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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Superkondensator mit PWM laden (Contoller C-Control II)


Autor: opillio (Gast)
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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?

Autor: Benedikt (Gast)
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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.)

Autor: opillio (Gast)
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nein, hinter dem MOSFET hängt nur der Kondensator.
Ich möchte also den mittleren Strom so einstellen, dass dieser
höchstens 10 A beträgt.

Autor: Unbekannter (Gast)
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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...

Autor: Benedikt (Gast)
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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.

Autor: Bri (Gast)
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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.)

Autor: opillio (Gast)
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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?

Autor: Bri (Gast)
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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

Autor: Thomas O. (Gast)
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@Opillio: Darf man fragen was das für Kondensatoren sind?

Autor: opillio (Gast)
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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)

Autor: Hannes Lux (hannes)
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Und wie sorgst du dafür, dass die Spannung sich gleichmäßig über die
einzelnen Kondensatoren verteilt?

...

Autor: Thomas O. (Gast)
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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€.

Autor: opillio (Gast)
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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/Pro...

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/pr...

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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