hallo leute,
hab folgende schaltung designt.
Die solarzelle betreibt den ersten buck boost converter. Ist die
spannung größer als die Ugs des p kanal mosfets wird die selsbthaltung
aktiv und die energie wird in einen supercap gespeichert. Welcher dann
eine zweite buck boost stufe betreibt und somit den µController
versorgt.
Ich will gern die selbsthaltung so umändern, dass wenn die spannung am
supercap kleiner ist als die ausgangsspannung der ersten buck-boost
stufe, dann soll der supercap geladen werden. Ist die spannung am
supercap gleich der buck boost stufe soll der mosfet sperren.
ISt es möglich wenn ich anstatt des p-mosfet einen n-mosfet verwende?
Hallo,
> seppl schrieb:> ... wenn die spannung am supercap kleiner ist> als die ausgangsspannung der ersten buck-boost stufe,> dann soll der supercap geladen werden.> Ist die spannung am supercap gleich der buck boost stufe> soll der mosfet sperren.
Da Frage ich mich, wozu das gut sein soll?
Warum muß da ein FET dazwischen?
Aufladen geht ganz automatisch, wenn:
>... wenn die spannung am supercap kleiner ist> als die ausgangsspannung der ersten buck-boost stufe,
Es fließt automatisch auch kein Strom mehr, wenn:
> die spannung am supercap gleich der buck boost stufe ist
Gruß Öletronika
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/Wie%20man%20Fragen%20richtig%20stellt.pdf
Hallo Öletronika,
den MOSFET verwende ich um zu verhindern dass die Ausgangsstufe des
Buck-Boost Converters wieder bestromt wird. Es kann auch eine Diode
verwendet werden, aber beim MOSFET sind die Verluste geringer.
Ja das mag stimmen, aber der p-Kanal MOSFET leitet ab einer negativen
Ugs, sprich wenn eine Spannung am Ausgang des 1. Buck Boosters vorhanden
ist.
Meine Idee ist folgende, den Supercap (C4) zu laden wenn diese Spannung
höher ist als die momentane Spannung im Supercap. Wenn der Supercap voll
geladen ist, soll die erste Stufe weggeschalten werden.
seppl schrieb:> ISt es möglich wenn ich anstatt des p-mosfet einen n-mosfet verwende?
Ja, das macht keinen Unterschied, du hast duie Funktion eines MOSFETs
nicht mal ansatzweise verstanden.
seppl schrieb:> den MOSFET verwende ich um zu verhindern dass die Ausgangsstufe des> Buck-Boost Converters wieder bestromt wird. Es kann auch eine Diode> verwendet werden, aber beim MOSFET sind die Verluste geringer.
Hast du einfach mal in deine eigenen Schaltung geguckt, wie rum dort
eine Diode im MOSFET eingezeichnet ist ? Zufällig in Entladerichtung ?
Hast du zufällig mal überlegt, was in Datenblatt "Load Disconnect During
Shutdown" bedeuten könnte (abgesehen davon, daß der TPS63030 sowieso an
der Stelle ungeeignet ist).
Grundlagen einer Solarzelle: Sie liefert morgens erst mal so wenig
Strom, daß die Spannung schon durch die Belastung durch den internen
Abfluss (sozusagen Selbstentladung) gering bleibt.
Steigt jetzt die Spannung auf 1.8V, wenn der TPS63030 zu arbeiten
beginnt, hat die Solarzelle immer noch so wenig Leistung, daß die
Spannung bei Belastung sofort zusammenbricht. Man kann Solarzellen nicht
von Anfang an belasten, sie kommen sonst nie in einen Spannungsbereich
in dem sie Leistung bringen. Man braucht MPP Maximum power Point Regler
wie BQ25504 um einen Akku oder Kondenstaor erfolgreich aus einer
Solarzelle zu laden.
Und WENN man dann den 1F Kondensator direkt auf eine ausreichend hohe
Spannung aufgeladen hat um den uC lange genug betreiben zu können, dann
kann man den Ausgangsspannungswandler einschalten. Dazu hat er einen EN
Enable Eingang. Vor den muss bloss ein Spannungswächter, z.B. ICL7665.
Der schaltet dann ein und per Hysterese erst wieder aus wenn der Wandler
aus dem leeren Kondensator nichts mehr hochwandeln kann.
Die Beschaltung von 0.1uF an EN ist NUR geeignet, wenn die
Eingangssspanung schlagartig anliegt, als soft soart: Einfach mal ins
Datenblatt des TPS63030 gucken bevor man Schaltungen stumpf übernimmt.
Hallo,
MaWin hat Prinzip alles Wichtige zu dem Thema geschrieben.
> seppl schrieb:> den MOSFET verwende ich um zu verhindern dass die Ausgangsstufe des> Buck-Boost Converters wieder bestromt wird. Es kann auch eine Diode> verwendet werden, aber beim MOSFET sind die Verluste geringer.
