Hysterese berechnen

[thygor]

Wie kann ich bei der angefügten Schaltung die Hysterese berechnen ?
Versorgung mit 10V ± 4V.
Beispiel :
Uein : 13V
Uaus : 11V
also nicht symmetrisch

[ranke]

Schau mal hier:
http://www.batronix.com/elektronik/know-how/op-amp.shtml#05f

[Manf]

Die Zenerdiode ist zu hochohmig angeschlossen.
Vorgesehene Ströme sind 1mA bis 5mA.
(Für Stromsparer sind 100µA sicher auch möglich. )
Manfred

[thygor]

Ist der input bias current die Angabe zum minimalem Strom durch die Z-Diode ?
Von der Z-Diode selber kann der doch nicht vorgegeben werden.

Mein Problem, warum ich mit der Formel
http://www.batronix.com/elektronik/know-how/images/opv13.gif
nicht klarkomme ist das Delta Ua.
Mein Delta Ua kann und soll ja im Bereich von 6V bis 14V liegen.

[Manf]

Ist der input bias current die Angabe zum minimalem Strom durch die Z-Diode ?
Von der Z-Diode selber kann der doch nicht vorgegeben werden.
Wenn die Zener Spannung daran abfallen soll, dann sollte sie nach Datenblatt oder, wie gesagt, in Anlehnung daran betrieben werden. Was hilft es, wenn an einer 6,2V Zenerdiode bei 3µA 4V abfallen (Datenblatt).
Manfred

[thygor]

Ok, das mit der Z-Diode ist verständlich.
Ich habe in der Simulation halt erstmal irgendwelche Widerstände eingesetzt
und mir gedacht nimmste nen schön grossen Widerstand, der spart Strom.
Wenn mas sich das Datenblatt ansieht denkt man leider auch nicht auch nicht unbedingt daran.

[thygor]

Ich hab noch etwas vergessen.
Die 10V ± 4V passen natürlich nicht mit der 6,2V Z-Diode zusammen.
Es können auch ruhig 10V ± 3.5V sein oder die Spannungen für Uein und Uaus werden einfach angepasst. Wichtig ist mir zu wissen wie ich bei einer Schaltung mit sich ändernder Versorgungsspannung die Hysterese berechnen kann.

[Manf]

Über den Spannungteiler R1, R2 (mit R6) werden zwei Spannungen am E+ zusammengeführt:
Die geteilte Versorgungsspannung an R6 und die Ausgangsspannung des OPs.
Die ist im Umschaltpunkt jeweils gleich der Spannung an der Zenerdiode.

Wenn Du mit R1 = 1Mohm anfängst und R2 um 100kOhm wählst dann hast Du bei 10V Spannungsänderung am OP grob geschätzt 1V Hysterese.

Was soll denn alles einstellbar sein?
Manfred

[thygor]

Ich habe jetzt erstmal den Widerstand der Z-Diode auf ein noch vernünftiges Maß gesetzt und die Widerstände mal deinem Vorschlag angepasst.


Was soll denn alles einstellbar sein?
Nun, es soll eigentlich nur oberhalb einer bestimmten Versorgungsspannung (Uein) eingaschaltet und unterhalb einer bestimmten Versorgungsspannung (Uaus) ausgeschaltet werden. Uein ist dabei grösser als Uaus.
Ich möchte damit die Tiefentladung eines 12V Akkus verhindern, der permanent über eine Solarzelle geladen wird.

Mit einer zusätzlichen Diode kommen die Linien des Diagramms dem was ich mir vorstelle schon etwas näher. Nur Uaus ist noch viel zu tief.

[Yossarian]

Hallo
wenn Deine Referenz schon größer ist als Deine minimale zulässige Spannung hast Du keine Referenz mehr. Also kleinere Zenerdiode oder Referenzelement (Zenerspannung unter 5V schlecht und teuer).
Deine Schaltschwelle stellst Du mit Deinem Spannungsteiler ein.
D3 tut nicht not.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[Yossarian]

Hallo
um auf Deine ursprüngliche Frage zurückzukommen:
Obere Schaltschwelle Uo=(R2/R1+1)*Uref-R2/R1*SättigungU(OP)
Untere Schaltswchwelle Uu=(R2/R1+1)*Uref-R2/R1*(V1-SättigungU(OP))

10Mohm sind zu groß,weil unpraktisch.
Statt des AD würde ich LM nehmen da preislich günstiger.
Die Last gehört in den Drain Kreis.

