¿Interruptor de batería de respaldo con MOSFET?

Recientemente me interesé mucho en la electrónica y leí algunos libros al respecto (nunca aprendo electrónica en la escuela). Todavía soy nuevo en los conceptos (y aún no los entiendo completamente), pero decidí aplicar todo lo que aprendí en la práctica y construir la electrónica para un barco RC. Comencé con algo simple: tener un circuito de batería de respaldo, que cambiará de la batería principal a la de respaldo, cuando el voltaje principal esté por debajo de cierto nivel. Para mi barco usaré baterías LiPo de 14.8v, una de 10Ah como principal y 2Ah como respaldo. Cuando se dibuja el principal, el respaldo se cambiará para devolver el bote a la orilla.

El esquema muy simple con el que vine es el siguiente:

interruptor de batería de respaldo con relé

Es un circuito muy simple, utilizo un módulo Lipo Saver de enganche RC comercial que cortará el voltaje de la batería principal si está por debajo de 13v. Esto se debe a que primero quiero centrarme en la parte de conmutación, y una vez que esté claro cómo implementarlo, trabajaré en la parte de corte. (También agradeceré algunas ideas sobre cómo implementar el corte de liposucción con enganche)

Entonces, esto parece funcionar (al menos en el simulador), pero tiene una desventaja: consume cierta cantidad de energía solo para funcionar. Dependiendo del relé, es entre 30 y 150 mh.

Traté de construir otro circuito con MOSFET, donde el relé solo se alimenta (por la batería de respaldo, que está bien) cuando la batería principal está apagada y obtuve lo siguiente:

interruptor de batería de respaldo con relé y MOSFET

Uso N Mosfet agotador que se supone que bloquea DS en caso de que el voltaje GS sea negativo por debajo de cierto umbral. No puedo simular delgado ya que el software que uso no admite mosfets agotadores, así que tengo preguntas:

  1. En primer lugar, ¿te parece razonable? ¿Algún error/problema importante?

  2. ¿Está bien mezclar voltajes + y - en el mismo cable (pero en diferentes circuitos)? Este es el caso del cable que va desde la fuente del MOSFET.

  3. Si el segundo circuito es totalmente incorrecto, ¿cómo puedo solucionarlo usando N Depleting Mosfet? Tengo una idea de cómo hacerlo con P Depleting Mosfet, pero parecen ser más raros en comparación con N Mosfets (Digikey muestra muy pocos P Depleting Mosfet en comparación con N Depleting Mosfets). Desde un punto de vista práctico (no sé por qué), es más fácil encontrar N Mosfet agotador.

  4. Finalmente, una vez que la parte de conmutación esté completa y en un estado viable, me gustaría obtener algunos consejos sobre cómo implementar la parte LiPo Saver por mí mismo. Estoy interesado en un interruptor de enganche, es decir, una vez que el voltaje de entrada está por debajo de un cierto umbral, para cortar la batería. Una vez que esté apagado, no lo vuelva a encender si el voltaje de la batería principal alcanza el umbral, a menos que el sistema esté completamente apagado o se presione un botón de "reinicio".

¿Puede indicar las expectativas funcionales y de rendimiento que desea? Me he atascado en el "diario de tu progreso" y no es una lectura sencilla. Usted pregunta si "esto parece razonable" y es un trabajo duro tratar de comprender lo que realmente está buscando en términos de consumo de corriente en espera. Todos los detalles pueden estar contenidos, pero es difícil de seguir.
Dijiste Lipo Saver module that will cut-off the voltage of the main battery if it is below 13v, ¿significa esto que normalmente envía el voltaje de la batería principal a la fuente del mosfet? También creo que el diodo en la bobina del relé está invertido, parece estar polarizado hacia adelante y corta la batería al polo negativo.
@Andyaka: mis requisitos son el menor consumo posible por interruptor de respaldo.
@alexan_e: tiene razón, el diodo está mal sesgado, gracias por señalarlo. Sí, me gustaría enviar la batería principal a la fuente para apagar el DS en caso de que la batería principal tenga energía.
¿Cómo se comporta el ahorrador LiPo? ¿Emite el voltaje de la batería cuando es> 13 y deja la salida flotando cuando <13v?
@alexan_e Exactamente, cuando el voltaje de la batería es > 13, Lipo Saver actúa como paso y pasa tanto el voltaje como la corriente. Cuando <13 - debería bloquear tanto el voltaje como la corriente

Respuestas (1)

Si obtuve el requisito correctamente, entonces esto puede funcionar.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El mosfet es un tipo de modo P de mejora.

Mientras que la batería principal es> 13v, el protector LiPo envía ese voltaje a la puerta manteniendo Vgs cerca de 0 y el mosfet apagado.

Cuando el voltaje de la batería principal cae por debajo de 13v, el protector LiPo se apaga (salida flotante) y la compuerta se baja desde la resistencia R2 (Vgs de aproximadamente -15v), el mosfet se enciende y el relé cambia a la batería de respaldo.

Tenga en cuenta que normalmente el Vgs máximo es de aproximadamente 20v, por lo que 15v es lo más alto que desea, si espera que Vgs aumente (si la batería puede tener más de 15v), entonces debe usar un limitador de voltaje (como un zener).

Esto es exactamente lo que necesito. Creo que entiendo cómo funciona cuando el protector LiPo apaga la batería principal: hay un flujo a través de la batería de respaldo, la fuente, la compuerta y R2 que tiene voltaje negativo para GS y esto enciende el mosfet. Sin embargo, aún no está claro el caso cuando la batería principal es > 13v y hay más de 13 voltios provenientes de la salida del protector LiPo. En este caso, ¿por qué Vgs es 0?
@kalitar La fuente del mosfet está conectada a la batería de respaldo, por lo que es aproximadamente 14.8, Vgs es Vmain-Vbak = aproximadamente 0v o cuando la batería principal cae, puede convertirse en -1 o -2v pero aún no es lo suficientemente alto, así que encienda el mosfet (a menos que elija un modelo con Vgs muy bajo)
Lo tengo, tiene sentido