Den FET brauchst du für diese Funktion nicht.
Da sind die Enable-Eingänge besser geeignet.
> Meine Idee ist folgende, den Supercap (C4) zu laden wenn diese Spannung> höher ist als die momentane Spannung im Supercap. Wenn der Supercap voll> geladen ist, soll die erste Stufe weggeschalten werden.
Aber wozu das? Der Laderegler bringt eine stabile Ausgangsspannung.
Der Supercap kann also nicht überaden werden
Abschalten sollte man doch nur, wenn der erste regler zu wenig Energie
bekommt. Das Problem solltest du aber anders lösen, eben vor dem Regler.
Ich vermute, dein ganzes Konzept ist fragwürdig.
Beschreibe doch mal lieber, was zu eigentlich bezwecken willst.
1F ist auch keine große Ladung. Damit kommt man nicht sehr weit.
Warum also diese Lösung?
Was für uC hast du und was willst du damit machen, wenn die Sonne nicht
mehr scheint?
Gruß Öletronika
Ich möchte mit der gespeicherten Energie den µcontroller betreiben,
welcher dann als autarker Datenlogger arbeitet. (MSP432)
Dies mit den 1F ist nur zum Testen, später sollen größere Kapaziäten wie
z.B. 400F eingesetzt werden.
Danke MaWin,
auf das habe ich total vergessen.
Ich hätte trotzdem noch eine Frage benötigt es überhaupt einen
Spannungswächter da der Buck-Boost Converter unterhalb von 1.8V auch
abschaltet?
seppl schrieb:> benötigt es überhaupt einen> Spannungswächter da der Buck-Boost Converter unterhalb von 1.8V auch> abschaltet?
Du willst (so wie ich das verstanden habe) erst einschalten, wenn der
Kondensator ausreichend Energie gesammelt hat, also z.B. 5V erreicht hat
weil du dann weisst, daß du den uC z.B. 1 Minute mit 40mA versorgen
kannst.
Der TPS63030 hat zwar einen Enable-Eingang, der schaltet aber nicht
genau bei einer präzisen Spannung, also muss man ihm einen
Spannungswächter vorschalten. Abschalten würde der TPS63030 bei 1.8V,
aber wer schaltet den Spannungswächter wieder ab ? Der muss also knapp
vor dem TPS63030 abschalten, sonst würde der TPS63030 schon wieder
anlaufen, sobald die Spannung über 1.8V steigt.
Zum LADEN des Kondensators ist der TPS63030 aber ungeeignet. Da
Solarzellen Stromquellen sind, sollte man eine (6V-8V Leerlauf)
Solarzelle über eine gut sperrende Diode (keine Schottky) an den
Kondensator schalten. Der Verlust durch die Diode ist immer noch kleiner
als der Verlust eines Schaltwandlers. MPP lohnt nicht wirklich, das Geld
ist besser in eine grössere Solarzellenfläche investiert.
Der ICL7665 kann den Supercap dann auch vor Überladung schützen, er hat
ja 2 Kanäle.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5
Ja das wäre im Großen und Ganzen meine Idee. Wenn die Solarzelle läuft
soll der Akku geladen werden bzw. den µC Controller versorgen. Liefert
die solarzelle nichts mehr, soll der supercap mit der gespeicherten
Energie dies überbrücken. Der µC soll maximal 4 mal am Tag messen und
dann in den Sleep Modus gehen, wo er einen Standby Strom im µA Bereich
benötigt.
Somit soll die Schaltung in Zukunft so aus sehen:
Solarzelle -> Laderegler -> Supercap -> Batteriewächter -> Buck/Boost ->
µC
seppl schrieb:> Der µC soll maximal 4 mal am Tag messen und> dann in den Sleep Modus gehen, wo er einen Standby Strom im µA Bereich> benötigt.
Das nützt wenig, wenn währenddessen noch der Schaltregler für ihn
sinnlos Betriebsspannung wandelt.
Normalerweise verwendet man Akkus und schliesst den uC direkt an den
Akku an.
Die Betriebsspannung wird benötigt um die RTC aufrecht zu erhalten.
Sonst kann der Interrupt nicht ausgeführt werden.
Meinst du anstatt des Supercap einfach eine Batterie zu verwenden?
Hallo,
> seppl schrieb:> Oder meinst du parallel zum supercap einen akku betreiben?
nein, meint er sicher nicht. Das macht keinen Sinn.
Ich habe oben schon mal geschrieben:
> Beschreibe doch mal lieber, was zu eigentlich bezwecken willst.
Statt einiger Umständlichkeiten, welche dir alle nur was von der
nutzbaren Energie abknappsen, solltest du mal dein Konzept überdenken.
