Enfin, vooral veel vragen. Vooral om even het actuele schema te laten zien en een wat concretere/specifiekere spec van het ingangssignaal.

[memphis]

koraks schreef op donderdag 6 augustus 2026 @ 17:08:
[...]

Mbt je ontwerp: je gebruikt een AMS/LT1117-5.0. Ik begrijp dat je Vin=20V. Daarmee zit je al buiten de spec van die regulator; max Vin = 18V. Het zal best werken (een tijdje), maar uiteraard geen goede oplossing.

Een schakelende/buck converter is een betere oplossing. Omdat je weinig stroom nodig hebt, kom je ook wel weg met een lineaire regulator (makkelijker te implementeren, minder onderdelen), maar zorg dan wel dat die voor deze toepassing geschikt is.

Ik lees dit zo vaak op deze forums en zelf nauw samengewerkt met ontwikkelaars zal je het verbazen hoeveel lineaire regelaars nog in schema's gebruikt worden. En in deze schakeling waar nog niet eens een mA uit de regelaar getrokken wordt snap ik niet de keuze van een switching PSU. Hij had zelfs een TO92 of misschien wel een SOT23 modelletje kunnen pakken.

[koraks]

Een lin.reg werkt hier prima, maar pak er wel 1 die geschikt is voor de toepassing. Vin is gewoon buiten spec voor dit component. Die (3rd party/Chinese) AMS1117's kunnen buiten de bandbreedte van de officiële spec vrijwel niks hebben. Als ze kaduuk gaan, is het een 'fail short' waardoor alles downstream op Vin wordt gefrituurd.

SOT23 of TO92 had idd gekund, maar als ie een LEDje op 10mA aan die 5V lijn hangt om te zien of ie het doet, dan zal in elk geval de SOT23 versie binnen de kortste keren in thermal shutdown gaan. Reken maar na - of voel even met je vinger, gaat ook.

[ Voor 27% gewijzigd door koraks op 06-08-2026 19:12 ]

[distroyer117]

@koraks Dank voor de reactie.

Keuze voor de AMS1117 was simpelweg vanwege het feit dat ik die nog heb rondslingeren en ze in mijn ervaring altijd prima werken met het voltage van een 5 cell li-po. Hoewel een buck converter mogelijk is, zijn die gewoon duurder en/of nemen ze meer plek in beslag, daarnaast zijn ze in deze toepassing compleet overkill zoals @memphis ook al aangaf.

M.b.t de ingangsspanning het betreft een 5 cell li-po accu dus ingangsspanning is maximaal ~21V, nominaal ~18V~en minimaal 17V(dropout voor deze BMS).

Helaas wil de fabrikant (Grizzly Tools) niks vrijgeven over de werking van de BMS dus alle informatie over de T-pin komt voort uit reverse-engineering. Zoals ik in de startpost al had aangegeven werkt de t-pin in de BMS doordat deze een weerstand al dan niet met de GND verbind d.m.v. een transistor. In het geval dat de BMS een OK signaal afgeeft verbind deze de weerstand door naar de GND aan de BMS zijde. Indien je een 5v spanning met 10K weerstand in serie met de T-pin verbind (vanuit de "tool zijde") creëert dit een spanningsdeler met een spanning van ~2.8V. In het geval de BMS een NOT OK signaal doorgeeft opent de transistor waardoor de t-pin aan de BMS zijde gaat zweven, de spanningsdeler aan de tool zijde geeft dan een voltage van ~4.5V (5V met wat kleine parasitaire verliezen).

Waar ik op doelde in mijn vorige post was dat ik de voltages op alle plaatsen heb doorgemeten en deze allen overeen komen met mijn verwachtingen (m.u.v. de output van de comparator). Dus de input vanuit de accu, 5V regulator, input van de comparator.


Dit is het nieuwe schema:



Als ik dit in LTspice simuleer zie ik dat de spanning over R2 (mijn imaginaire load verbonden aan de pcb (dus verbonden tussen OUT1 en GND2 op schema)) ook gewoon reageert zoals ik verwacht (LTspice heeft niet alle componenten die ik gebruik dus vergelijkbare zijn gekozen):

[memphis]

Wat ik wel mis in je schema zijn condensatoren bij de ingang en uitgang van je AMS1117-5.0 Zou niet nodig hoeven te zijn maar kunnen wel oscillaties voorkomen en bestaande oscillaties dempen. R2 zou ook geen condensator nodig hebben maar ook hier zou het een stabielere referentiespanning kunnen geven.

Maar als ik er zo over nadenk, de BMS in de accu verzorgd deze functie al lijkt mij, waarom dan nog een keer? Of is er bezuinigd en laten ze gewoon dmv een stuursignaal de schakelaar/regelaar weten om niet in te schakelen?

[koraks]

@memphis stelt een terechte vraag die ook bij mij opkwam. Mijn aanname was/is dat het BMS is ontworpen zodat de gebruiker (=tool) bepaalt wat er gebeurt in geval van een foutconditie. Maar da's wel heel raar. Doorgaans beveiligt het BMS zelf tegen kortsluiting/overstroom en oververhitting, en schakelt dan de gebruiker helemaal af. Mogelijk gebeurt dat hier ook en dient dat stuursignaal alleen voor situaties waarin de gebruiker dan nog een foutcode (bv. een LEDje o.i.d.) kan laten zien ter indicatie dat er stront aan de knikker is.

