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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Nötige Elko-Kapazität berechnen


Autor: Toby (Gast)
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Hallo!
Ich bastel gerade mit einem Thermodruckermodul herum und stehe vor 
folgendem Problem:
Die Schaltung wird über den USB-Port mit Strom versorgt, dieser liefert 
ja maximal 500mA. Das Thermomodul braucht aber, wenn alle Heizköpfe 
aktiv sind, ca. 1A. Bisher habe ich das so gelöst, dass das Modul 
separat über 2 in Reihe geschaltete LiPos versorgt wird, das klappt auch 
sehr gut.
Nun habe ich aber darüber nachgedacht, ob ich mich von den Akkus lösen 
könnte und das nur über den USB-Port realisieren, wenn ich statt dessen 
einen Kondensator einsetze der aufgeladen wird, eine Zeile gedruckt, 
wieder aufgeladen...
Ist das überhaupt möglich? Ich sehe da leider noch nicht durch, kann ich 
einen Kondensator einsetzen der, fertig geladen, ca. 1 Sekunde lang 1A 
liefert oder wäre der unfassbar groß bzw. würde ewig brauchen zum 
Aufladen?
Bin dankbar für jegliche Tipps!
Toby

Autor: Matthias Keller (mkeller)
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wenns für dich zum Basteln ist, kannst du es auch versuchen mehr aus dem 
USB Port zu holen (Wobei die Spannung sicher <4,2V liegen wird). 
Ansonsten könntest du auch zwei USB Ports nehmen.

Autor: Condi (Gast)
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Hi,

das wird in der Größenordung von 1F liegen. Es kommt auf die Spannung an 
die der Druckkopf minimal benötig. Mit der Lösung wirst du allerdings 1s 
drucken und 2-3s laden.

Condi

Autor: mp (Gast)
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Na bei 1F und 1A ist die Kondensatorspannung nach 1s NULL.

Also ehr 100F.

Autor: Kondensor (Gast)
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>ca. 1 Sekunde lang 1A

Das kann man so pauschal nicht sagen.

1A * 1s = 1As

Die Spannung am Kondensator muss sich während dieser 1s auch verändern 
dürfen.
Du kannst es so rechnen:
Angenommen du lädst den Kondensator genau auf 5V auf und die Schaltung 
arbeitet auch bei 4V noch richtig. Demnach hast du 1V Spannungsänderung.

Die Kapazität eines Kondensators ist definiert als 1F = 1 A * s / V

In deinem Fall also ganz einfach, du bräuchtest genau 1F...

Du hast jetzt also die Wahl: entweder du benutzt "Ultra Caps", da sind 
1F sogar noch eher wenig, oder du erzeugst dir mit einem Step-Up-Wandler 
aus den 5V des USB-Ports erstmal eine höhere Spannung auf die du den 
Kondensator zunächst auflädst und entlädst ihn anschließend wieder über 
einen 5V Regler...

500mA liefert ein USB-Port (laut Spezifikation) übrigens nur an 
angemeldete Geräte...

Grüße,
Kondensor

Autor: M.of.D (Gast)
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Hallo,

ich weiß noch den Vergleich von jemanden bei Kondensatoren

das ist ungefähr so:

"1 Farad liefert in 1 Sekunde 1 Ampere"

aber es kommt auch auf die Spannung an,

wenn der Drucker 5V Versorgungsspannung hat, würde ich 2F Goldcaps 
nehmen mit 5,5V.
gibts billig beim Auktionshaus in so 3-5 Stück Packungen

Nur mal so nebenbei: PowerCaps zusammen mit 120F +/- und 12V könnten 
einen Durchschnitts Pkw starten.

mfg

Autor: M.of.D (Gast)
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edit:

das Zitat lautet richtig:

"1 Farad ist erreicht wenn der Kondensator einen Strom von 1 A 1 Sekunde 
lang bei 1 V liefern kann"

Autor: IstDochNichtSchwer (Gast)
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Willomen im wunderbaren Reich der Physik!

Das Zurateziehen einer Formelsammlung liefert: I = C dU/dt.