Warum die Lösung mit Solarzelle, wenn es nur darum geht, paar mal am Tag
ein paar Daten zu loggen? Dafür gibt es Lösungen, die mit rel. kleinen
Zellen, z.B. Lithium-Knopfzellen CR2030 oder ähnlich über Monate laufen.
Auch mit einem Akku-Pack, z. B. 4x Mignon hat man eine Spannung, aus der
sich immer 3,3V oder so ohne Aufwand ableiten lassen. Mit mind. 2000mAh
kann man bei einem Verbrauch von ca. 50mA, das Ganze mind. 20...30h
betreiben.
Bei 4x 1 Minute pro Tag würde das über 1 Jahr reichen.
Natürlich muß man Akkus mit geringer Selbstentladung nehmen.
Akkus braucht es da eigentlich nicht mehr, hochwertige Primärzellen
machen es auch.
Mit einem wirlich sparsamen uC und konsequentem Energiemanagement kann
man das soweit treiben, dass es auch 10 und länger Jahre läuft.
Deine Lösung mit Solarzellen macht eigentlich nur Sinn, wenn man
deutlich längere Zeiträume betrachtet. Dann muß man aber auch einige
Überlegungen zur Verfügbarkeit machen. Bei Schneefall sind die
Solarzellen blind.
Bei längeren Perioden ohne Sonne und besonders im Winter mit sehr kurzen
Tagen bei wochenlangen bewölktem Wetter bekommst du von der Solarzelle
nicht mal 1/20 der Nennleistung für paar h am Tag. Das heißt, der
Laderegler wird im schlechteste Fall wochenlang nicht mal kurzzeitig
anspringen. Für solche Einsatzfälle muss man also ganz anders
kalkulieren.
Gruß Öletronika
Die Hauptidee meiner Arbeit ist, dass das System so gut wie möglich
energieautark laufen sollte. D.h. die Energie kommt hauptsächlich von
der Solarzelle und betreibt das System und soll nebenbei den Supercap
laden. Liefert die Solarzelle zu wenig Strom, soll der Supercap die
Energie daraus bereitstellen.
seppl schrieb:> Die Hauptidee meiner Arbeit ist, dass das System so gut wie möglich> energieautark laufen sollte.
Das kannst du vergessen. Diese kleinen Solarzellen haben zu ihrer
Herstellung bereits mehr Energie verbraucht, als sie hinterher gewinnen
können.
Deine Energiebilanz ist bereits beim Kauf negativ.
Dies sollte sich in erster Linie nur um einen Protoypen handeln.
Später soll dann die kleine Solarzelle durch eine größere und "stärkere"
getauscht werden. Weiter soll auch der Supercap durch einen Akku mit
größerer Energiedichte getauscht werden.
Würde diese Konstellation für den Prototypen funktionieren?
Solarzelle -> Laderegler -> Supercap -> Batteriewächter -> Buck/Boost ->
µC
obwohl den Batteriewächter würde ich nicht unbedingt verwenden oder wie
siehst du das?
Ich sehe es vor allen Dingen so, daß der Buck-Bosst blöd ist wenn der
immer läuft.
Man kann einen uC direkt an einen Supercap bis 5.5V schalten, oder eben
einen LiPoly Zelle bis 4.2V.
Die kann man per Solarzelle aufladen, lediglich eine Diode die das
Entladen bei zu wenig Sonne verhindert braucht man dazu.
Bleibt die Frage nach dem Abschalten beim Laden und Entladen.
Man kann natürlich Elektronik spendieren, aber das ist blöd, kostet Geld
und Platz. Ein ICL7665 kann die Solarzelle kurzschliessen, wenn SuperCap
5.5V erreicht oder LiPoly 4.1V.
Man kann auch den uC die Spannung messen lassen und den MOSFET schalten
lassen der die Solarzelle kurzschliesst. Dazu lässt man den sonst in
stromsparenden sleep liegenden uC alle Nase lang aufwachen, eine Messung
machen, und entscheiden. Kostet keine Mühe.
Zum Thema abschalten bei zu niedriger Spannung: Der uC ist sowieso immer
abgeschaltet. Soll er mal eingeschaltet werden (timergesteuert) aber
erkennt, daß nicht genug Spannung da ist um die Operation durchzuführen
(also wohl die SD-Karte zu beschreiben), dann setzt er halt aus.
Dasselbe passiert, wenn er wegegn BoD bron out detection sowieso ausser
Betrieb ist.
Bleibt nur noch die Frage übrig, wie man die Spannung regelt, mit der
die SD-Karte (oder was sonst für ein Spechermedium) betrieben wird: Da
kommt der Buck-Boost dazu, per Pihn vom uC meistens abgeschaltet.
