GoldCap laden über "ideale Diode"

Gast #3368107
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Hallo,

ich habe hier ein 3.2V-System, in der ich ein RAM und eine RTC via 
GoldCap stütze. Momentan habe ich den GoldCap mit einer halben BAV199 
entkoppelt.

Leister habe ich dank der Diode einen bleibenden "Ladungsverlust" von 
typisch 0.7V.

Ich möchte nun diesen Part der Schaltung optimieren, um mehr 
Überbrückungszeit zu bekommen.

D.h. ich suche eine Schaltung (bzw. Diode), die:
- bis runter auf 1.8V arbeitet
- idealerweise nichts verbraucht (d.h. <50uA)
- idealerweise keinen Rückwärtsstrom in das System abgibt (<50uA)
- idealerweise einen Flussspannung von 0V aufweist (<0.15V)

Momentan lade ich den GoldCap (1F) ohne Vorwiderstand und dabei stellt 
sich ein Spitzenstrom von <100mA ein. Dieser kann jedoch ohne Probleme 
mittels Widerstand weiter gedrosselt werden.

Tipps? :-)
Gast #3368117
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Man müsste einen FET finden, der mit USG 1,8V schon gut leitet.

Auf der Seite steht auch:
Allerdings kann die MOSFET-Schaltung eine Diode nicht immer komplett 
ersetzen:
Machen wir mal hinter dem MOSFET einen dicken Kondensator, der z.B. eine 
gewisse Zeit einen Spannungsausfall überbrücken soll. Dann ist es ohne 
weiteres möglich, dass der Kondensator über den MOSFET und andere 
Verbraucher, die von der Eingangsspannung versorgt werden, entladen 
wird.

http://www.lothar-miller.de/s9y/uploads/Bilder/Reverse.gif
Gast #3368225
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Harald schrieb:
> - idealerweise keinen Rückwärtsstrom in das System abgibt (<50uA)
> - idealerweise einen Flussspannung von 0V aufweist (<0.15V)
> Tipps? :-)

Das wird schwierig, weil sich kleine Flußspannung schlecht mit kleinem 
Rückwärtsstrom kombinieren lässt (wobei 0.15V sowiso ziemlich utopisch 
ist). Was Du da forderst ist ja fast schon der eierlegende 
Wollmilchhybrid aus BAS116 (Kleinsignaldiode, Ultra-Low Reverse Current) 
und BAT54 (Schottky-Gleichrichter), aber das weisst Du ja bestimmt.

Als Kompromiss ginge eventuell eine PMEG von NXP, die PMEG4005 kommt zum 
Beispiel bei 100mA und 25°C auf einen Forward-Drop von ungefähr 300mA, 
Sperrstrom würde sogar passen (lt. Datenblatt maximal 20 uA bei 10V).

Vielleicht gibt's ja noch eine besser für deine Ansprüchende passende 
PMEG, denn in dieser Serie gibt's einige, aber von der 4005er hatte ich 
das Datenblatt grade zur Hand.

hth & LG, NOR
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Gast #3368442
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@Norbert:
Ja, ich weiß.. :-/
Genau aus dem Grund frage ich ja hier.. :o)

Diese Diodenserie hört sich sehr interessant an! :-)
Davon werde ich mir mal ein paar bestellen.


@Peter:
Das ganze ist leider nicht so einfach, weil an der 3V2-Schiene mehrere 
IC's (~40 Stück) hängen, wovon ~10 nur bis 3,3V spezifiziert sind.

Hierdurch würden sich viele weitere Probleme herauskristallisieren..
Gast #3368683
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Harald schrieb:
> D.h. ich suche eine Schaltung (bzw. Diode), die:
> - bis runter auf 1.8V arbeitet
> - idealerweise nichts verbraucht (d.h. <50uA)
> - idealerweise keinen Rückwärtsstrom in das System abgibt (<50uA)
> - idealerweise einen Flussspannung von 0V aufweist (<0.15V)

Die einzige Schaltung die ich kenne die diese Specs erfüllt nennt sich 
elektromechanischer Schalter bzw. Relais.
Gast #3370472
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Frank M. schrieb:
> Anderer Lösungsweg:
> - größerer Kondensator (5F, 10F), was spricht dagegen?
> - Du redest von 3.2V Schiene, d.h. du hast auch andere Spannungen. Was
> spricht dagegen den Kondensator auf 5V zu laden und dann mit einem DC-DC
> Converter mit Pass-Through auf 2V oder so runter zu regeln?

zu 1) chonischer Platzmangel für so große Bauteile (SMD-Hühnerfutter 
bringe ich gerade noch unter)

zu 2) neben den 3.2V für die Logik hätte ich noch eine uC-gesteuerte 
Spannung von 0/11-16V (also aus oder 11-16V) und die "Haupt-Versorgung" 
von 24V
#3370527
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Ich verstehe nicht ganz warum ein P-Kanal Mosfet die aufgabe nicht 
erfüllen könnte.

