µController mit Supercap betreiben

>Der  Ladevorgang ist nach ca. 1 1/2 sec abgeschlossen

Glaub ich nicht, wie hast Du das gemessen?

350 mA?! 350 µA wären eine Größenordnung für Supercap-Versorgung. Ein 
Kondensator ist kein Akku, die entnehmbare Energiemenge relativ gering.

Was auf dem MSP432 Launchpad braucht 350mA?!

Hans

seppl schrieb:
> Der  Ladevorgang ist nach ca. 1 1/2 sec abgeschlossen

du lädst also mit >10A ?

Chris L. schrieb:
> Ein Supercap hat einen recht hohen innenwiderstand, wodurch er nur wenig
> strom liefern kann! dein vorhaben ist so also nicht umsetzbar

Das halt ich aber fürn Gerücht ;-)

Für die Ladung bzw. Entladung wird der Supercap direkt angeschlossen.
Kann durch einen Vorwiderstand (in Serie zum Launchpad) der Strom 
begrenzt werden?

>
> Hast du mal gerechnet, wiel lange 4F die 350mA liefern könnten?
> Kleiner Tipp. Oben steht eine passende Formel.

Nach der Formel müsste sich eine Zeit t von ca. 62s ergeben. Aber warum 
bricht die Spannung nach dem der Supercap geladen ist, nach einer 
Sekunde so zusammen, dass der µC (3.3V Versorgung) nicht mehr 
funktioniert?

seppl schrieb:
> Für die Ladung bzw. Entladung wird der Supercap direkt angeschlossen.
> Kann durch einen Vorwiderstand (in Serie zum Launchpad) der Strom
> begrenzt werden?

Die hat der Goldcap schon eingebaut. Sein üblicher Innenwiderstand 
beträgt zwischen 30 und bis zu 200Ohm.
Reche bitte selbst mal aus was das bei 350mA an Ausgangsspannung 
bedeutet.

Mess vor allem mal nach deinen 1,5 Sekunden laden was überhaupt im 
Goldcap ist.
Du meinst nur er wäre vollgeladen, weil beim Laden soviel Spannung am 
Innenwiderstand abfällt.

Ich verwende folgenden Supercap: 
http://de.farnell.com/panasonic-electronic-components/eec-f5r5u105/doppelschichtkondensator-1f-5/dp/9692720

Geladen wird er normal mit Hilfe einer Solarzelle aber ich "simuliere" 
das über ein Netzgerät. Die Spannung nach 1.5s beträgt ca. 4V und der 
Ladestrom beträgt 80mA. (Beim Laden wird der Supercap nicht belastet)

Du brauchst sowas hier:

http://www.digikey.com/product-detail/en/panasonic-electronic-components/EEC-HW0D106/P11345-ND/357322

seppl schrieb:
> Die Spannung nach 1.5s beträgt ca. 4V und der
> Ladestrom beträgt 80mA.

Und welche Spannung hast du nach entfernen der Ladeschaltung nach 1,5s 
noch am Goldcap?
Auch beim Laden wirkt der Innenwiderstand! Von deinen 4V sind 
wahrscheinlich 1,5V die Spannung, die am Innenwiderstand beim Laden 
abfällt.

Grundlagen!

Na endlich rückst du mal raus mit den wesentlichen Fakten ;-)

mit 80mA kannst du 4F in 1,5s um nicht mehr als 30mV aufladen (weit weg 
von deinen 4V). Und wenn du ihn mit 80mA lädst und dann mit 350mA 
entlädst ist doch klar, dass die Entladezeit wesentlich kürzer ist als 
die Ladezeit.

Bei deinen Strömen (sowohl beim Laden als auch beim Entladen) ergibt 
sich der größte Teil des Spannungsabfalls am Innenwiderstand des 
Kondensators. Er ist für diese Anwendung (mit 350mA) schlicht 
ungeeignet. Der Vorschlag von 316.... hat einen sehr viel kleineren 
Innenwiderstand (den darfst du aber nicht auf mehr als 2,3V aufladen).

seppl schrieb:
> Die Spannung nach 1.5s beträgt ca. 4V

Glaub ich nicht.
Laut Datenblatt hat der Typ max. 30Ω Innenwiderstand.
Wenn du 5V anlegst, dann musst du mehr als 1 Minute warten, bis die vier 
einigermaßen voll sind - auch wenn der tatsächliche Innenwiderstand je 
nur 20Ω betragen sollte.
Wenn du dann 350mA entnehmen willst, sinkt die Spannung auf Grund des 
Innenwiderstandes bereits um fast 2V.