Es gibt nur ein klitzekleines Problem: Der blöde MSP432 hält nur 3.7V
aus. Anders gesagt: Er ist eine blöde Wahl, ungeeignet für effektive
Mikroleistungsanwendungen.
Also ich würde die Schaltung so aufbauen:
Solarzelle -> Laderegler -> Supercap -> Buck/Boost ->µC
Der Preis bzw. der Platz spielen keine Rolle. Ich würde den MOSFET
weglassen und dafür den Laderegler verbauen.
Der Aufbau würde so aber ansonsten funktionieren?
Warum muss ein Mikrocontroller (Wurde schon gesagt welcher?) mit so
einer verrückten mehrstufigen Schaltung versorgt werden? Die meisten
Schaltregler mit 0,5-1A Schaltleistung haben bei Lasten von wenigen mA
keine Vorteile bzgl. der Effizienz. Entweder sind sie ordentlich teuer
(>3€) und können dann DCM (Discont.Cond.Mode) oder irgendeine andere Art
von Hiccup-Steuerung, oder sie dümpeln bei 30-60% Wirkungsgrad herum.
Die Spannungskurve auf einem Super- oder Ultra-Kondensator ist dazu noch
exponenziell (fallend), d.h. die Nennspannung hat er nur in einem
kleinen Bereich, danach wird dramatisch eingebrochen. Um da noch
nennenswert Leistung herausholen zu können, braucht es Schaltregler, die
bei 0,6V beginnen zu arbeiten.
Es spricht aus meiner Sicht nichts dagegen, den Mikrocontroller
tunlichst mit ungeregelten 2,xV zu betreiben und wenn das nicht geht,
einen solchen zu finden. Aus dem Hause Atmel gibt es welche, die bis
1,8V arbeiten. Läuft der zudem nur während weniger Sekundenbruchteile
und nur alle paar Sekunden, brauchts nur 1-2µA im Mittel und das geht
locker aus zwei AA-Zellen für Jahre. Das Solarzellengehäuse,
lichtdurchlässig und wetterfest, ist allein schon teurer als ein
10er-Pack Alkaline-Zellen. Wer es ganz praktisch mag, nimmt zwei
D-Zellen in Reihe.
Die Wahl des MSP432 wurde durch meinen Betreuer der Bachelorarbeit
durchgeführt. Eine ähnliche Schaltung wurde mir vorgeschlagen.
Die Idee des energieautarken Datenloggers mit Supercap bzw. Akku stammt
von mir um diese im Feld einzusetzen.
Hallo,
also gut, gehen wir mal davon aus, dass das ganze eher aus akademischen
Gründen gemacht werden soll.
> seppl schrieb:> Also ich würde die Schaltung so aufbauen:> Solarzelle -> Laderegler -> Supercap -> Buck/Boost ->µC
Wenn eh größere und leistungsfähigere Solarpanels eingesetzt werden
sollen und man tatsächlich auf Supercaps setzen will, was auch Vorteile
hat, dann gibt es auch andere Konzepte.
Man nimmt Solarpanels, die deutlich höhere Spannung bringen, z.B.
12...24V.
Dann schaltet man Supercaps in Reihe, so das die Nennspannung der
Reihenschaltung etwas höher liegt, als die max. Spannung das
Solarpanels.
Man kann auch darunter bleiben, aber dann braucht es eine
Überladeschutz.
So braucht man keine Ladeschaltung, man entkoppelt die Solarpanels von
den Supercaps nur mit einer Diode. Eine hochohmige Balancierung der
Supercpas sollte man aber vorsehen.
Statt dem Boost-Regler braucht man nur noch einen Step-Down-regöler, der
per Timer aktiviert werden muss.
Gruß Öletronika
bzw. ich würde bei der kleinen Variante den Laderegler weglassen, sodass
die Schaltung wie folgt aussieht:
Solarzelle -> Supercap -> Buck/Boost -> µC
Den Laderegler würde ich verbauen um auch größere Solarzellen zu
verwenden bzw. auch andere Akkus einzusetzen.
Der Batteriewächter wird ja nicht zwingend gebraucht oder?
Zur Eingangsschaltung:
Je nach Eingangsspannungschwankungen verändert sich deine Gatespannung
gegen Masse.
Außerdem verändert sich je nach Temperatur (indirekt über dem Laststrom
und Kanalwiderstand) die Thresholdspannung.
Du läufst GEfahr, dass du den Mosfet im Linearbetrieb betreibst und je
nach LAststrom zerstörst.
Ich spreche da aus eigener Erfahrung. :)
Hallo Migelchen,
den MOSFET werde ich für meine Anwendung nicht mehr verwenden, es kann
aber Alternativ eine Diode eingebaut werden.
Mir geht es hauptsächlich ums direkte Laden des Supercaps aus der
Solarzelle und das anschließende Spannungswandeln für den µC.
