Hay un par de problemas con tu circuito. Intentaré abordarlos y responder a sus preguntas específicas. Mi respuesta se basa en su circuito "Versión 2".
Primero, el valor para R7 es un poco alto. Cuando la batería aún está en buen estado, esa resistencia mantiene la corriente en la base de Q1 muy baja, lo que permite muy poca corriente a través del LED verde. Por lo tanto, la caída de voltaje en R5 es pequeña, lo que significa que Vce de Q1 será algo grande. Si es demasiado grande, habrá suficiente voltaje para encender Q2, que también activará el LED rojo. Recomiendo reducir R7 en un orden de magnitud. 4.7k debería funcionar mejor.
Creo que es posible que no entiendas cómo funciona un MOSFET de canal P. Trabajan lo contrario de un canal n. Cuando el voltaje en la compuerta es menor que el voltaje en la fuente , el transistor conducirá. Cuando el voltaje en la compuerta es igual a (o ligeramente menor que) la fuente, el transistor no conducirá. La forma en que tiene la puerta conectada, en realidad causará lo contrario. Cuando la batería está en buen estado, el LED rojo no está conduciendo. Usted evaluó correctamente que la tensión en la parte inferior de R6 será aproximadamente igual a la línea de alimentación. Eso hará que la puerta también sea igual a la línea de alimentación, lo que significa que el Q4 estará apagado. Cuando el LED rojo está conduciendo, el voltaje en la compuerta se reducirá y Q4 se encenderá.
Probablemente hay varias formas de hacer que la compuerta del Q4 se vuelva baja cuando la tensión de la batería es alta y baja cuando la tensión de la batería es baja. Personalmente, usaría una referencia de voltaje estable y un comparador para obtener una transición agradable y nítida. Pero para mantenerse en la vena de su diseño, aquí hay una alternativa que es similar al sabor de su circuito.
simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab
Puede ver que la lógica del transistor para encender y apagar Q4 es similar, pero toque el nodo entre D1 y R8 y lo introduzco en la base de un nuevo npn. Casi se puede usar Q1 en lugar de colocar un nuevo transistor, pero la base de Q2 hace que la corriente fluya a través de D2, R5 y R9, y por lo tanto, el voltaje no es exactamente lo que queremos.
Una cosa a considerar con el apagado automático es que puede experimentar oscilaciones de potencia. Cuando el circuito aguas abajo de U3 agota la batería lo suficiente para que se active el corte, la relajación repentina de la batería puede hacer que su voltaje vuelva a subir por encima del umbral. Esto volverá a activar Q4, lo que hará que el circuito comience a drenar la corriente nuevamente, lo que repetirá el ciclo. Posiblemente por mucho tiempo. Si esto no es aceptable, deberá realizar una histéresis en el circuito.
Para abordar su pregunta específica sobre D4, sí, puede usar ese diodo allí. Siempre que el voltaje en el pin VIN de U3 esté en un rango aceptable después de la caída del diodo. Y, obviamente, D4 debe poder manejar cómodamente la máxima cantidad de corriente en el circuito aguas abajo. Lo mismo es verdad, obviamente, para Q4. Además, debe tener en cuenta la caída de voltaje en Q4 debido a la Rds (on) del transistor.
Dices que estás usando una batería de 9V. ¿Se trata de un alcalino de 9 V estándar utilizado en detectores de humo y similares? Si es así, tengo curiosidad por saber cuánta corriente espera sacar de ella. Estos tipos de baterías tienden a tener resistencias internas (relativamente) altas y no pueden generar mucha corriente antes de que su voltaje comience a disminuir considerablemente. Si solo estás en el decenio de miliamperios, probablemente estés bien. Mucho más alto y podría tener problemas de voltaje.
