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Autor Tópico: Proteção Lipo  (Lida 1481 vezes)

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Offline Kristey

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Proteção Lipo
« em: 14 de Janeiro de 2019, 06:58 »
Boa noite.

Após ter projectado o uso e uma bateria de Litio para um aparelho o único cuidado que tive foi o uso de um IC para controlar a carga da mesma.
Usei este circuito integrado:
MCP73830T - http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20005049D.pdf


Contudo depois a olhar para o esquemático, notei que como os 5V estão ligados a um regulador para 3.3V, percebi que sempre que o aparelho não estivesse ligado à energia iria drenar a bateria.

Então pensei um pouco e pensei neste circuito:


Onde tenho:
- IC3 o circuito integrado que controla o carregamento da bateria.
- D2 impede que os 5V carregam a bateria directamente
- Gate de Q3 estará LOW normalmente, fazendo com que Q2 não deixe descarregar a bateria.
- Assim que o sistema iniciar o micro controlador muda a gate do Q3 para High e permite assim o uso da bateria.

Neste caso penso que funcionará correctamente pois a bateria so serve para que o aparelho não desligue abruptamente. O uC detecta a falha de energia, fecha os serviços/perifericos que for necessário, grava um log e manda desligar a bateria.


Questões:
A minha questão é mais para outras aplicações onde eu simplesmente só quero que haja uma proteção de undervoltage 3.4V (Li-PO) sem que haja um uC. Procurei até algum IC que fizesse isto, e não ha nada "simples" de se usar. Ou algum IC que controla-se a carga e também a descarga. Mas não entonarei nada para esta utilização.

Gostaria também de tirar aquele diodo dali para diminuir a queda de tensão mas mantendo a funcionalidade de os 5V nao "carregarem" directamente a bateria. Nesta questão ja pensei em algumas coisas mas não cheguei a nenhuma conclusão.

Cumprimentos e muito obrigado

Offline jm_araujo

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Re: Proteção Lipo
« Responder #1 em: 14 de Janeiro de 2019, 10:44 »

A minha questão é mais para outras aplicações onde eu simplesmente só quero que haja uma proteção de undervoltage 3.4V (Li-PO) sem que haja um uC. Procurei até algum IC que fizesse isto, e não ha nada "simples" de se usar. Ou algum IC que controla-se a carga e também a descarga. Mas não entonarei nada para esta utilização.


O que já fiz e é simples, é usar uma das proteções chinesas baratas, que vem todas com o DW01 e um mosfet duplo (https://www.ebay.com/itm/262986005372), é igual às que costumam vir incluidas nas LiPo baratas.
https://cdn.sparkfun.com/assets/learn_tutorials/2/5/1/DW01-P_DataSheet_V10.pdf

A sua tensão de corte normal é muito baixa, 2.4V, mas se aumentares o valor da resistência que liga a alimentação consegues que esse valor suba. Não me lembro que valor usei, mas consegui que cortasse aos 3.2V e só volta a ligar quando a tensão sobe aos 3.8V. É um hack, mas é barato e sem micro ;)

Offline Kristey

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Re: Proteção Lipo
« Responder #2 em: 17 de Janeiro de 2019, 13:24 »
Boa cena esse IC, mas acho que para esta situação vai ficar assim.

Para futuras coisas vou usar esse IC e um interruptor, porque pelos vistos não ha solução melhor.


Offline Kristey

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Re: Proteção Lipo
« Responder #3 em: 07 de Junho de 2019, 15:26 »

Então pensei um pouco e pensei neste circuito:


Onde tenho:
- IC3 o circuito integrado que controla o carregamento da bateria.
- D2 impede que os 5V carregam a bateria directamente
- Gate de Q3 estará LOW normalmente, fazendo com que Q2 não deixe descarregar a bateria.
- Assim que o sistema iniciar o micro controlador muda a gate do Q3 para High e permite assim o uso da bateria.

Neste caso penso que funcionará correctamente pois a bateria so serve para que o aparelho não desligue abruptamente. O uC detecta a falha de energia, fecha os serviços/perifericos que for necessário, grava um log e manda desligar a bateria.

