Hallo liebe Leute,
zunächst einmal ein schönes Dankeschön an die vielen guten Beiträge in
diesem Forum die mir hier schon oft weitergeholfen haben ohne dass ich
selber etwas posten musste ;), nun meine erste Frage:
Ich baue einen "kleinen" fliegenden Robotor dessen Akkuzelle ich über
eine "kleine" Photodiode (BPW34) auflade.
so ähnlich
-> http://www.golem.de/1011/79088.html
Zurzeit lade ich das System über eine leistungsstarke LED mit
entsprechender Optik auf. Hierdurch erreiche ich zuzeit eine Leistung P
= 11 mW. Die Beleuchtungsstärke hierfür beträgt 200.000 Lux. Das Laden
dauert mir aber einfach zu lange und die Flugzeit erhöhe ich dadurch nur
unwesentlich, wenn wundert es auch bei der geringen Leistung.
Deshalb wollte ich die LED ganz gerne gegen einen Laser austauschen.
Meine Frage deshalb: hat hier jemand vlt. schon mit dieser Photodiode
und einem Laser gearbeitet (bspw. zur Leistungsbestimmung des Lasers)
und kann mir sagen welche "Leistung" ich aus der BPW34 oder einer
Photodiode ähnlicher Bauart und Eigenschaften maximal bekommen kann?
Bevor ich mir hier einen Laser mit entsprechender Schutzausrüstung
hinstelle, wäre es ganz gut zu wissen ob die Sache sich lohnt.
Ich bin mir klaren darüber, dass es andere Arten gibt Akkuzellen
aufzuladen (Kontakte etc.). Die Aufladung soll jedoch optisch erfolgen,
da Ladestation und Roboter sich nicht berühren. Auch weiss ich dass ich
leider jede Menge Energie verschwende.
Vielen Dank und seit nicht zu streng, dass ich nicht mehr zu meinem
Projekt geschrieben habe, aber wenn es nötig seien sollte, kann ich dies
noch nachrecihen^^. Ahja und ich baue keine Drohne^^
Finn
Guten Morgen,
um es mal gleich ganz hart zu sagen: Das wird nix.
Schau mal ins Datenblatt. Dort steht, daß die Diode im Leerlauf(also
ohne Last) ca. 350mV bringt. Und der Kurzschlußstrom (also max. Last)
beträgt zwischen 47µA und 70µA. Selbst wenn man diese beiden Werte
multiplizieren würde (was ja nicht geht, weil Leerlauf und Kurzschluß
sich ausschließen), käme man auf eine Leistung von ca. 16µW. Zu alledem
treten diese Werte nur auf, wenn die Diode mit einem Licht von genau
950nm beleuchtet wird, also mit Infrarot. Außerhalb dieser Wellenlänge
geht es steil nach unten mit der "Ausbeute".
Nun haben wir eine Leistung von ein paar µW bei einer Spannung von ein
paar mV. Damit kann man wirklich keinen Akku laden. Und erst gar nicht
einen Flug-Akku, der richtig Strom braucht. Das ist leider die Physik
(oder auch Mathematik, trifft beides zu).
Finn schrieb:> Zurzeit lade ich das System über eine leistungsstarke LED mit> entsprechender Optik auf. Hierdurch erreiche ich zuzeit eine Leistung P> = 11 mW.
Wie hast die 11 mW gemessen und bei welcher Spannung ist das?
Warum nimmst du eine Photodiode und keine Solarzelle?
Also mit einer Photodiode seh ich da kaum Erfolg, die Leute aus dem
Video verwenden ein "Photovoltaikmodule (PV)", also Solarzellen dessen
Nutzfläche vermutlich mehr als 1000x größer ist als die deiner
Photodiode.
Dein Versuch ist wie einen LKW durch einen Strohhalm aufzutanken, es
geht vielleicht aber es dauert ewig lange. Also bevor du mit lasern
rumspielst leider an der "Empfängerseite" rumspielen, da besteht mehr
Tuningbedarf.
Gruß Matthias
Bernd S. schrieb:>> ohne Last) ca. 350mV bringt. Und der Kurzschlußstrom (also max. Last)> beträgt zwischen 47µA und 70µA. Selbst wenn man diese beiden Werte
LOL, das ist natürlich Unsinn...
Wenn man bei rd. 900nm 100mW optische Leistung in die BPW34 bringt, ist
der Kurzschlussstrom 63mA.
Der maximale Strom ist leider nicht spezifiziert. Ich würde einfach
ausprobieren, bei wieviel Strom die Diode nach einigen Minuten
durchbrennt und dann mein Maximum bei einem Faktor von 10-20 darunter
legen (Elektromigration!), den Hersteller fragen oder viel besser: den
Rat von Alexander befolgen!
> Deshalb wollte ich die LED ganz gerne gegen einen Laser austauschen.
Nicht Laser, sondern Infrarot-LED.
Dein Limit ist die Erhizung der BPW34. Die sollte nicht über 125 GradC
heiss werden. Da der Wirkungsgrad beschissne ist, kannst du davon
ausgehen, daß alle draufgestrahlte Energie in Wärme umgewandelt wird.