Mit freundlichen Grüßen
Benno

[waste]

Hallo thygor,

die Berechnung der Hysterese deiner Schaltung ist nicht so einfach, weil sich die Versorgungsspannung mit ändert. Die bisher genannten Formeln sind nicht richtig, damit brauchst du dich nicht abmühen. Wenn du in Mathe sehr fit bist und du ellenlange Gleichungen umstellen kannst, dann kann ich dir den Lösungsansatz zeigen. Ich selber habe mir das erspart, da zu aufwändig.

Einfacher und schneller geht es, die Widerstände durch Probieren in der Simulation zu optimieren. Entferne die Diode D3 und setze folgende Werte:
R1 = 1 MOhm
R2 = 85 kOhm
R5 = 10,7 kOhm
Mit R1/R2 kannst du die Hysterese einstellen und mit R4/R5 kannst du die Spannungslage höher oder niedriger legen.

Noch eine Anmerkung: Wie bereits Yossarian schrieb, entweder die Last in den Drain-Kreis oder einen P-Mosfet verwenden.

Gruß Waste

[thygor]

die Berechnung der Hysterese deiner Schaltung ist nicht so einfach, weil ...Das habe ich ja leider auch feststellen müssen.
Es wäre jedoch nett, wenn du mir deinen Lösungsansatz mal aufzeigen würdest. Was die Berechnung für mich erschwert ist ja, dass bei Uein(schalten) Uein=Uout=Uversorgung und bei Uaus(schalten) Uaus=Uout=Uversorgung ist.

Den AD820 habe ich nur genommen, weil er Rail to Rail sowie single supply unterstützt und relativ wenig Strom verbraucht. Dadurch hatte ich schonmal ein paar mögliche Probleme ausgeräumt. Auch habe ich schon überlegt den TCA965 oder MAX931 bzw. MAX951 zu verwenden. Letztere sind jedoch sehr teuer und liefern max 7V. Damit der MOSFET richtig angesteuert wird brauche ich aber meine 10V. Ein Problem könnte später auch noch die Z-Diode werden, da die Dinger bei Reichelt ±5% haben.

Nachdem ich die Formeln von Yossarian gelesen hatte, habe ich mich erstmal gefragt was denn mit SättigungU(OP) gemeint war. Auch das V1 hat mich erstmal stutzen lasen. Ich hoffe das klar war, dass V1 ein offset hat. Ich habe erstmal 10V eingestellt. Das werde ich aber für die endgültige Auslegung der Bauteile noch ändern.

[Yossarian]

Hallo

da habe ich doch die Hälfte vergessen und die andere verkehrt....

Obere Schaltschwelle Uo=(R2/R1+1)*Uref-(R1/R2+1)*Uout_high
Untere Schaltswchwelle Uu=(R2/R1+1)*Uref-(R1/R2+1)*Uout_low

Ich hoffe so ist es etwas lesbarer.


Mit freundlichen Grüßen
Benno

die Widerstandnummerierung bezog sich auf Plan3.png

[Yossarian]

Hallo
hier nochmal mit Hysterese

[waste]

Es wäre jedoch nett, wenn du mir deinen Lösungsansatz mal aufzeigen würdest. Was die Berechnung für mich erschwert ist ja, dass bei Uein(schalten) Uein=Uout=Uversorgung und bei Uaus(schalten) Uaus=Uout=Uversorgung ist.
Hihi, jetzt glaube ich, hast du dir was eingebrockt. :lol: Wenn ich mir die Mühe für den Lösungsansatz mache, dann möchte ich auch eine Lösung von dir sehen.
Der Ansatz ist folgender: Man stellt 2 Gleichungen für den Einschaltpunkt (13V) und den Ausschaltpunkt (11V) auf. Mit den 2 Gleichungen kann man 2 Unbekannte (nämlich R2 und R5) lösen.
Die 1. Gleichung stellt den Fall dar, wenn 13V Versorgung anliegt und der Ausgang von U2 auf Low liegt, also R1 auf Masse liegt.
Uq1=13V*R5/(R4+R5)
Rq=R4*R5/(R4+R5)+R2
Jetzt Uq1 und Rq in folgende Gleichung einsetzen, dann hast du die 1. Gleichung.
6.2V = Uq1*R1/(Rq+R1)