Cumprimentos e muito obrigado

Ora chegado o momento dos testes o circuito não funciona.
Não percebo bem porquê pois ja simulei e o circuito funciona como esperado.

Ja analisei a datasheet dos dois mosfet e deveria estar a comportar-se correctamente:
Q2: NTR2101PT1G (mosfet P channel)
IC5: FDN339AN (mosfet N channel)

Basicamente sempre que desactiva a alimentação da bateria, o circuito deveria ficar desligado, mas fica num "limbo" meio ligado meio desligado.
Por analise da datasheet não entendo o porque.
Será que alguém me pode ajudar a desmistificar isto?

Offline KammutierSpule

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Re: Proteção Lipo
« Responder #4 em: 07 de Junho de 2019, 15:57 »
Assim a olhar de repente, parece que tens o Q2 ao contrario.
Ve na datasheet que existe um diodo interno no Q2, que se calhar deves querer que fique ao contrario. Assim esta a fazer-te uma queda de tensao do diodo e continua a conduzir..

EDIT: uma coisa que nao me está a fazer muito sentido no circuito são os 5V que carregam a bateria serem os mesmo 5V que a bateria fornece. Isso faz com que aquele D2 não me pareça muito bem. Ao teres um diodo, estas a ter uma queda de tensao e assim não estas a tirar partido de toda a capacidade da bateria.
Como não estou por dentro aí do projecto pode-me falhar algum conhecimento do contexto, se não, esse circuito pode ser revisto e melhorado..
« Última modificação: 07 de Junho de 2019, 16:09 por KammutierSpule »

Offline Kristey

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Re: Proteção Lipo
« Responder #5 em: 09 de Junho de 2019, 23:25 »
No meu post anterior tens a resposta às perguntas que fizeste.
A questão da alimentação na linha de 5V também , basicamente os 5V entram num regulador de 3.3 suficiente pra manter o sistema durante os 10 segundos que preciso quando ele fica sem energia da rede eléctrica e o desligar a seguir tudo a seguir (voltanto apenas quando houver AC outra vez.
Quanto ao diodo será um de apenas 0.3, preciso dele se não a bateria estará a ser carregada pelos 5V da linha jornal de alimentação, e isso não pode acontecer

A questão aqui é que devo estar a ter algum raciocínio errado.
Porque já olhei para isto e continuo a não ver problema no circuito!

« Última modificação: 11 de Junho de 2019, 09:01 por Kristey »

Offline Njay

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Re: Proteção Lipo
« Responder #6 em: 10 de Junho de 2019, 00:43 »
Qual é o intervalo de alimentação do aparelho?
Os +5V da direita são os mesmos dos da esquerda? De onde vêm?
Qual é a tensão e capacidade de corrente do pino do uC?

Falta um cap no VBAT.

Dá uma olhada no MAX40203.

Porque raio é que designaste um FET por IC5?...
« Última modificação: 10 de Junho de 2019, 01:01 por Njay »

Offline Kristey

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Re: Proteção Lipo
« Responder #7 em: 10 de Junho de 2019, 20:58 »
Qual é o intervalo de alimentação do aparelho?
Os +5V da direita são os mesmos dos da esquerda? De onde vêm?
- Fora do aparelho tenho um transformador de 230VAC para 12VDC
- À entrada tem um regulador que aceita entre 48V a 12V e converte para 5V.
- Esses 5VDC alimentam partes do circuito a 5V e mais dois reguladores, um de 3.8 para o modem e outro de 3.3 para o uC e alguns componentes.
- Esses 5VDC alimentam também o circuito de carga de bateria (1 celula LIPO)
- Quando falha a alimentação AC, o circuito da bateria entra a alimentar a linha de alimentação de 5V. Sim a bateria é vista na linha de 5V por 4.2V-0.3V (drop do diodo D2), mas é suficiente para manter o uC e o modem ate ser efectuado um shutdown controlado aos serviços pendentes.
-Posto isso é necessario desligar a alimentação da bateria para o aparelho não estar a consumir energia da bateria. (E é aqui que está a falhar fica meio ZOMBIE.

