LM358 Komparator

    Hallo zusammen,

    ich wollte mir auf die schnelle einen Balancer für LiFePO4 Zellen bauen.
    Also habe ich eben folgenden Schaltung mir überlegt und aufgebaut. Der LM358 soll als Komparator arbeiten und bei Spannung oberhalb von 3,6V den Mosfet durchsteuern.
    Die Eingangsspannung wir dafür von dem Spannungsteiler passend reduziert, sodass sie mit der Referenzspannung aus dem LM385 verglichen werden kann.


    [Blockierte Grafik: http://pong-jong.de/bilder/lm358.png]

    Jedoch passiert folgendes:

    V+ (TP1) ist 3,25V
    V- (TP2) ist 0V
    Am invertierenden Eingang von IC1A liegen 2,5V vom LM358 an.
    Am nichtinvertierenden Eingang von IC1A liegen bei 3,25V Eingangsspannung 2,25V an.
    Am Ausgang liegen 1,98V an und laut Oszi auch Schwingungsfrei.

    Da die Spannung am nichtinvertierenden Eingang jedoch mit 2,25V deutlich kleiner ist als die 2,5V, sollte sich jedoch am Ausgang eine Spannung von 0V einstellen.
    Ich dachte zunächst die Schaltung würde vielleicht schwingen, also schnell mit dem Oszi die Spannungen angeguckt, aber die sind alle stabil.
    Auch wenn noch kein Mosfet eingebaut ist, zeigt sich das gleiche Verhalten, daher bin ich ein wenig ratlos, gehe aber davon aus, dass ich irgendwas im Datenblatt des Opamp übersehen habe.

    Wenn mir da mal einen Wink mit dem Zaunpfahl geben könnte ;)

    Gruß Alexander, der seit jeher mit Opamps auf Kriegsfuß steht.

    Von deiner Logik her liegst du richtig, da sollte es so funktionieren.

    Was allerdings außerhalb der Spezifikation liegt:
    die Eingänge dürfen max. eine Spannung von V+ minus 1,5V haben.
    Also bei V+ von 3,25V dürfen die Eingänge max 1,75V haben.

    Teste die Schaltung doch mal bei V+ von 4V. Wenn es jetzt funktioniert,
    war das der Grund. Ansonsten bleibt noch ein Verdrahtungsfehler.

    Als Abhilfe käme der TS912 in Betracht, der ist pinkompatibel zum
    LM358 und hat R2R Ein/Ausgänge, damit sollte es gehen.

    Mit dem BUZ11 allerdings wird das nichts, der wird bei den 3,x Volt nicht leiten.
    Hier ist sogar ein Logik-Level MOSFET an der Grenze, etwa ein IRLZ34,
    der ist ab 4V spezifiziert. Könnte aber gerade klappen. Besser wäre da schon
    ein Typ, der ab 2,5V spezifiziert ist, z.B. der SUD40N02 (Farnell).

    mfg
    Bernd

    Edit: Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung des LM385-1.2 als Referenz
    und entsprechend Anpassung des Spannungsteilers. Dann liegen die Eingänge
    bei 1,2V und innerhalb der Spezifikation.

    Einmal editiert, zuletzt von BerndK (31. Mai 2012 um 19:26)

    Zitat von BerndK

    Was allerdings außerhalb der Spezifikation liegt:
    die Eingänge dürfen max. eine Spannung von V+ minus 1,5V haben.
    Also bei V+ von 3,25V dürfen die Eingänge max 1,75V haben.

    Ach verdammt....Ich hatte schon extra aufgepasst, weil der LM358 kein Rail-to-Rail-Opamp ist, aber irgendwie bin ich auf die Idee gekommen, dass das 0,5V wären.


    Zitat von BerndK

    Mit dem BUZ11 allerdings wird das nichts, der wird bei den 3,x Volt nicht leiten.

    Der ist nur Platzhalter für einen IRLIZ44, mit dem fließen bei 3,6V schon 4,6A, das ist vollkommen ausreichend.

    Zitat von BerndK

    Edit: Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung des LM385-1.2 als Referenz
    und entsprechend Anpassung des Spannungsteilers. Dann liegen die Eingänge
    bei 1,2V und innerhalb der Spezifikation.

    Genau das hab ich jetzt gemacht, nur hab ich dem LM385-2,5 noch einen 1:2 Spannungsteiler spendiert, mit 1,25V als Referenzspannung funktioniert es auch wunderbar.

    Gruß Alexander

    Du hättest auch einfach tauschen können: IC2, C3, R7 und R2 nach Plus und R1/R4 nach Minus, wobei IC2 dann an die nichtinvertierenden und R6/R7 an die invertierenden Eingänge gehört hätten.