Die 2. Gleichung stellt den Fall dar, wenn 11V Versorgung anliegt und der Ausgang von U2 auf High liegt, also R1 an 11V liegt.
Uq2=11V*R5/(R4+R5)
Rq=R4*R5/(R4+R5)+R2
Jetzt Uq2 und Rq in folgende Gleichung einsetzen, dann hast du die 2. Gleichung.
11V-6.2V = (11V-Uq2)*R1/(Rq+R1)

Damit nur noch 2 Unbekannte übrig bleiben, setzt du für R1 = 1MOhm und für R4 = 10 kOhm ein. Dann bleiben nur noch die 2 Unbekannten R2 und R5. Die kannst du mit den 2 Gleichungen lösen. Die Sättigungsspannung des OP-Ausgangs wurde nicht berücksichtigt, damit es nicht noch komplizierter wird. Viel Erfolg!

Damit der MOSFET richtig durchschaltet, muss die Last in den Drain-Kreis. Deine Schaltung ist ein Source-Folger. Source wird ungefähr 4Volt unter der Gatespannung hängen bleiben, also nur 12V-4V = 8V an die Last bringen. Ganze 4Volt fallen am MOSFET ab. Überdenke das noch einmal!

Waste

[thygor]

Ich danke euch erstmal für die Antworten und eure Hinweise.
Da hab ich jetzt erstmal einges zum Grübeln, um das genau zu verstehen.

[thygor]

Es ist ja jetzt schon eine ganze weile her, aber hier ist jetzt der Schalplan nach dem ich wohl vorgehen werde.

Nochmal kurz, worum es geht:
Mit einer Starterbatterie (12V) wird derzeit ein 100W-Verbraucher betreiben. (Der IRL3803 ist für weit mehr ausgelegt.)

Um die Starterbatterie vor Tiefentladung zu schützen wird der FET unterhalb von 11,9V gesperrt. Bei Unterschreiten von 11,9V muss die Starterbatterie auf min. 12,2V wieder aufgeladen werden, bevor der FET wieder angesteuert wird.

In den vorherigen Schaltungen habe ich die schwankende Spannung der Starterbatterie durch eine 3V Wechselspannung mit 10V Offset simuliert.

Ich möchte mir den Einbau von Potis sparen und statt dessen 1% Widerstände verwenden. Spricht etwas dagegen ?

Die Starterbatterie wird über eine Solarzelle aufgeladen.
Dazu habe ich jetzt noch eine weitere Frage/Idee.

Damit der Akku sich nachts nicht über die Solarzelle entlädt, werde ich einen FET zwischen Akku und Solarzelle setzten. Dieser FET sollte min. 0,5A abkönnen. Ideal wäre ein FET, der selbstleitend ist und bei positiver Gatespannung sperrt. Dadurch könnte ich dann gleichzeitig einen "normalen" selbstsperrenden FET in den leitenden Zustand bringen und einen step-up-Regler (morgens und bei beginnender Dämmerung) anschalten.

Ist euch ein solcher selbstleitender FET bekannt ?
Oder fällt euch evtl. eine Alternative ein ?

Sollte ich die Schaltspannungen (12,2V/11,9V) evtl. doch anders wählen ?

[waste]

Ich möchte mir den Einbau von Potis sparen und statt dessen 1% Widerstände verwenden. Spricht etwas dagegen ?Dann solltest aber auch eine mit 1% spezifizierte Zenerdiode nehmen und diese mit dem Nennstrom versorgen, sonst hat das keinen Sinn. Da du aber sowieso noch nicht genau die Schaltschwellen weißt, würde ich an deiner Stelle Potis einbauen und auf die 1% Widerstände verzichten.