Also kannst du ungefähr 0.7 Watt Lichtleistung draufbraten und mit
ungefähr 70mW elektrischer Energie rechen.
Wie du 1W aus IR-LEDs bekommst? Einfach mehrere auf die Photodiode
richten, da sehr gute IR-LEDs so 40% Wirkunsggrad haben musst du aber
schon 2.5 Watt reinstopfen.
nicht "Gast" schrieb:> Bernd S. schrieb:>>>> ohne Last) ca. 350mV bringt. Und der Kurzschlußstrom (also max. Last)>> beträgt zwischen 47µA und 70µA. Selbst wenn man diese beiden Werte>> LOL, das ist natürlich Unsinn...>
Was im Datenblatt steht, ist Unsinn? Das sag mal dem Hersteller...
> Wenn man bei rd. 900nm 100mW optische Leistung in die BPW34 bringt, ist> der Kurzschlussstrom 63mA.
Wo hast du denn diesen Wert her? Aus dem Datenblatt auf jeden Fall
nicht. Ich hab gerade nochmal nachgeschaut. Alle Angaben im Datenblatt
bewegen sich in der Größenordnung von µA, und du sprichst vom 1000fachen
Strom, also von mA?
Vielleicht verwechselst du das mit dem Strom, den du der Diode zumuten
kannst, wenn du von deiner Schaltung ein Spannung anlegst. Aber hier
soll die Diode als Generator, also als Photoelement betrieben werden.
Mich würde wirklich mal interessieren, wo du die 63mA hernimmst.
Vielleicht habe ich ja auch was übersehen...
Jetzt bin ich mal auf die Erklärung gespannt wie man auf die 63mA kommt,
ich komm da nicht drauf. Ich will es ja nur verstehn.
Ich muss mal austesten wie lange so eine Diode einem 1000mW Laser stand
hält.
Michael H. schrieb:> Jetzt bin ich mal auf die Erklärung gespannt wie man auf die 63mA kommt,> ich komm da nicht drauf. Ich will es ja nur verstehn.
Richtig, das will ich auch.
Wir haben eine Fläche von 0,9cm² auf der Diode. Und die Angabe der
1mW/cm² ist nur die Testbedingung, unter der zum Beispiel bei einer
Beleuchtung von 1klx ein Kurzschlußstrom von 47µA erzeugt wird. Die
1mW/cm² sind kein Wert, der erzeugt wird, sondern nur die definierte
Testumgebung.
Und wie kommt man jetzt auf 63mA? Die Erklärung steht immer noch aus.
Was verstehen wir hier falsch? "Unsinn" schreiben ist einfach, das kann
jeder. Was ist hier der Lösungsweg? Vielleicht kann das mal einer
nachvollziehbar erklären?
1mW/cm² ist nicht sehr stark. Das sonnenlischt bringt etwa 1mW/mm^2.
Aber ein Laser, oder eine IR Diode bringen mehr. Eine Silizium
Diode/Solarzelle kann etwa 0.6A pro Watt erzeugen. dh mit 100mW bekommt
man 63mA.
Bernd S. schrieb:>> Wir haben eine Fläche von 0,9cm² auf der Diode. Und die Angabe der
Jetzt verstehe ich das Missverständnis - du redest von einer anderen
Diode. Ich dachte, es geht um die BPW34.
Um bei dieser zu bleiben: Sie hat eine aktive Fläche von 7,5mm². Bei
1mW/cm² und 950nm erzielt sie einen KS-Strom von 47µA - erreicht also
eine Photo-Empfindlichkeit von 0,63A/W (und damit einen
Quanten-Wirkungsgrad von 82%, nebenbei bemerkt). Der Zusammenhang
KS-Photostrom zu eingebrachter optischer Leistung ist sehr linear
(Sperrströme und Serienwiderstände einmal nicht betrachtet). Somit
ergibt sich bei einer in die aktive Fläche eingebrachte Leistung von
100mW bei rd. 900nm oder 950nm ein KS-Strom von 63mA.
Wie gesagt, der max. Strom ist nicht spezifiziert und ich bezweifle,
dass die Metallbahnen des PD-Chips viel mehr als ein paar mA über 3
Jahre aushalten. Kurzfristig aber sicher rd. 100mA. Die von MaWin
angestrebten 300-400mA halte ich auch kurzfristig für unrealistisch.
Dazu habe ich jetzt noch zwei Bemerkungen.
Die Sache mit der Fläche ist die: Beim Datenblatt der BPW34 (um die geht
es wirklich) steht in der Zeichnung unten eine sensitive Fläche von
3x3mm. Aber oben im Text stehen die 7,5mm². Also schonmal ein
Widerspruch im Datenblatt, denke ich.
Und meine zweite Überlegung: Wie weit kann man das ganze hochrechnen?
Ich denke, bei Absolute Power Rating stehen 215mW, das wird dabei die
Grenze sein, oder?