    Zitat von samotronta05

    mit dem fließen bei 3,6V schon 4,6A, das ist vollkommen ausreichend.

    Du hast aber keine 3,6V, weil der LM358 einen Darlingtonausgang hat, da gehen Dir nochmal über 1V verloren. Du könntest aber einfach einen LM393 verwenden (wo Du doch eigentlich sowieso einen Komparator haben willst), der hat einen Open-Collector-Ausgang, den du mit Pull-Up auf Deine 3,6V ziehen kannst.

    EDIT: Moment mal, das mit dem Komparator meintest Du doch wohl nicht so?? Wenn ich das richtig sehe, soll das ein Shuntregler werden, bei dem der MOSFET ja gar nicht *ganz* aufsteuern darf, sondern Linearbetrieb fahren soll. Dann müsste es schon ein OpAmp sein, dann aber bitte mit sinnvoller Gegenkopplung, mindestens sollte da ein kleines C rein, um Schwingungen zu vermeiden.

    Einmal editiert, zuletzt von MOSFET (31. Mai 2012 um 20:57)

    Zitat von MOSFET

    Du hast aber keine 3,6V, weil der LM358 einen Darlingtonausgang hat, da gehen Dir nochmal über 1V verloren. Du könntest aber einfach einen LM393 verwenden (wo Du doch eigentlich sowieso einen Komparator haben willst), der hat einen Open-Collector-Ausgang, den du mit Pull-Up auf Deine 3,6V ziehen kannst.

    Nein, ich meinte mit V+ = 3,6V, damit liegen natürlich keine 3,6V am Gate an, es reicht aber trotzdem aus, da die von mir angegeben 4,6A gemessen sind.
    Bei 3,6V am Gate würden schon über 15A fließen.

    Zitat von MOSFET

    EDIT: Moment mal, das mit dem Komparator meintest Du doch wohl nicht so?? Wenn ich das richtig sehe, soll das ein Shuntregler werden, bei dem der MOSFET ja gar nicht *ganz* aufsteuern darf, sondern Linearbetrieb fahren soll.

    Nein, ist schon so gedacht, sobald die Spannung über 3,6V steigt, steuert der Opamp den Mosfet mit der höchstmöglichen Spannung an, da die Verstärkung unendlich ist. Der RDS des Mosfets und der Leitungswiederstand beschränken den Strom dann auch im schlechtesten Fall auf unter 5A. Das ganze taktet dann, wenn der Akku voll ist mit ca. 0,5Hz bis alle anderen Zellen auch voll sind, und das Ladegerät abschaltet, vielleicht nicht die eleganteste Lösung, aber funktioniert jetzt ohne Probleme.

    Einmal editiert, zuletzt von samotronta05 (31. Mai 2012 um 21:45)

    Mir wäre der Entladestrom zu hoch. Zum einen hast du bei ca. 5A und 3,6V eine Heizleistung von 18W. Im Pulsbetrieb ist das noch nicht so kritisch.
    Meistens ist der Ladestrom bei handelsüblichen Kleinzellen kleiner als diese 5A. Um eine Zelle im Pack anzugleichen reichen meist schon bedeutend kleinere Ströme.
    Mehr als maximal 1A würde ich hier nicht spendieren.
    Ich habe da die selben Bedenken wie MOSFET

    Sämtliche Angaben ohne Gewähr und ohne Anspruch auf Vollständigkeit!

    Zitat von Kanwas

    Mir wäre der Entladestrom zu hoch. [...] Meistens ist der Ladestrom bei handelsüblichen Kleinzellen kleiner als diese 5A. Um eine Zelle im Pack anzugleichen reichen meist schon bedeutend kleinere Ströme.
    Mehr als maximal 1A würde ich hier nicht spendieren.

    Das ist korrekt, aber sind es keine handesüblichen Kleinzellen, sondern Zellen mit 20Ah und einem max. Entladestrom von 400A respektive 20C.
    Der Ladestrom beträgt 4A, daher muss durch den Balancer auch mindestens 4A fließen, damit er die Ladeschlussspannung auch halten kann, mit 4,6A geht das ganz gut.

    Zitat von Kanwas

    Mir wäre der Entladestrom zu hoch. Zum einen hast du bei ca. 5A und 3,6V eine Heizleistung von 18W

    Das ist schon ein größeres Problem, bei 12S kommt man im schlechtesten Fall auf 198W Verlustleistung, der Kühlkörper ist schon ein echter Klopper mit 0,3K/W, das passt dann gerade so.
    Zum Glück arbeitet der Balancer aber nur für ~2 Minuten am Ende des Ladevorgangs und meistens auch nur bei ein paar Zellen.