Damit der Akku sich nachts nicht über die Solarzelle entlädt, werde ich einen FET zwischen Akku und Solarzelle setzten. Dieser FET sollte min. 0,5A abkönnen. Ideal wäre ein FET, der selbstleitend ist und bei positiver Gatespannung sperrt. Dadurch könnte ich dann gleichzeitig einen "normalen" selbstsperrenden FET in den leitenden Zustand bringen und einen step-up-Regler (morgens und bei beginnender Dämmerung) anschalten.

Ist euch ein solcher selbstleitender FET bekannt ?
Oder fällt euch evtl. eine Alternative ein ? Warum nicht einfach eine Diode nehmen? Für geringen Spannungsabfall eine Schottky-Diode.
Schon mal überlegt, ob der step-up-Regler nicht mehr verbraucht als er nützt?

Sollte ich die Schaltspannungen (12,2V/11,9V) evtl. doch anders wählen ?Ich glaube, die obere Schwelle sollte höher sein, sonst wird sich das System in kurzen Abständen immer ein- und ausschalten.

Aber scheinbar ist das System ohne Tiefentladungsschutz schon vorhanden. Da kannst doch die Spannungen mit/ohne Last und mit/ohne Ladestrom bei verschiedenen Ladezuständen nachmessen und danach die Schaltschwellen bestimmen.

Waste

[thygor]

Arrr, ich habe leider nicht mehr an die 5% Z-Diode gedacht.
Also werde ich die 2x51kOhm mit einem Poti einstellen müssen.

Ich glaube, die obere Schwelle sollte höher sein, sonst wird sich das System in kurzen Abständen immer ein- und ausschalten.
Ich bin mir da eben auch nicht so ganz sicher.
Mit 12,2V ist der Akku aber auch schon wieder zu ca. 25% aufgeladen.
Und das wird mit ner Solarzelle recht lange dauern.
mal angenommen : 36Ah Akku -> ein viertel davon -> 9Ah
9Ah mit >0,5A aufladen -> macht mal eben 18h, also min. 2Tage.

Können 100W wirklich soviel ausmachen ?
Ich werde das wohl mal am auto ausmessen müssen.
-->Zündung an (nicht motor), spannung messen, licht an (sollten ca. 100W sein), wieder spannung messen
spannungsspitzen/spannungstiefs kann ich mit meinem multimeter leider nicht messen.

Aber scheinbar ist das System ohne Tiefentladungsschutz schon vorhanden.Ja, leider nur nicht bei mir sondern 350km entfernt bei meinen eltern.
Das "system" ist eine 12V pumpe mit schwimmerschalter, mit der die kälber im somer aus einem graben mit wasser versorgt werden. Damit ist jetzt ein alter akku (ich meine 88Ah) so richtig schön totgequält worden. Hat ca. 3 tage gehalten und ist dann ans ladegerät gekonnen.

Schon mal überlegt, ob der step-up-Regler nicht mehr verbraucht als er nützt?Das kann ich garnicht glauben. Ist denn der stromverbrauch eines step-up so hoch ? Angenommen der Akku hat 12,2V und die solarzelle kann wegen schlechen wetters nur 12,1V liefern, dann müsste doch auch bei 12,1V die zelle noch relativ viel strom liefern können. Oder interpretiere ich da was falsch?

Wenn ich als schottky-diode z.b. die sr520 einsetze fallen min. 0,3V ab. An einem fet sollten das doch weniger sein.

hier mal die daten der solarzelle :
Wahrscheinlich ist die zu klein für den erforderlichen tagesstromverbrauch der pumpe, aber mehr ist finanziell erstmal nicht zu machen. Vielleicht baue ich später noch eine windmühle mit dc-motor dazu.

[ranke]

Angenommen der Akku hat 12,2V und die solarzelle kann wegen schlechen Wetters nur 12,1V liefern, dann müsste doch auch bei 12,1V die zelle noch relativ viel strom liefern können. Oder interpretiere ich da was falsch?

Die angehängte Kurve von Deiner Solarzelle zeigt das Verhalten einer Stromquelle in Abhängigkeit von der Einstrahlungsleistung. Die Leerlaufspannung liegt auch bei 250W/m2 noch über 20V, der nutzbare Strom beträgt aber nur noch etwa 100 mA.
Sicherlich wird bei entsprechend niedriger Einstrahlung die Leerlaufspannung der Solarzelle irgendwann auf 12,1 Volt absinken. Der mit einem Step-up Wandler nutzbare Strom wird dann sicherlich sehr gering sein und für die Energieausnutzung keine Rolle spielen. In diesem Sinne plädiere ich auch für eine Diode als Rückstromschutz. Selbst Schottky bringt nicht viel.