Nach dem Innenwiderstand mit 30 Ohm und dem Wert für C ergibt sich ja 
dann die Ladekonstante mit tau=R*C = 30s und nach ca. 5 tau sollte der 
Supercap voll sein -> ca.150s

Der Datenlogger soll nur 1-2mal am Tag laufen und die restliche Zeit im 
Standby-Modus verbringen. Momentan sind die 350mA noch in der 
Dauerbelastung.

HildeK schrieb:
> Wenn du 5V anlegst, dann musst du mehr als 1 Minute warten, bis die vier
> einigermaßen voll sind - auch wenn der tatsächliche Innenwiderstand je
> nur 20Ω betragen sollte.
> Wenn du dann 350mA entnehmen willst, sinkt die Spannung auf Grund des
> Innenwiderstandes bereits um fast 2V.

Aber wenn ich die 350mA mit den 20 Ohm multipliziere komme ich auf einen 
spannungsabfall von 7V??

Etwas geeigneter sind andere Supercaps mit deutlich kleinerem 
Innenwiderstand, z.B.:

<http://de.farnell.com/bussmann-by-eaton/phv-5r4v505-r/superkondensator-5f-5-4v-radial/dp/2148516>;

Ahoi, Martin

Roland E. schrieb:
> Mit einem ordinären MSP430 an einem alten 1,5F habe ich so was
> auch
> schon gemacht. Geht prinzipiell.
>
> Wie die Vorredner schon festgestellt haben, deine Caps sind nicht
> korrekt geladen vor dem Test. Beim Betrieb an Solarzellen ist noch das
> Wiedereinschaltverhalten nach Cap leer interessant, da die Spannung sehr
> langsam über den Brownout-Punkt klettern wird, aber bei Last sofort
> wieder drunter sackt.

Wie hoch war der Strombedarf der Schaltung bei dir? Bzw. haben die 
Supercaps die Nachtstunden überbrücken können?

Roland E. schrieb:
> Ein Cap, ca 15mA für 3s 1x pro 5 Minuten. Da war nach 2..3h
> Schluss.

Ah ok und hast du dann die Schaltung durch stärkere Supercaps getauscht 
oder bist du auf einen Akku umgestiegen?

Roland E. schrieb:
> Nö, war nur mal eine Spielerei aus der Restekiste zwischendurch.
> Von
> wegen Machbarkeit Solarbetrieb ohne Batterie und so. Das war das
> Dil-Trägerbord von Olimex mit dem Soic 24? drauf. F12irgendwas.
>
> Wie gesagt, der Betrieb an sich ist unkritisch. Der Start aus der
> Solarzelle macht den Spaß.

Ah ok verstehe ;)
Für meine Weiterentwicklung verwende ich folgenden Aufbau: 
Solarzelle-Buck/Boost Converter - Supercap - Buck/Boost Converter - µC 
um den ersten Protoypen zu verbessern

Chris L. schrieb:
> Ein Supercap hat einen recht hohen innenwiderstand

Da verwechselst du SuperCap wohl mit GoldCaps oder würdest du einen ESR 
unter 100mΩ wirklich als "recht hohen Innenwiderstand" bezeichnen (z.B. 
40mΩ beim 1F 5.5V DMF4B5R5G105M3DTA0 von Murata).

http://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/capacitor/edlc/o83e.pdf

Roland E. schrieb:
> Ich hatte für den längeren Zeitraum nur einen Lowdrop Linearwandler nach
> dem Cap und eine Diode davor. Die Zelle lieferte nur 5V max. Experimente
> mit einer 9V Zelle haben mir gezeigt: Solarzellen sind Stromquellen und
> es ging auch damit an dem Aufbau. Der Cap hat trotzdem nicht mehr als 5V
> aufgebaut. Die Stromausbeute der Zelle lag aber auch nur bei 90mA bei
> voller Sonne.

Hast du somit den Linearregler mit 4,7V gespeist?
Ich habe auch versucht dies mit einem LM317 durchzuführen (R1=240 Ohm 
und R2=390 Ohm). Somit müsste bei einer Eingangsspannung voin 5V eine 
Ausgangsspannung von 3.3V sein. Oder funktioniert dies erst bei einer 
höheren Eingangsspannung?

