mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsbegrenzung für Supercap (25F)


Autor: Andreas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe hier einen Superkondensator (Doppelschicht) den ich mittels 
eines Generators zum Kurbeln lade. Es handelt sich um eine von diesen 
Kurbeltaschenlampen die für wenig Geld zu bekommen sind.
Das Problem ist das der interne Li-Ion-Akku (Knopfzelle) hinüber ist. 
Das Ding wurde übrigends ohne jegliche Schutzschaltung geladen, nach dem 
Generator nur einen Brückengleichrichter und fertig! Heisses Eisen würde 
ich sagen, das der Akku diese Behandlung mit einem Frühen Ableben 
quittiert ist ja klar.
Ich würde die Taschenlampe gerne wieder aktivieren. Step-Up mit einem 
Prema-IC für die LEDs ist kein Problem, nur wie verhindere ich das der 
Supercap wenn er voll ist mehr als 2,7V Spannung abbekommt? Z-Diode 
Paralell ist nicht so gut da die ja immer etwas strom zieht und den Cap 
somit langsam leernuckelt. Gibt es eine Lösung die einfach und mit 
handelsüblichen Bauteilen auskomme? Den TL431 hätte ich auch noch da.

Kurzum: wie verhindere ich das der Cap an Überladung stirbt und mir die 
ganze Sache u.U um die Ohren fliegt? Die Supercaps haben schließlich nen 
Kurzschlussstrom von fast 20A das knallt und schmort ganz anständig...


Andreas :-)

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Supercaps (Goldcap?) haben einen relativ hohen Innenwiderstand, da macht 
nicht viel bumm.

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich würde eine Schottky-Diodenflußspannung mehr einplanen, also z.B. 
0,3V, macht 3V. Das sollte dein Generator also mal bringen nach der 
Gleichrichterbrücke. Dann könnte man zw. Brücke und Schottky (die in der 
+Leitung in Flußrichtung liegt) den TL431 gegen Masse, eingestellt auf 
3V, platzieren. Damit gibt's über die Schottky keinen Rückstrom Richtung 
Generator oder Z-Diode (TL431)

Autor: Wilhelm (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Da gibt es sicher so viele Lösungen, wie es Wege nach Rom gibt.

Einfache Lösung: Generator auf Z-Diode, dahinter eine (Schottky-)Diode 
als Entladungssperre zum C. Präzise bis auf die dritte Stelle 
Genauigkeit muß das ganze ja wohl nicht sein. Nachteil: Zusätzliche 
Kurbelenergie wird in der Z-Diode verbraten.

Oder: Generator auf einstellbaren Low-Drop-Spannungsregler, wie z.B. 
einen LM1117 oder LP2951. Nachteil: Es wird immer noch Energie bei 
schnellerem Kurbeln verbraten.

Bei Mehraufwand wären die diversen kleinen Schaltregler-IC auch noch 
interessant, da sie eine variablere Drehzahl des Generators bei besserem 
Wirkungsgrad erlauben, und die Muskeln etwas schonen. D.h., der 
Eingangsstrom verringert sich bei steigender Eingangsspannung, was beim 
Linearregler nicht so ist. Allerdings gibts da für 2,7V keine riesige 
Auswahl, wenn man überhaupt was findet. Man kann über verschiedene 
Generatordrehzahlen wohl mit gutem Wirkungsgrad rechnen.

Die Daten des Generators (am besten Lastkurvenscharen) wären noch 
interessant, damit man mal grob was abschätzen kann. Macht der die 3V 
mit Mühe und Not, oder erreicht der locker z.B. auch mal 8V?