Ich bin mir da eben auch nicht so ganz sicher.
Mit 12,2V ist der Akku aber auch schon wieder zu ca. 25% aufgeladen.


Ich bin da nicht sicher, meine persönliche Erfahrung (vom KFZ) ist, daß die Ladespannung mindestens 13,8 V sein sollte, andernfalls ist der Akku chronisch entladen. In Deinem Fall mag der Zusammenhang etwas anders sein, hier geht es ja eher darum, die Wartungszyklen zum Wiederaufladen von bisher 3 Tage zu verlängern.



Das "system" ist eine 12V pumpe mit schwimmerschalter, mit der die kälber im somer aus einem graben mit wasser versorgt werden. Damit ist jetzt ein alter akku (ich meine 88Ah) so richtig schön totgequält worden. Hat ca. 3 tage gehalten und ist dann ans ladegerät gekonnen.


Wenn der Akku wirklich noch 88 Ah hatte, dann muß die Pumpe ja Tag und Nacht, ohne Unterbrechung gelaufen sein. Sind die Kälber denn wirklich so durstig?
Sitzt der Schwimmerschalter im Graben (Pumpe an, wenn genügend Wasser da) oder in der Tränke (Pumpe an, wenn Wasserstand in der Tränke zu niedrig)?
Vielleicht läßt sich auf der Verbraucherseite noch ein bißchen mehr Energie einsparen, vielleicht auch durch eine zusätzliche Zeitsteuerung (also z.B. Pumpe läuft maximal 5 Minuten und macht dann 10 Minuten Pause oder ähnliches).

[thygor]

Ok, lassen wir das mit dem step-up-regler.
Es war gestern einfach schon zu spät.
Est denken ,dann posten ging wohl nicht mehr.

Bei wikipedia steht, dass ein rind max. 100L/tag braucht. Wenn ich für die kälber/jungtiere (50 St.) >2500L/tag annehme, wird die pumpe wohl ca. eine stunde am tag laufen müssen. Die pumpe schafft max. 4800L/h. Das wird ohne höhenunterschied (max. 4m) sein. D.h. die pumpe braucht gut 8Ah (100W/12V) am tag. Der alte Akku war also schon wirklich alt und abgestanden. Die max. leistung (6W) der zelle wird bei 16V mit 0,38A abgegeben.

Ich rechne lieber etwas pessimistisch, da die wasserversorgung ja möglichst sichergestellt sein soll. Deshalb habe ich auch nur 12,2V genommen. Gut ist das ganze für den akku sicherlich nicht.

Die ladespannung sollte 13,8/14,4V sein, das stimmt. Nach den laden fällt die akku-spannung dann aber auch auf ca. 12,65V (100%) ab.

[waste]

die pumpe braucht gut 8Ah (100W/12V) am tag.
Dein Solarmodul liefert aber für unsere Breiten in den Sommermonaten nur etwa 2Ah pro Tag. Ob das Sinn macht?

Waste

[thygor]

Dein Solarmodul liefert aber für unsere Breiten in den Sommermonaten nur etwa 2Ah pro Tag. Ob das Sinn macht?
Vermutlich wird mir nichts anderes übrig bleiben als später, wenn ich mir etwas zeit dafür nehme, eine kleine windmühle zu bauen.

Ich habe jetzt auch mal die spannung der starterbatterie an "meinem" auto gemessen. Ich war doch recht erstaunt. Nach dem ausschalten der innenbeleutung ist die spannung von 13,3V langsam auf 13,6V angestiegen. Mit eingeschalteter zündung waren es 13,2V; mit standlicht 13,1V; mit abblendlicht 12,88V und mit fernlicht 12,86V. Den abgaben bei wikipedia kann man also nicht trauen. Ich werde also 2 potis in die schaltung einbauen und etwas rumspielen müssen, um passenden schaltspannungen rauszufinden.