Danke Leute für eure Hilfe. Ich bin gerade dabei einen meiner Supercap 
zu vermessen, sodass ich die Lade- und Entladekurve erhalte und mit den 
berechneten Werte vergleichen kann.
Für den Ladeverlauf versorge ich den Supercap direkt mit 5.5V / 250mA.
Bei der Berechnung kann ich für tau den Innenwiderstand des Supercaps 
verwenden.
Wenn ich den Supercap direkt entlade dann habe ich ja den 
Kurzschlussfall. Gilt dann in diesem Fall nicht mehr tau = R*C ?
Bzw gibt es eine spezielle Formel für die Entladung des Kondensators mit 
Innenwiderstand oder kann dieser einfach als Widerstand angesehen 
werden?

Roland E. schrieb:
> Elkos und Supercaps per Kurzschluss entladen funktioniert nicht so toll.
> Die erholen sich wieder. Stichwort Ladungsinseln. Mal ganz davon
> abgesehen dass es nicht gut für das Bauteil ist, ist eine so gewonnene
> Kurve nicht sehr aussagekräftig.

Hallo Roland,
danke für deinen Beitrag.
Ich hatte nur angenommen, da er einen Innenwiderstand besitzt kann er 
sich ohne Probleme entladen. Da ich beim Aufladen auch keinen Widerstand 
benötigt habe, habe auch dafür ein stromgeregeltes Netzgerät verwendet 
--> Denkfehler von meiner Seite.

Beim Laden habe ich einfach den Innenwiderstand als R für die 
Zeitkonstante, beim Entladen ergibt sich mein R demnach aus dem 
Innenwiderstand und dem Lastwiderstand in Serie, wenn ich richtig liege?

Sagt mal Leute, ist es wirklich so schwer Datenblaetter zu lesen und 
dann vielleicht mal etwas zu rechnen?

Mal abgesehen davon das auch ich klassische alte Goldcap (und verwandte) 
wegen ihres hohen Innenwiderstands fuer ungeeignet halte, sie haben noch 
eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft. Sie haben nicht den einen 
Innenwiderstand mit dem man rechnen kann. So ein Kondensator besteht aus 
sehr vielen Mikrokapazitaeten zwischen denen es einen 
Uebergangswiderstand gibt. Laedt man so einen Kondensator fuer eine 
Minute auf und klemmt den dann ab so verteilt sich danach die Ladung von 
den Kondensatoren in der naehe der Eingangsklemmen auf die restlichen 
Kondensatoren.
Deshalb steht in den Datenblaettern das man die wesentlich laenger laden 
muss wenn die Kapazitaet voll nutzen will. Ich glaube wenigstens 
10-20min.

Ausserdem sei noch erwaehnt das es an einer Microcontroller Schaltung 
die 350mA braucht so einiges zu optimieren gibt. Faktor 1000 sind 
moeglich wenn man gut ist, Faktor 100 wuerde ich als immer erreichbar 
ansehen.

Olaf

Olaf schrieb:
> Deshalb steht in den Datenblaettern das man die wesentlich laenger laden
> muss wenn die Kapazitaet voll nutzen will. Ich glaube wenigstens
> 10-20min.

In dem Datenblatt wird nur ein Widerstand <=30 Ohm bei 1000Hz angeben 
und keiner bei f=0Hz. Die Rechnungen decken sich zum Teil mit der 
Messung.

Olaf schrieb:
> Ausserdem sei noch erwaehnt das es an einer Microcontroller Schaltung
> die 350mA braucht so einiges zu optimieren gibt. Faktor 1000 sind
> moeglich wenn man gut ist, Faktor 100 wuerde ich als immer erreichbar
> ansehen.

Die momentane Schaltung ist nur ein erster Prototyp, die Optimierung vom 
Faktor 1000 wird noch vorgenommen, also es handelt sich um keinen 
Endstand.

Das einzige was mir beim Laden sehr komisch vorkam war, wenn ich die 
5.5V angelegt habe, stieg die Kondensatorspannung innerhalb 1 oder 2 
Sekunden auf den Endwert. Der Strom aber benötigte mehr Zeit um auf 0 zu 
kommen.
Kann dies aufgrund des parallelgeschaltenen Innenwiderstand des 
Voltmeters?