z.B. der Typ AO3415 
https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CDUQFjAA&url=http%3A%2F%2Faosmd.com%2Fpdfs%2Fdatasheet%2FAO3415.pdf&ei=Fn9mUsOKF8eS4ATa64H4DQ&usg=AFQjCNEYMvwTFnbMdjaj0TTAqgNfOsLUrw&sig2=3t9-pYL3HdF87WKbONeEeQ&bvm=bv.55123115,d.bGE
müsste doch Problemlos dafür klappen.
Leckstrom von <5uA
#3370562
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Flo schrieb:
> Kille H. schrieb:
>> Ich verstehe nicht ganz warum ein P-Kanal Mosfet die aufgabe nicht
>> erfüllen könnte.
>
> Und wie würdest du den P-FET beschalten?

In meinem unermüdlichen leichtsinn einfach so...

Es wird halt immer langsamer geladen, da natürlich der Rds(on) immer 
höher wird...
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Gast #3370647
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Lothar S. schrieb:
>> Momentan habe ich den GoldCap mit einer halben BAV199
> entkoppelt.
>
> Wozu denn Das?
>
> Nimm eine 3,6V Versorgung, eine 500mA Shottky dahinter und RAM, RTC und
> GoldCap laufen mit 3,2 -> 3,3V auf einen Potential ohne Probleme und
> unnötige Klimmzüge.
>
> Grüße Löti

Nur habe ich dann das Problem, dass ich eine extra Versorgung für den 
GoldCap implementieren müsste. Dann wäre das o.g. teure IC deutlich 
einfacher, günstiger und störunempfindlicher.. ;-)
Persönliche Seite #3371204
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Es gibt ja noch diese altmodischen bipolaren Transistoren, habe mal 
damit was versucht. Da fehlt natürlich der high-tech FET mit 10mV Vth, 
aber die Schaltung könnte trotzdem funktionieren.

Ist weit entfernt von einer idealen Diode, aber vielleicht reicht es ja 
auch so. Die vorhandene Diode bleibt bestehen, der Spannungsverlust an 
der Diode wird durch die Transistoren langsam ausgeglichen. Wird die 
Versorgung abgeklemmt schaltet Q1 aus, verhindert damit den Rückstrom 
über Q2 und R3.

Da ist auch schon das "Problem" der Schaltung. Läuft die Versorgung zu 
langsam runter, dann bleibt Q1 weiterhin durchgesteuert und es fließt 
ein Rückstrom über Q2. Also so lange bis Q1 nicht abschaltet verhält 
sich Q2 wie ein Widerstand welcher parallel zur Diode geschaltet wird.

Wenn man R3 verkleinert und eine Zener-Diode in reihe schaltet (z.B. 
2,7Volt) kann man dafür sorgen das Q1 schneller abschaltet wenn die 
Versorgung runter läuft.
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Gast #3371311
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Lothar S. schrieb:
>> Nur habe ich dann das Problem, dass ich eine extra Versorgung für den
>> GoldCap implementieren müsste.
>
> ??????????????????????????????????????????????????????????????????????
>
> Du hast eine Versorgung mit Shottky am Ausgang und fertig.
>
> Grüße Löti

Du hast aber schon meine Beiträge gelesen? ;-)

Das System besteht aus ~40 IC's, wovon einige nur bis 3.3V spezifiziert 
sind. Der GoldCap soll wiederum nur RAM und RTC stützen und nicht die 
komplette Schaltung versorgen.. :)
Persönliche Seite #3372289
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Kille H. schrieb:
> Bildschirmfoto_vom_2013-10-23_17_43_52.png

Ist im grunde die gleiche Schaltung wie meine, nur mit FETs (wozu auch 
immer man die hier braucht). Wenn du die 10 Ohm weg lassen würdest 
könntest auch die parallele Diode weg lassen. Aber dann wird der 
Rückstrom wahrscheinlich zu hoch wenn die Spannung runter läuft.

Wie verhält sich die Schaltung wenn die Eingangsspannung langsam runter 
läuft? Also innerhalb mehrerer Sekunden.

Den Abschaltpunkt des FETs M1 (welcher dafür sorgt, dass kein Rückstrom 
mehr fließt) hast du über die Gate-Threshold-Spannung und deinen 
Spannungsteiler fest gelegt.
Ist genau so schlecht wie bei meiner Schaltung (wo man eine Zener-Diode 
oder Dioden-Reihenschaltung verwenden könnte um den Abschaltpunkt ein zu 
stellen).
#3372344
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Genau, die 10ohm wegen dem Rückstrom beim abschalten. Bei meiner 
Simulation ist die Versorgung innerhalb einer sec. Auf null.
Die fets hab ich verwendet, da du meiner Meinung nach am bipolar 
transistor doch auch einen PN Übergang hast und damit den 
Spannungsabfall.
Die zener diode konnte man auch hier verwenden...
#3372529
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Die Schaltungen haben leider alle den kleinen Fehler einer 
Selbsthaltung.