Nach Einsetzen von I = 1A, dU = der maximal von Deinem Druckkopf 
tolerierte Spannungsabfall, dt = 1s und Auflösen nach C hast Du Deinen 
Wert.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>würde ich 2F Goldcaps nehmen mit 5,5V.

GoldCaps können i.d.R. nicht 1A liefern. Das Stichwort lautet hier 
"UltraCap".

Die Firma Maxwell bietet sowas z.B. an
http://www.maxwell.com

Die kleinsten Caps von denen sind aber 10F. Da du eh 2-3 davon in Reihe 
bräuchtest ist das aber nicht schlimm...

Autor: Condi (Gast)
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Powercaps werden wohl auf Grund der Größe ausscheiden und Goldcaps wegen 
des Preises. Oder gibt es inzwischen Goldcaps die 1Ampere liefern können 
und mehr als 2V haben?

Autor: Toby (Gast)
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Wow! Hier gehts ja los, ist ja super!

@Kondensator:
"500mA liefert ein USB-Port (laut Spezifikation) übrigens nur an
angemeldete Geräte..."

Das ist kein Problem, das läuft über einen FTDI-Chip, der meldet das 
Gerät an und schaltet erst danach den AVR ein.

Zum Thermodrucker: Der läuft mit 7-8V richtig gut, mit 5V gerade so, 
darunter ist aber dann kaum noch was zu erkennen.
Ich müsste also, wenn ich das jetzt bisher richtig verstanden habe, mit 
einem Step-Up wandler einen oder mehrere SuperCaps auf 8V laden, damit 
ich dann 1 Sekunde lang zwischen 7 und 8 V abzwacken kann. Soweit 
richtig?

Zur Preisfrage: Wenn ich dadurch die 2 großen Lipos loswerde und diese 
Kondensatoren noch klein sind, bin ich gerne bereit da was für 
auszugeben (oder kostet mich das am Ende mehr als 60 Euro?) und auch 
2-3s laden für 1s drucken wäre gerade noch akzeptabel.

Vielen Dank schonmal für die tolle Resonanz!

Autor: Condi (Gast)
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Kommt drauf an...

Die hochstromfähigen sind meist für wenige Volt ausgelegt und kosten 
glaub so um die 10€. Also 5 Stück in Reihe und noch die Ladeschaltung. 
benötigt aber alles Platz. Was für LiPo sind denn drin bzw. welche 
Ausmaße hat das Teil?

Autor: Toby (Gast)
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Ich habe mal ein Bild von meinem Testaufbau angehängt, ich möchte das 
ganz am Ende so klein wie möglich haben, also je kleiner desto besser.
Ich werde mich morgen mal in SuperCaps einlesen.
Danke schonmal,
Toby

Autor: Anon Ymous (avion23)
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Was hältst du von zwei mini li-ion akkus? ungefähr 100mAh? Die kannst du 
unter deine platine paken, die du in jedem fall benötigst.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Also bei www.mouser.com kannst du z.B. diesen Kondensator bestellen:

http://nichicon-us.com/english/products/pdf/e-um.pdf

Hat 10F und 2,7V ; Innenwiderstand 0,3 Ohm, über 1A belastbar.
Kostet 2,82€ / Stück und ist ab Lager verfügbar.

Wenn du davon 4 Stück in Reihe schaltest kannst du die mit einem 
einfachen Spannungs-Verdoppler laden (oder Step-Up-Wandler) und hast 
dann 2,5F / 10V verfügbar.

Pass aber auf, die reagieren seeeehr empflindlich auf Überladung!!
Wenn du auf nummer sicher gehen willst nimm lieber 5 in Reihe...

Die Größe der Teile: Durchmesser 12,5mm; Länge 31,5mm


P.S. Schöne Li-Zellen übrigens :-)

Autor: Falk Brunner (falk)
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Früher (tm) hat man einfach ein passendes Netzteil genommen und fertig. 
Abe heute muss ja alles die Super-Duper-High-Tec Lösung sein.
Nimm doch einfach Wireless-USB!