Hab gerade folgenden Supercap bekommen und werde versuchen die 
Ladecharakteristik der Spannung aufzunehmen. 
(https://www.conrad.at/de/doppelschicht-kondensator-50-f-27-v-20-x-l-18-mm-x-40-mm-drl506s0tl40rrdap-1-st-457233.html)
Ich habe eine Frage lt. der Formel C*U/I=t kann die Zeit für das 
Aufladen berechnet werden. Aber es gibt ja tau=R*C und nach ca. 5tau 
soll der kondensator voll sein. Wenn man dies in Uc=U*(1-e^(-t/tau)) 
einsetzt erhalte ich aber unterschiedliche Werte für t.
Welche formel wird zur berechnung verwendet?

seppl schrieb:
> Hab gerade folgenden Supercap bekommen

Achte darauf, dass der nur auf maximal 2,7V aufgeladen weden darf (sonst 
geht er kaputt).

seppl schrieb:
> Welche formel wird zur berechnung verwendet?

Wenn du zum Laden eine konstante Spannung über einen Widerstand 
dranhängst, dann die mit tau=RC. Wenn du zum Laden einen konstanten 
Strom durch den Kondensator schickst, dann die mit I*t.

Achim S. schrieb:
> Wenn du zum Laden eine konstante Spannung über einen Widerstand
> dranhängst, dann die mit tau=RC. Wenn du zum Laden einen konstanten
> Strom durch den Kondensator schickst, dann die mit I*t.

ok weil ich ein netzgerät mit U=5,3V und die Strombegrenzung ist auf 
250mA eingestellt. Habe jetzt 2 in Serie geschalten habe somit 
25F/0,08ohm/5.4V.
Und wenn ich R*C berechne erhalte ich 25*0,08=2s und für 5tau=10s.
wenn ich aber die 25F*5,4V/0,25A erhalte ich 540s.

für das aufladen verwende ich keinen vorwiderstand.

seppl schrieb:
> ok weil ich ein netzgerät mit U=5,3V und die Strombegrenzung ist auf
> 250mA eingestellt.

Na, dann kannst du dir überlegen: wird das Netzgerät beim Aufladen in 
Spannungsbegrenzung bleiben (d.h. die 5,3V einprägen, den Strom zu 
Beginn bis zu 17A hochgehen lassen) - dann stimmen die 10s.

Oder wird das Netzgerät nur einen Strom von 0,25A fließen lassen und die 
Spannung entsprechend runterregeln - dann stimmen eher die 540s.

Stell die Spannung ruhig mal etwas niedriger ein als 5,3V: wenn die 
beiden Kondensatoren nicht genau gleich sind, dann laden sie sich nicht 
genau gleich auf. Der eine von beiden kann dann auch wieder eine zu 
große Spannung abkriegen.

Achim S. schrieb:
> Oder wird das Netzgerät nur einen Strom von 0,25A fließen lassen und die
> Spannung entsprechend runterregeln - dann stimmen eher die 540s.

Die Spannung bleibt gleich nur der Strom sinkt.

seppl schrieb:
> Die Spannung bleibt gleich nur der Strom sinkt.

Nein, tut es nicht.

Wenn du die Spannung vorgibst, dann stellt sich der Strom so ein wie es 
durch den Kondensator vorgegeben ist (d.h. zu Beginn des Aufladevorgangs 
auf über 10A).

Und wenn du den Strom vorgibst, dann stellt sich die Spannung so ein wie 
es durch den Kondensator vorgegeben ist (d.h. zu Beginn des 
Aufladevorgangs auf sehr kleine Spannungswerte).

Spannung und Strom gleichzeitig vorgeben geht nicht. Mit deiner 
Einstellung am Netzgerät gibst du nur den Maximalwert für beide Größen 
vor. Ob das Gerät dann in Spannungs- oder in Strombegrenzung arbeitet, 
entscheidet sich durch die Last (d.h. den Kondensator).

seppl schrieb:
> In dem Datenblatt wird nur ein Widerstand <=30 Ohm bei 1000Hz angeben
> und keiner bei f=0Hz.

Dein "SuperCap" ist ein GoldCap. Sonst stände vor der Einheit vom ESR 
ein kleines "m".