O objectivo do circuito era:
Código: [Seleccione]
Workflow:
O diapositivo inicia com:
- carregamento, desligado
- Alimentação pela bateria, desligada
 
Depois de estarem todas as ligações estabelecidas e o funcionamento normal.
- Carregamento, ligado
- Alimentação pela bateria, ligada
(Nesta fase a bateria carrega se for necessário, e/ou fornece energia ao circuito se necessário)




O PWR_DOWN ê um pino que deve estar sempre a ser “escutado” e quanto passa para HIGH significa que deixou de haver energia AC e que o circuito está a ser alimentado pela bateria.
Nesse momento são para ser iniciadas rotinas de finalização/enceramento de comunicações.
E no fim de tudo estar desligado sem dados pendentes o BATT_ON_OFF é passado a LOW e toda o aparelho desliga.
 
Quando houver AC ele vai ligar novamente e as rotinas são as mesmas.
 
Foi assim que o controlo de alimentação de backup foi pensado..
 

Vou deixar aqui o esquema que esta feito e produzido em PCB para testar.
Todos os circuitos foram aprovados menos este de cortar a energia da bateria.


Qual é a tensão e capacidade de corrente do pino do uC?
É um Acqua, a tensão dos pinos é 3.3V
https://www.acmesystems.it/acqua

Falta um cap no VBAT.
Já conta no esquemático final como podes ver na imagem

Porque raio é que designaste um FET por IC5?...
Era erro do desenho inicial, ja tinha corrigido

Dá uma olhada no MAX40203.
Preciso de algo que me suporte 3 Ampere e por isso pensei num mosfetP e um N para o activar.


Abraço e obrigado pela analise
« Última modificação: 11 de Junho de 2019, 08:38 por Kristey »

Offline Njay

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Re: Proteção Lipo
« Responder #8 em: 11 de Junho de 2019, 12:40 »
Experimenta ligar R54 não aos +5V mas à fonte do MOSFET-P. (estou a assumir que o esquema que tens é o que deixaste na imagem de fundo preto, que é diferente da amostra que deixaste nas mensagens anteriores).

Também há chips "díodo ideal" que controlam um FET externo (na verdade até são muito mais comuns que os do género do MAX40203).

Offline KammutierSpule

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Re: Proteção Lipo
« Responder #9 em: 11 de Junho de 2019, 18:22 »
O que controla o pino BATT_ON/OFF? o MCU?
Nao deveria ser controlado por ligacao directa à alimentação? Assim mal fosse detectada a falha ia alimentar o resto do circuito. Se nao, vai ficar pendente dos condensadores e da velocidade do MCU para atender a interrupçao e alterar o estado.

Verifiquei que o Q2 no esquema novo ja estava ao contrario, verificaste se estava bem no footprint / soldado?

-Posto isso é necessario desligar a alimentação da bateria para o aparelho não estar a consumir energia da bateria. (E é aqui que está a falhar fica meio ZOMBIE.

Pode acontecer que como o R54 esta ligado aos +5V, este nao mantem a tensao elevada para desligar o Q2.
Podias tentar ligar essa R54 à "saida" do D2 (D2 pino 1 - S do Q2) assim mantem sempre a tensao elevada.

Offline Kristey

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Re: Proteção Lipo
« Responder #10 em: 11 de Junho de 2019, 18:48 »
O que controla o pino BATT_ON/OFF? o MCU?
Nao deveria ser controlado por ligacao directa à alimentação? Assim mal fosse detectada a falha ia alimentar o resto do circuito. Se nao, vai ficar pendente dos condensadores e da velocidade do MCU para atender a interrupçao e alterar o estado.
O que controlo é do MCU, a comutação não é quando da falha a energia da rede, se vires no "workflow" a comutação da-se logo no inicio, e mantem-se activada. A alimentação PELA bateria está sempre activa (nunca estará em uso porque o regulador dá sempre 5V e a linha de bateria só dá os 4.2-0.3= 3.9V, dai o diodo.)
Quando há falha de AC os condensadores suportam até descerem para 3.9V e ai a bateria começa a fornecer energia à linha dos 5V que neste estado nao tem 5V mas sim 3.9V (decaindo com o uso da bateria)
Contudo quando deixa de haver AC ja estava a correr um shutdown controlado. Depois da rotina de shutdown correr ate ao fim o microcontrolador muda o estado do pino BATT_ON/OFF e corta energia a ele proprio.