@distroyer117 wat is de load waarmee je de fysieke schakeling test? Wat meet je op de output van de comparator? Heb je alleen DC gemeten, of kijk je ook naar dynamisch gedrag (scope)?

Je zegt dat je 'alle voltages hebt gemeten' - wat zijn ze dan? M.n. rond de ingangen van de comparator.

M.b.t. die weerstand die het BMS op de T-uitgang naar GND trekt: heb je die weerstand zelf waargenomen? Of hoe kom je aan die informatie? Heb je eraan gemeten? Bv. door r3 in je schema te vervangen door een weerstand + potmeter en dan kijken of er idd een logisch verband is tussen de waarde van jouw pullup en de uitganggspanning en (dus) even vaststellen wat nu precies de waarde van die weerstand is (m.a.w. klopt het dat het 12k-13k is?). Maakt e.e.a. wat concreter. En/of heb je zo'n accu al eens uit elkaar gehaald om een kijkje te nemen in het BMS?

Wat doet je schakeling als je i.p.v. die T-pin gewoon een vaste weerstand naar GND aanlegt? Met de juiste waarde moet je comparator dan in elk geval schakelen. Wat doet je schakeling als je R4 verwijdert, zodat de uitgang van de comparator onbelast is?

Waar is de PCB layout? Heb je de pinout van o.a. je comparator ge-doublecheckt? Heb je gecontroleerd of de markings op de SOT23-5 component die je hebt gebruikt, overeenkomen met de productcodes in de datasheet (m.a.w. kun je redelijkerwijs verifiëren dat het inderdaad TLV3201 is?) Geen verwisseling van pinout op de MOSFET?

Je schakeling op zich zou inderdaad moeten werken, met wat haken en ogen. De condensatoren die @memphis noemt zijn strict genomen niet optioneel, maar zonder zal het (zeker met batterijspanning) ook wel redelijk werken. Maar ik zou toch in elk geval bv. 1uF over zowel in- als uitgang van de AMS1117 plaatsen. Ook zou ik de node R1/R2 even ontkoppelen met bv. 100nF. De hysteresis van die comparator is 1.2mV dus het is vrij gemakkelijk om hem aan het oscilleren te krijgen.

[memphis]

Heb je een scoop? Zo niet schaf er 1 aan al is het zo'n goedkope DS0148 ding.

Wie zegt dat de uitgang van de BMS een simpele aan/uit spanning is? Voor een OK/fout signaal zijn de 2 gemeten spanningen wat raar, is het bv geen PWM signaal?

[distroyer117]

@memphis @koraks Ik was bezig met een reactie te schrijven waarbij ik op internet aan het zoeken was naar andere bronnen die de accu's hebben ge-reverse engineerd (o.a. bigclivedotcom heeft dat in het verleden gedaan). Daarbij stuitte ik bij pure toeval op iemand anders die exact hetzelfde heeft geprobeerd als ik (en nog toevalliger ook rond dezelfde tijd zie ik). Zijn circuit lijkt wel te werken dus ik ga daarmee verder. Dankjewel voor het helpen meedenken. https://positron96.gitlab.io/projects/parkside-battery-protection/



@Henderiknick misschien ook nog handig voor jou om heen te kijken.

[memphis]

Even de boel doorgenomen, het grootste verschil wat ik zo snel zie is de RC filter tussen je comperator en de T-pin. Daar heeft hij ook wat over geschreven.

[quote]
After trying to use the PCB to charge a laptop (using USB-PD DC-DC concerter), I found out that the battery performs some weird tricks on T pin. Turns out, during normal operation MCU inside the battery disconnecs T pin for a fraction of a second regularly, couple times a second. Floating T pin is treated by my board as a "battery says it’s dead" (which is true for undervoltage situation), which causes power MOSFET to turn off.

I didn’t notice it before as I didn’t put a lot of load to the board, and there was a USB-PD capacitor at he output, which smoothed drops of voltage. With 65W laptop charger the capacitor is gets emptied quickly, so I noticed that power disconnects regularly.

Why battery does that I don’t know, but this happens with both batteries I have.

To account for these disconnects of T pin, I added a low-pass RC filter at the input of the comparator. Now MOSFET shuts down only when T pin is disconnected for longer periods, should be around 1s.
[/quote]

[memphis]

Waarom werkt de quote niet?

[Limhes]

Iemand een idee wat de functie van R8 en R9 is in dat laatste schema?

[memphis]

R9 is een pull up, sommige opamps hebben een open collector output.

R8 verzorgd een hysteresis. Met andere worden, stel dat die bij 2.5v moet schakelen zal die bij 2.6 en 2.4v somschakelen. dit om oscillatie rondom het middenpunt te voorkomen, het schakelt wat degelijker.

[Limhes]

Hysterese, check, hij telt de uitgang inderdaad bij de referentie ingang op. Nice 😊