Mein netzgerät kann 30V und beim strom kann es 2A liefern. Habe die 
spannung auf 5,5v in leerlauf eingestellt und den strom im ks auf 0,5a. 
Der strom stellt sich beim laden auf 150ma bei 37ohm

seppl schrieb:
> Mein netzgerät kann 30V und beim strom kann es 2A liefern.

Das sind die Grenzen, die das Netzteil liefern kann.

seppl schrieb:
> Habe die
> spannung auf 5,5v in leerlauf eingestellt und den strom im ks auf 0,5a.

Damit legst du fest, was das Netzteil liefern darf. Wobei diese Zahlen 
nicht mit dem übereinstimmen, was drei Beiträge zuvor geschrieben hast.

seppl schrieb:
> Der strom stellt sich beim laden auf 150ma bei 37ohm

Nicht, wenn du das Netzteil an deinen neuen Supercap hängst. Der hat 
nämlich keine 37Ohm Serienwiderstand. Zumindest nicht nach dem, was du 
als Datenblatt verlinkt hast.

Ich habe am anfang ohne die 38 ohm getestet. Ich will durch das netzteil 
eine solarzelle simulieren welche mir aber nur 350ma liefern kann. Wenn 
ich die strombegrenzung auf diesen wert einstelle habe ich aber weniger 
zur verfügung. Komisch da es ja in die strombegrenzung wechseln müsste 
oder?

Meister: wenn du von einem Beitrag zum nächsten alle Randbedingungen 
änderst ohne das zu erzählen, dann ist es schwer mit dir zu diskutieren. 
Mal 250mA Strombegrenzung, mal 500mA. Mal kein Widerstand, dann 37 Ohm, 
dann 38Ohm. Entscheide dich mal, welche Schaltungsvariante du 
diskutieren willst, und wirf nicht alle durcheinander.

Zurück zu deiner Frage von 18:33 Uhr: wenn du das Netzteil auf 5,3V und 
250mA einstellst und deinen neuen Supercap ohne externen Widerstand dran 
hängst, dann ist es sehr eindeutig, ob der Kondensator mit 
Konstantspannung oder mit Konstantstrom geladen wird. Und dann ist auch 
klar, ob das ein paar Sekunden oder ein paar Minuten dauert.

Entschuldigung bin gerade sehr durch den wind es handelt sich um eine 
konstantspannungsquelle handelt da die spannung gleich bleibt

ok.

Dein Netzteil kann sowohl die Spannung konstant halten (wenn es im 
Spannungslimit läuft - dann stellt sich der Strom entsprechend ein). Es 
kann aber auch den Strom konstant halten, wenn es im Stromlimit läuft - 
dann stellt sich die Spannung entsprechend ein.

Wenn du den niederohmigen Supercap ohne Zusatzwiderstand dranhängst, 
dann wird das Stromlimit zuschlagen. Dann lädst du den Kondensator mit 
250mA über einige Minuten auf. Und zwar so lange, bis du ans 
Spannungslimit anschlägst (5,3V).

Wenn du zusätzlich einen externen Widerstand von 37Ohm vorschaltest, um 
das Verhalten deiner Solarzelle zu simulieren, dann begrenzt der 
Widerstand den Strom auf einen Wert unterhalb des Stromlimits - damit 
läuft das Netzteil tatsächlich Spannungsbegrenzt und es zählt die 
RC-Zeitkonstante aus externem Widerstand und der Kapazität.

Eine Spannungsquelle mit Zusatzwiderstand von 37Ohm ist übrigens keine 
besonders gute Simulation für eine Solarzelle. Eine Solarzelle arbeitet 
bis nahe an die Leerlaufspannung als halbwegs gute Stromquelle (ob sie 
die nominellen 350mA liefert hängt allerdings von der Beleuchtung ab, 
bei weniger Licht ist der Strom entsprechend kleiner).

Danke für deine Tips. Habe jetzt den Supercap mit konstanten 350mA (sry 
habe ich davor fälschlicherweise falsch angeschrieben). Lt. Rechnung 
t=C*U/I ergibt sich 385s (6min 25sec) aber die messung hat nach knapp 
5min und 26sec die 2.7V erreicht.

Ich hätte noch eine letzte frage ist es möglich den goldcap mit dem 
innenwiderstand 30 ohm in der strombegrenzung mit dem netzgerät zu 
laden?