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Eine Sekunde lang 1A bei 8V? Willst du deinen Druck in normales Papier 
einbrennen? Ich hab' sowas vor ca. zwei Jahren mal gemacht (Allerdings 
ohne USB), da war die Stromversorgung vom Druckwerk eigentlich nicht 
weiter kritisch. Ist so ein 24V-Teil von einer Kasse, wenn ich mich 
recht entsinne. Jedenfalls bestand meine Pufferung aus einem 
4700uF-Kondi, der mittels MC34063 auf ca. 24V geladen wird. Die Spannung 
hängt am ADC vom ATmega16, vor jeder Zeile wird geprüft, ob sie genügend 
hoch ist, falls nicht, wird gewartet.
Bei Interesse kann ich auch noch den Rest (Layout, Datenblätter, 
Software) hochladen. Das Programm wurde allerdings nie wirklich fertig 
und ist auch nicht besonders gut aufgebaut...

Autor: Läubi .. (laeubi) Benutzerseite
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Außerdem kann doch der Kondesator wärend des endladens weiterhin mit den 
50mA vom USB Port geladen werden. Auch wird der drucker ja nicht 
durchgängig 1A benötigen.

Autor: oszi40 (Gast)
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Wenn man das benötige Elkovolumen mit einem Akku vergleicht, könnte man 
auch in aller Ruhe einen Akku laden und ein paar Minuten drucken.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Ist das Druckwerk von Pollin und was soll es mal werden wenns fertig 
ist?

Autor: Toby (Gast)
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Hi, das Druckwerk ist aus einem Gameboy-Printer.
Das größte Problem mit den LiPos ist eigentlich, dass ich keine Ahnung 
habe wie ich die über den USB-Port laden soll, wenn sie gerade nicht 
drucken.
Ansonsten wären die in kleinerer Ausführung sicher auch ok, nur wie 
kriege ich die dann wieder voll?
Wenn das ganze am Ende fertig ist soll es ein möglichst kleiner Drucker 
werden, um mal eben unterwegs vom Netbook ein paar Notizen auf Papier zu 
bringen :)
Bin ja schon super zufrieden, dass ich es überhaupt geschafft habe, das 
Teil zum Drucken zu bewegen (und vorgestern von PIC auf AVR umzusteigen 
und es immernoch am Laufen zu haben).
Meint ihr, mich um die Ladeschaltung für die LiPos zu kümmern wäre 
einfacher oder sinnvoller als die Sache mit den Caps? Irgendwie bräuchte 
ich da ja neben der Ladeschaltung auch noch einen Load-Balancer, weils 
ja 2 in Reihe sind, oder?
Ich wollte heute Mittag eh mal ein Instructable machen bis zum jetzigen 
Stand, dann stelle ich hier mal den Link rein für alle Informationen.
Wenn ich die LiPos geladen kriege wäre ich auch damit zufrieden, habe 
aber bisher nur sehr komplizierte Sachen dazu gefunden die mich 
irgendwie erstmal abgeschreckt haben (habe auch noch nicht so viel 
Ahnung).
Toby

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Nimm doch ruhig die (oder irgendwelche) Kondensatoren, ich wüsste nicht, 
was dagegen spricht.

Ich persönlich fände es ein wenig unbehaglich, wenn in einem Gerät, dem 
man es nicht so ansieht, zwei mehr oder weniger große Lithium-Akkus drin 
sind...

Wenn du jedoch bei den Akkus bleiben möchtest: dafür gibt z.B. spezielle 
Lade/Ausgleichs-ICs mit allem erdenklichen Schnick-Schnack... auch für 2 
Zellen in Reihe...

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Winfried (Gast)
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Es würde ja auch ein Lipo reichen und ein Step-Up dahinter, der ja auch 
recht einfach aufzubauen ist (da gibt es genügend IC's für, z.B. Maxim).

1 Lipo kann man dann relativ simpel bei deiner Anwendung laden: 
Konstantspannung - die liegt glaube ich irgendwo zwischen 4.1-4.3 Volt 
und dann noch ein Widerstand in Reihe als Strombegrenzung. Gut wäre 
natürlich auch noch eine Überwachung auf Unterspannung, sonst geht dir 
der Akku kaputt, falls du den mal aus irgendwelchen Gründen zu leer 
saugst.

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