Ansonsten war das doch mal eine ganz andere Erklärung. Die kann ich auch
nachvollziehen. Aber wenn jemand nur "Das ist Unsinn" schreibt, und das
ganze ohne Erläuterung, dann darf doch mal nachgefragt werden...
Die maximum Rating werden sich moeglicherweise auf den Sperrbetrieb
beziehen, also 60V anlegen und 3.6mA runterlassen. Denn im Vorwaerts
betrieb macht das weniger sinn. Bei einer Quantenausbeute von 82%
bedeutet das 1W einstrahlen, 820mW elektrisch abzuegeln, und 180mW als
Waerme.
Bernd S. schrieb:> ...> 3x3mm. Aber oben im Text stehen die 7,5mm². Also schonmal ein> Widerspruch im Datenblatt, denke ich.
Das muss theoretisch kein Widerspruch sein. Das Bondpad liegt innerhalb
der 3x3mm² und die Fotodiodenfläche könnte (auch nicht-sichtbare)
Finger-Strukturen enthalten, die die effektive Empfangsfläche
reduzieren. Da das Pad aber deutlich kleiner als 1,5mm² ist und der
BPW34-Chip keine Finger enthält, könnte es tatsächlich eine Inkonsistenz
zu sein. Die Fotodiode gibt es schon sehr lange und vielleicht wurde der
Chip einmal gegen eine andere Version ausgetauscht. Müsste man einmal
nachmessen...
> Und meine zweite Überlegung: Wie weit kann man das ganze hochrechnen?> Ich denke, bei Absolute Power Rating stehen 215mW, das wird dabei die> Grenze sein, oder?
Ja, wenn man 240mW optisch einkoppelt, kann man etwa 26mW elektrisch
herausholen - das wäre die Grenze nach dieser Spezifikation.
Viktor N. schrieb:> Die maximum Rating werden sich moeglicherweise auf den Sperrbetrieb> beziehen, also 60V anlegen und 3.6mA runterlassen. Denn im Vorwaerts> betrieb macht das weniger sinn. Bei einer Quantenausbeute von 82%> bedeutet das 1W einstrahlen, 820mW elektrisch abzuegeln, und 180mW als> Waerme.
Jetzt mache ich es nocheinmal: Das ist Unsinn. Ein Quantenwirkungsgrad
von 82% bedeutet, dass - statistisch gesehen - von 100 in die FD
eindringenden Lichtquanten 82 Elektron-Loch-Paare generiert werden. Der
Wirkungsgrad P_elektrisch zu P_optisch wird in der Größenordnung von 11%
liegen.
Da ergibt sich schon wieder eine Frage: Wie bestimmst du die
eingekoppelte Lichtleistung? Elektrische Leistung der Lichtquelle kann
man messen, ok. Eventuell hat man auch den Wirkungsgrad, auch ok. Die
Empfangsfläche hat man auch. Aber bei der eingekoppelten Leistung spielt
doch auch die Fläche des Senders eine Rolle und wieviel Prozent der
abgegebenen Licht-Leistung dann überhaupt auf der Empfangs-Fläche des
Empfängers ankommen. Und dort spielt ja auch wieder die Entfernung
zwischen Sender un Empfänger eine Rolle, die Streuung, die Dämpfung in
der Vergussmasse, der Abstrahlwinkel und vielleicht noch andere
Faktoren.
Also wie kommt man auf die Lichtleistung?
Einfach: 1) Ich strahle (einigermaßen) punktförmig ein, messe die
optische Leistung (z.B. mit dem Ophir PD300 oder was auch immer greifbar
ist) und den Fotostrom. 2) Ich strahle flächig ein und messe die
Lichtleistungsdichte (Luxmeter oder halt auch mit dem Ophir) und den
Photostrom. Daraus kann ich die effektive Empfangsfläche ableiten.
Die Methode, falls man Zeit totschlagen will: Die Fläche mit einem
Lichtpunkt abrastern. Dann würde man auch das Pad und eventuell den
Schatten des Bonddrahtes sehen...
> Ich baue einen "kleinen" fliegenden Robotor dessen Akkuzelle ich über> eine "kleine" Photodiode (BPW34) auflade.
Das glaube ich nicht - das möchte ich erst einmal sehen.
@Finn
Was machen der König & der Herzog?
nicht "Gast" schrieb:> Einfach: 1) Ich strahle (einigermaßen) punktförmig ein, messe die
Ich weiß, es nervt vielleicht, aber kommt es hier nicht auch darauf an,
wie groß der Punkt ist? Den geometrisch idealen Punkt gibt es nicht, der
hätte einen Durchmesser bzw. eine Fläche von Null. Also muß doch hier
die Punktgröße eine Rolle spielen, denn wenn man den Punkt groß genug
macht, nimmt er die ganze Empfangsfläche ein.
Wie groß ist er also?
Bernd S. schrieb:>> Wie groß ist er also?
Bei dem BPW34-Package: etwa 340µm Durchmesser, wenn man annimmt, dass
zwischen Packageoberfläche und Fotodiodenoberfläche 1mm Epoxidharz
liegen. Vermutlich also sogar kleiner.
