Hallo, ich möchte Superkondensatoren mit einer Kapazität von 6,8 F mit einer Batterie laden. Die Kondensatoren können durch ihre hohe Kapazität als ideal angenommen werden. Das regelungstechnische Verhalten bei der Ladung entspricht somit einem D-Element (KD = 6,8 AS/V). Damit die Batterien durch zu große Stromentnahme beim laden nicht zerstört werden, wollte ich die Ladung mit einem Mikrocontroller (C-Control II von Conrad) mittels PWM-Signal und einem MOSFET steuern. Ich messe indirekt den Batteriestrom durch eine Spannungmessung und möchte diesen bei maximal 10 A halten (AD-Port Controller). Der MOSFET wird durch ein PWM Signal so gesteuert, dass der Strom die 10 A nicht überschreiten kann. MOSFET liegt in Reihe mit Superkondensatoren. Problem: Ladung geht sehr schnell --> Superkondensator zieht beliebig Strom... Der MOSFET ist an der postiven Batterieklemme mit Drain angeschlossen, an Source hängt der Kondensator auf Masse. Der PWM Port ist an Gate angeschlossen --> Spannungsabfall über Drain-Source groß, sodass der MOSFET sich stark erwärmt --> der Kondensator wird nur mit U - UDS aufgeladen. Ich versuche die Regelung mit einem quasikontinuierlichen PI-Regler zu machen (siehe Anhang). Hätte bitte jemand einem Tipp für mich, wie ich die Superkondensatoren am besten laden kann?
PWM Begrenzt nur den mittleren Strom. Der Spitzenstrom bleibt. Häng hinter den MOSFET eine Spule und eine Diode. So hast du ein Schaltnetzteil gebaut. Dadurch wird die Ladung nicht nur effizienter (da keine Energie an einem Strombegrenzungsiwderstand verloren geht), sondern auch schneller (da immer Strom fließt, auch wenn der MOSFET aus ist.)
nein, hinter dem MOSFET hängt nur der Kondensator. Ich möchte also den mittleren Strom so einstellen, dass dieser höchstens 10 A beträgt.
opillio, möchtest Du eine analoge Stromquelle aufbauen, die einfach ist dafür aber eine hohe Verlustleistung in Deinem Fall hat, oder willst Du den Kondensator möglichst effizient, mit hohem Wirkungsgrad, aufladen? Wenn Du letzteres machen willst, kommst Du um eine Spule, wie es Benedikt vorgeschlagen hat, nicht herum. Du kannst juristische Gesetze brechen, aber keine physikalischen...
Was bringt es dir, den mittleren Strom auf 10A zu begrenzen, wenn der Spitzenstrom von vermutlich >1kA innerhalb weniger ns den MOSFET grillt und der uC aufgrund der Störungen abstürzt ? Also entweder Spule+Diode oder Widerstand einbauen.
Benedikts Idee ist wirklich gut. Hier ist ein Link zur Dimensionierung des Schaltnetzteils: http://schmidt-walter.fbe.fh-darmstadt.de/smps/smps.html (Der Aufwärts- oder Abwärtswandler wäre für dich interessant.)
Das ist natürlich war. Also gut, ich denke ich kann mich mit den Schaltnetzteil anfreuden. Wie wird die Spule und die Dioden denn dahinter verschaltet? Als Tiefsetzsteller? --> Plus an Drain, Source an Diode und Spule; Spule an Masse, Diode (Kathode) an Kondensator; und an Masse... Kannst du mir einen Tipp für die Auslegung der Bauteile nennen?
Die Spule kannst du auf der Webseite berechnen lassen. Als Diode musst du eine schnelle Schottky-Diode nehmen. (z.B. MBR160 oder BYV-27) Der FET sollte einer mit niedrigem Rds_on sein, also z.B. IRF644. Um den FET anzusteuern, sollte man eine Gegentaktendstufe aus Bipolartransistoren nehmen, wie z.B. hier zu sehen ist: http://www.sprut.de/electronic/switch/up100w/up100.gif Hier ist noch ne interessante Seite zu dem Thema: http://www.sprut.de/electronic/switch/index.htm PS: das Hauptproblem bei meinem Schaltnetzteil war die Spule, man kann nicht einfach einen beliebigen Kern nehmen und ein paar Drähte draufwickeln, so wie ich dachte. Hier ist noch ein Thread dazu: http://www.mikrocontroller.net/forum/read-1-207781.html
@Opillio: Darf man fragen was das für Kondensatoren sind?
Eigentlich wollte ich ja auf ein Schaltnetzteil verzichten. Aber ich
sehe ein, dass dies scheinbar die beste Lösung ist (höchster
Wirkungsgrad). Ich hätte gerne eine Lösung mit wenig Aufwand
(Bauteilen) gehabt, wie eben die mit dem FET. Jedoch stimmt es, dass
durch das PWM die Spitzenwerte des Stromes den Einsatz so nicht möglich
machen. Ein Vorwiderstand zur Strombegrenzung wäre mit zu hohen
Verlusten verbunden. Also wenn sonst weiter keine Ideen kommen, werde
ich doch auf ein Aufwärtswandler zurück greifen müssen.
>> Darf man fragen was das für Kondensatoren sind?
Ja natürlich! Es sind 16 Ultracaps in Reihe (EPCOS) mit je 110 F, bei
einer Nennspannung von je 2,5 V (Uges = 40 V)
Und wie sorgst du dafür, dass die Spannung sich gleichmäßig über die einzelnen Kondensatoren verteilt? ...
Hallo, und was kostet der Spaß, hatte mal bei Epcos angefragt wegen einem 100 oder 150F Teil glaube auch mit 40V und das kostet über 2000.
Die Caps haben den Nachteil, dass sie eine Kapazitätstoleranz von -10/+30% haben. Daher sind diese unterschiedlich schnell aufgeladen. Damit einige Kondensatoren nicht überladen werden, habe ich eine kleine Schaltung gebaut (ca. 3 Euro). Ähnlich der bei EPCOS im Datenblatt (für 6 Caps ca. 40 Euro). http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Capacitors/Ultracapacitors/PDF/PDF__UltraCapDataSheet,property=Data__nn.pdf;/UltraCap___Data_sheet_collection_2005__1_9_MB_.pdf Die Schaltung leitet ab 2,5 V den Ladestrom immer mehr am Cap vorbei (bis ca. 7 A, bei 2,9 V). So wird der Strom am Kondensator vorbei geleitet und dieser nicht überladen, aber die anderen Caps weiter aufgeladen (guter Wirkungsgrad). Ab ca. 40 V übernimmt eine Überspannungsschutzschaltung den Ladestrom, da dann alle Kondensatoren auf ca. 2,5 V aufgeladen sind. Preis je 110 F --> ca. 20 Euro (bei Beckmann) http://www.beckmann-elektronik.de/be/opencms/de/produkte/epcos/pr_suche/param_suche/ Ich hatte mich auch für ein Modul erst interessiert (Module, 33 F/42 V ) sollte aber 1500,- Euro kosten ;-( Die Ausgleichschaltungen kann man auch bei Beckmann kaufen ca. 40,- Euro für 6 Caps
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