Ich habe den Verdacht, es braucht einen Komparator für ausreichendes 
Schaltverhalten. Ohne läßt sich die Randbedingung 1,8-3,3V schwer 
erreichen. Mit würde das wohl gehen, nur das braucht halt Platz auf der 
Platine. Ich hab mal was zusammengemaltes angehängt mit irgendeinem low 
power Komparator.

Wobei ich auch für mich grad nach so einer Schaltung suche. Also wer 
eine bessere Idee hat..!!
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Persönliche Seite #3372540
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Kille H. schrieb:
> da du meiner Meinung nach am bipolar
> transistor doch auch einen PN Übergang hast und damit den
> Spannungsabfall.

Wieviel Spannungsfall hat man denn da so?
Immer 0,7 Volt wie bei einer Diode? Ist ja schließlich ein PN-Übergang 
;-)

Der Spannungsfall ist zum einen vom Basis-Strom abhängig (höheres Ib -> 
kleinere Vce). Zum anderen und das ist hier entscheidend auch vom 
Kollektorstrom (kleinerer Ic -> kleinere Vce).

Analog gilt das gleiche auch für FETs.
- höhere Vgs -> kleinere Vds
- kleinerer Ids -> kleinere Vds

Im Anhang ein Kennlinienfeld des BC807-40. Wie man sieht geht bei 
sinkenden Strom der Spannungsfall ziemlich gegen null.
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Persönliche Seite #3372549
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Helge A. schrieb:
> Ich habe den Verdacht, es braucht einen Komparator für ausreichendes
> Schaltverhalten.

Ja, das hatte ich auch ausprobiert. Nur war ich mir nicht sicher ob der 
Komparator immernoch sauber arbeitet wenn die Eingangsspannung 
abgeschaltet wird und nicht doch noch kurzzeitig den Ausgang ansteuert, 
so dass es doch wieder zur Entladung kommt.

Außerdem braucht man einen Rail-To-Rail oder man teilt die Spannungen 
runter (was wieder Leckstrom durch den Spannungsteiler bedeutet).
Außerdem muss man vorher raus finden wieviel Strom in den unversorgten 
Komparatoreingang fließen kann (evtl. reicht ein Reihenwiderstand oder 
hochohmiger Spannungsteiler).
#3372589
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Rail2rail wird sicher notwendig sein, das sehe ich auch so. Und der 
Komparator darf oberhalb von 1,2V keinen Unsinn machen, ist auch klar. 
Darunter läßt sich das durch einen hochohmigen Spannungsteiler 
wegfangen.

Ich hab auch noch keine Idee, ob sich vielleicht einer der Transistoren 
einsparen läßt. Das schaut mir alles noch zu groß aus. Vielleicht mit 
einem MAX9101? Der hat open drain, 2uA leakage current und könnte dann 
einen P-MOS oder PNP steuern. Bräuchte aber auch wieder einen häßlichen 
Pullup zum Kondensator.
Persönliche Seite #3372680
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Man könnte noch einen N-Kanal FET nehmen und den Komparator mit einer 
höheren Spannung versorgen (falls vorhanden). Dann wäre es wirklich nur 
noch Komparator und N-FET und der Komparator müsste auch nicht mehr rail 
to rail sein.

Das allerbeste wäre wohl ein Step-Up Wandler. Dann könnte man auch noch 
einstellen welche Spannung der C denn haben soll.
Wenn z.B. die RTC auch mit 5V vom C versorgt werden darf könnte man 
statt den C nur mit 3,2 Volt zu laden ihn über den Step-Up auch auf 5V 
laden wenn der GoldCap das ab kann.

Muss nicht mal ein echter Step-Up sein. Ein Spannungsverdoppler könnte 
schon reichen z.B. ein Urgestein wie ICL7660 wenn ungeregelt reicht.
#3372749
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> Du hast aber schon meine Beiträge gelesen? ;-)

Ja.

> Das System besteht aus ~40 IC's, wovon einige nur bis 3.3V spezifiziert
> sind. Der GoldCap soll wiederum nur RAM und RTC stützen und nicht die
> komplette Schaltung versorgen.. :)

Die andern ICs versorgst Du natürlich auch über eine (weitere) 
Shottky... .

Habe ich jetzt für selbstverständlich gehalten, sorry.

Grüße Löti
Gast #3376473
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Ich habe mir (u.a.) nun die PMEG4005EH besorgt und 10 Testmuster 
umgebaut.
Kurz & knapp: PERFEKT ;-D

Ein herzlicher Dank an "Norbert M."

----

Hier ein paar Messergebnisse:

Schlimmster Fall bei 60°C:
dU nach 30Min = 88mV bei 56uA Ladestrom (gemessen mit Keithley 
Picometer)
Sperrstrom = -3.567uA


Bester Fall bei 10°C:
dU nach 30Min = 76mV bei 38uA Ladestrom
Sperrstrom = -2,71uA

=> So lasse ich es.. :-)

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