Übrigens hab ich selbst so eine Kurbeltaschenlampe, vor etwa 4 Jahren 
bei Aldi für 6€. Batterie LIR2032. Ist wohl ne Knopfzelle wie die 
CR2032. Über technische Daten weiß ich auch nichts. Weder über Akku, 
noch Generator, noch LEDs, also Betriebsdauer, Ladedauer, 
Kurbeldrehzahl. Wurde noch nie per Kurbel nachgeladen, sie ist aber 
heute leer geworden. Wenn man Pech hat, ist der Generator ohnehin bald 
mechanisch ausgeleiert, und bekommt nicht nur elektrische Defekte wie 
beim Akku. Blöde ist ja, daß man anhand der Lichtfarbe nicht direkt die 
Leuchtenergie und den Ladezustand wie bei Glühbirnen erkennen kann, da 
weiße LED. Ich denke aber, daß ich mich da erst mal blöd kurbeln werde. 
Ich sollte das mal ins Fitnessprogramm aufnehmen: Täglich 3 Minuten 
kurbeln. Das sollte für den gelegentlichen Betrieb reichen. Gottseidank 
hat das Teil wenigstens ganz normale Kreuzschlitzschrauben zum Öffnen. 
Also, wenn ich mal neugierig werde, öffne ich das Teil, und mache mal 
Messungen. Die Kurbelkraft läßt aber nicht auf höhere Energien 
schließen.

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Den TL431 hätte ich auch noch da.

Dann weisst da ja wie er nach Datenblatt als 2.7V Z-Diode
bechaltet wird, parallel zum SuperCap, die Kurbel liefert nicht genug 
Energie um den TL431 zum Platzen zu bringen.

ABER: Der TL431 braucht auch Strom wenn er nicht begrenzt.

Daher kann so was wie ein ICL7665 besser sein, der Ausfgangs schaltet 
bei überschreitung einen Widerstamd, der mehr Strom bracht als die 
Kurbel liefert. Keine Sorge, sinkt die Spannung dadurch (um 0.1V oder 
so), schaltet er sofort den Belastungswiderstamd wieder ab. Auch der 
braucht aber 3uA. Da man so eine Taschenlampe nur 3 mal benutz und dann 
nie weider, würde ich mir aber nicht mehr Mühe geben.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Luk4s K. schrieb:
> Supercaps (Goldcap?) haben einen relativ hohen Innenwiderstand, da macht
> nicht viel bumm.
Du hast offenbar die Entwicklung der letzten 5 Jahre verpasst... :-o
Der Innenwiderstand dieser Ultracaps spielt sich im milli-Ohm Bereich 
ab!

@  Andreas (Gast)
> Z-Diode Paralell ist nicht so gut da die ja immer etwas Strom zieht
Wie?
> und den Cap somit langsam leernuckelt.
Dir ist schon klar, dass die Selbstentladung des Kondensators um einige 
Zahnerpotenzen höher liegt als der Leckstrom in der Z-Diode?

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Dir ist schon klar, dass die Selbstentladung des Kondensators um einige
>Zahnerpotenzen höher liegt als der Leckstrom in der Z-Diode?

Stimmt bei einer 2,7V Z-Diode nicht - die hat eine so weiche Z-Kurve, 
daß die auch bei unter 2V noch signifikant viel Strom zieht - die 
nuckelt also den C (zunehmend langsamer) also leer - und vermutlich 
nicht zu langsam ...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jens G. schrieb:
> Stimmt bei einer 2,7V Z-Diode nicht...
Ja, richtig  :-/
Die Idee mit dem ICL7665 scheint mir am ehesten ausbaufähig zu sein...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich nochmal... ;-)

Das mit der Z-Diode hat mir keine Ruhe gegeben, und deshalb hier ein 
neuer Vorschlag. Der allegemeine Aufbau soll ja erst mal so bleiben wie 
er ist:
Generator --> Brückengleichrichter --> SuperCap

Ich würde mal das probieren:
Generator --> 2 Stück Z-Dioden antiseriell --> Brückengleichrichter --> 
SuperCap
Damit wäre wegen der Gleichrichterdioden das Thema mit der 
Selbstentladung aussen vor...

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ähnlich dem von mir gemachten Vorschlag - nur andersherum (vielleicht 
sogar besser)  ;-).