Verifiquei que o Q2 no esquema novo ja estava ao contrario, verificaste se estava bem no footprint / soldado?
Fui confirmar, está correcto.

-Posto isso é necessario desligar a alimentação da bateria para o aparelho não estar a consumir energia da bateria. (E é aqui que está a falhar fica meio ZOMBIE.

Pode acontecer que como o R54 esta ligado aos +5V, este nao mantem a tensao elevada para desligar o Q2.
Podias tentar ligar essa R54 à "saida" do D2 (D2 pino 1 - S do Q2) assim mantem sempre a tensao elevada.

Experimenta ligar R54 não aos +5V mas à fonte do MOSFET-P. (estou a assumir que o esquema que tens é o que deixaste na imagem de fundo preto, que é diferente da amostra que deixaste nas mensagens anteriores).

Também há chips "díodo ideal" que controlam um FET externo (na verdade até são muito mais comuns que os do género do MAX40203).

Realmente se corto a alimentação deixa de haver energia na linha dos 5V nao faz muito sentido eu ter ligado aquilo ali. Lembro-me que o pensamento inicial foi ligar no potencial mais alto mas na verdade naquela via deixa de haver potencial.
Vou testar isso


Também há chips "díodo ideal" que controlam um FET externo (na verdade até são muito mais comuns que os do género do MAX40203).
Para substituir o diogo de schottky D2?
Tens alguma referencia?

PS: Ja agora para esses componrntes novos que vao cendo lançados, voces vão tendo essas informações onde?
As vezes ha circuitos integrados que já fazem o que se quer e ando aqui a partir a cabeça com "electronica"

Offline Njay

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Re: Proteção Lipo
« Responder #11 em: 11 de Junho de 2019, 21:18 »
Realmente se corto a alimentação deixa de haver energia na linha dos 5V nao faz muito sentido eu ter ligado aquilo ali. Lembro-me que o pensamento inicial foi ligar no potencial mais alto mas na verdade naquela via deixa de haver potencial.

A meu ver essa não é a forma correcta de pensar sobre isto. A forma correcta de pensar é que a gate (ou base) deve estar ao mesmo potencial que a fonte (ou emissor) para que o transístor esteja desligado. Daí uma ligação gate-emissor, que é por resistência para deixar alguém "mais forte" mudar a tensão porta-fonte. Isto é uma ligação passiva que mantém um transístor desligado na ausência de fontes de tensão (há excepções, mas vamos esquecer isso agora). "O mesmo potencial" porta-fonte é que mantém o transístor desligado, seja que potencial for... daí que esta é que é a questão fulcral. Por exemplo R55... deves pensar nela como estando ligada à fonte do transístor e não ao GND... ou como estando a ligar a porta e a fonte...

Também há chips "díodo ideal" que controlam um FET externo (na verdade até são muito mais comuns que os do género do MAX40203).
Para substituir o diogo de schottky D2?
Tens alguma referencia?

Sim, para substituir D2 (by the way, a queda de tensão do teu díodo a 3A são 0.5V).
Não, mas a própria Maxim tem. Procura por "ideal diode" ou "ideal diode controller" no Mr. Google.
Podes colocar até 5 ou 6 MAX40203 em paralelo. Também podes colocar alguns schottky em paralelo. Há uma APPNOTE da Maxim que analiza isto.

PS: Ja agora para esses componrntes novos que vao cendo lançados, voces vão tendo essas informações onde?
As vezes ha circuitos integrados que já fazem o que se quer e ando aqui a partir a cabeça com "electronica"

Pá... é preciso andar por aí... a ler.... a ver circuitos de outros, projectos, artigos, fóruns, ... a dar uma olhada nos sites dos fabricantes.... também podes subscrever newsletters dos fabricantes. Há muita coisa que também é difícil comprar ou não compensa pelo valor dos portes...

(p.s.: sendo)
« Última modificação: 11 de Junho de 2019, 23:33 por Njay »