Autor: Andreas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

vielen Dank für die Vielen Tips, ich denke die Schaltung mit dem TL431 
und hintendran eine Schottky damit sich der Tl431 nicht am Strom vom 
Supercap vergreift wenn vom Generator nichts mehr kommt ist ganz gut die 
Probier ich mal.

Gemessen hab ich am Generator folgendes:

Langsames Kurbeln: 2.5-3.5V
Zügiges  Kurbeln: 3.5-5-5V
Schnelles Kurbeln: 5-7V

Strom sind auf einen Lastwiderstand von 4,7Ohm etwa 100-150mA bei 
moderatem Gekurbel und etwa 200mA wenn man es eilig hat. Finde ich recht 
viel für so ein kleines Generatorendings.

@ Wilhelm,
Das könnte sogar die gleich Lampe sein, in meiner ist auch eine LIR 
Zelle drin allerdings ist die total Taub. Das ist eine Aufladbare 
Li-Ion-Zelle zumindest steht das drauf wenn man den gelben 
Schrumpfschlauch entfernt. Meine ist aber total unten hat nur noch 
einige mV und nimmt keinen Strom mehr an. Die dürfte hinüber sein. Also 
muß nen Supercap ran. :-)

@ Luk4s K.,
Ich meine nicht die üblichen Goldcaps sondern einen Supercap der Firma 
Nuintek. Die Dinger haben wirklich innenwiderstände von einigen 
Milliohm. Der Fließende Strom im Kurzschlußfall brennt dir locker 
Leiterbahnen weg oder Bringt Anschlußdrähte zum Glühen! Die Teile haben, 
besonders wenn die etwas länger bestrom wurden und somit gut Formiert 
sind Kurzschlußströme im zweistelligen Ampere-Bereich! Kein Witz ich hab 
mir damit schon nen Spannungswandler für ne LED-Lampe gegrillt als ich 
mit der Meßspitze vom Multimeter abgerutscht bin. Das Knallt ganz 
ordentlich und der Geruch war auch nicht von schlechten Eltern. :-)

Andreas :-)

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Strom sind auf einen Lastwiderstand von 4,7Ohm etwa 100-150mA bei
>moderatem Gekurbel und etwa 200mA wenn man es eilig hat. Finde ich recht
>viel für so ein kleines Generatorendings.

hmm, also in dem Falle müsste man vielleicht über eine Strombegrenzung 
nachdenken, denke ich. Denn eigentlich verkraftet der nur 150mA.
Nach Deinen Spannungs/Stromwerten könnte er bei einer Uz=3V immer noch 
160mA liefern. Vielleicht einen R zw. 5 und 10Ohm noch in Reihe.

Autor: Christian R. (supachris)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für sowas bietet sich ein Energy Harvesting Chip, etwa wie der LTC3588-1 
an.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas schrieb:
> Strom sind auf einen Lastwiderstand von 4,7Ohm etwa 100-150mA bei
> moderatem Gekurbel und etwa 200mA wenn man es eilig hat.
Das sind dann aber nur ca. 0,5V (moderat) bis 1V (eilig)...

> Nach Deinen Spannungs/Stromwerten könnte er bei einer Uz=3V immer
> noch 160mA liefern.
Wie kommst du auf die 500mW?
Ich komme auf eine Leistung von max. 1V*200mA = 200mW. Das ergibt bei 3V 
knapp 80mA...

Autor: Jens G. (jensig)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich habe die Leerlaufspannung (5-7V) eingerechnet, und daraus in 
Zusammenhang mit den 4,7Ohm/200mA den Innenwiderstand des Generators 
berechnet, so daß man dann weis, was bei Uz=3V noch für ein Strom fließt 
(der Generator scheint ja rel. weich zu sein, also Tendenz zur 
Stromquelle, nicht Spannungsquelle ;-)
Ich kann jetzt auch falsch liegen, mit meinen 160mA, weil ich es nur 
grob im Kopp ausgerechnet hatte.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.