Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Superkondensator Ladeschaltung


von Benji (Gast)


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Hallo Leute!

Ich bin auf der Suche nach einer geeigneten Ladeschaltung für einen 
Superkondensator. Folgende Ausgangssituation: Ich habe ein MSP430FR5969 
Launchpad [1] und ein AS3955 DemoKit [2] (NFC Tag Interface). Der AS3955 
kann aus dem HF-Feld Energy Harvesting betreiben (1,8V...4,5V @ 5mA). 
Mit dieser Energiequelle würde ich gerne den SuperCap (C=0,1F) auf dem 
Launchpad aufladen. Als Ladeschaltung möchte ich die angehängte 
Schaltung verwenden. Da ich das Launchpad nicht umbauen möchte und nur 
über ein eigenes Boosterpack verwenden möchte, habe ich einen P-Kanal 
MOSFET als Highside Switch gewählt. Dieser wird mit Hilfe des N-Kanal 
MOSFET durch den uC geschalten, wenn geladen werden soll. Über den 
Daumen würde ein Ladevorgang 5 Minuten dauern. Nun würde ich gerne den 
Ladevorgang etwas beschleunigen. Die Möglichkeit mit einer 
Konstanstromquelle, fällt aufgrund des SuperCap aus. Ideal wäre es wenn 
ich auf einfachem (Energie sparsamen) Wege, den Ladewiderstand variieren 
könnte. Könnte man mit einer Spannungsmessung am Kondensator und mit 
einem DAC an der MOSFET Stufe, den Ladewiderstand variieren? Oder mit 
einem Stromspiegel + Konstanstromsenke den Ladestrom direkt 
beeinflussen?
Die Schottky Diode ist dafür da, den uC zu betreiben, wenn das 
NFC-Tag-Interface keine Spannung liefert.
Ich bedanke mich schon im Vorraus für eure Hilfe!



[1] http://www.ti.com/tool/MSP-EXP430FR5969
[2] 
http://ams.com/eng/Support/Demoboards/Wireless-Connectivity/Sensor-Tags-Interfaces/AS3955-Demo-Kit

: Verschoben durch User
von THOR (Gast)


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Deine momentane Schaltung (ohne auf die Details eingehen zu wollen) 
macht ne Linearregelung.
Damit verheizt du Energie (imho genau die Hälfte, sofern Vin = 
Vladeschluss ist).

Ggf. brauchst du nen Schaltregler mit Strombegrenzung, das wäre 
effizienter.

Den Vorgang einfach zu beschleunigen ist einfach: den Ladestrom erhöhen.

von Benji (Gast)


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Im obigen Entwurf werden die MOSFETs rein als Schalter verwendet. Ja 
Rcharge verbrät Energie beim Laden. Allerdings muss ich im 
Einschaltzeitpunkt den Ladestrom begrenzen.

Jap Ladestrom erhöhen! Nun ist die Frage wie das am geschicktesten und 
elegantesten geht. :)

In wie fern würde mir ein Schaltregler weiterhelfen? Die Ladespannung 
kann ich am SuperCap ja nicht beliebig erhöhen. Diese sind nicht sehr 
spannungsfest.

von THOR (Gast)


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Benji schrieb:
> Im obigen Entwurf werden die MOSFETs rein als Schalter verwendet.

Q1 nicht wirklich, Ugs kann bei 3,6V Vin auch schon sehr nahe an Uth 
kommen, was Q1 zu einer Stromquelle macht. Das hängt jetzt ein bischen 
davon ab, welche Spannungen am SC anliegen und was das für ein FET ist.

> Rcharge verbrät Energie beim Laden. Allerdings muss ich im
> Einschaltzeitpunkt den Ladestrom begrenzen.

Den musst du die ganze Zeit begrenzen. Auf nen konstanten Wert am 
besten. Stromverlauf am Widerstand ist allerdings nicht konstant sondern 
e-Funktion.

> Jap Ladestrom erhöhen! Nun ist die Frage wie das am geschicktesten und
> elegantesten geht. :)

FET oder BJT als Stromquelle betreiben, Ladewiderstand weglassen. Ube 
Konstantstromquelle wäre so ne übliche Lösung.

> In wie fern würde mir ein Schaltregler weiterhelfen? Die Ladespannung
> kann ich am SuperCap ja nicht beliebig erhöhen.

Ein Schaltregler kann auf ne maximale Spannung und nen maximalen Strom 
eingestellt werden, verbrät aber nicht so viel Leistung wie eine linear 
geregelte Konstantstromquelle. Bei Energy Harvesting empfiehlt sich 
sowas.

> Diese sind nicht sehr spannungsfest.

Achwas.

von Benji (Gast)


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Danke für die Antwort, ich werd mir das einmal genauer anschauen.

von Harald W. (wilhelms)


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Benji schrieb:

> Ich bin auf der Suche nach einer geeigneten Ladeschaltung für einen
> Superkondensator.

Was verstehst Du dadrunter? Einen hoch- oder niederimpedanten
Doppelschichtkondensator? Je nach Typ sind unterschiedliche
Lade/Entladeströme zulässig. Siehe Datenblatt.

> Die Möglichkeit mit einer
> Konstanstromquelle, fällt aufgrund des SuperCap aus.

Grundsätzlich ist das die übliche  und schnellste Methode.
Allerdings scheuen manche den zusätzlichen Aufwand

> Ideal wäre es wenn
> ich auf einfachem (Energie sparsamen) Wege, den Ladewiderstand variieren
> könnte.

Sowas nennt man Stromquelle. :-)

von Benji (Gast)


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THOR schrieb:
> FET oder BJT als Stromquelle betreiben, Ladewiderstand weglassen. Ube
> Konstantstromquelle wäre so ne übliche Lösung.

Ah sowas wie im verlinkten Artikel steht, hatte ich mir eh auch schon 
überlegt. Nur erschien mir das irgendwie, warum auch immer, nicht so 
ideal. Aber ich werde mich einmal genauer damit auseinander setzen.

Harald W. schrieb:
> Was verstehst Du dadrunter? Einen hoch- oder niederimpedanten
> Doppelschichtkondensator? Je nach Typ sind unterschiedliche
> Lade/Entladeströme zulässig. Siehe Datenblatt.

Doppelschichtkondensator
http://www.mouser.at/ProductDetail/Panasonic/EEC-S0HD104H/?qs=ANJC8C65Mw5lhF9MN2e2yg%3D%3D

> Sowas nennt man Stromquelle. :-)

Aye :)

von Benji (Gast)


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Würde sich ein LM134 anbieten? Dieses Bauteil sieht sehr interessant 
aus.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm334.pdf

Kann ich damit einfach "Rcharge" ersetzen?

von THOR (Gast)


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Benji schrieb:
> Würde sich ein LM134 anbieten? Dieses Bauteil sieht sehr
> interessant
> aus.
> http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm334.pdf
>
> Kann ich damit einfach "Rcharge" ersetzen?

Ja, aber einerseits nur 10mA und zweitens wieder ein Linearregler. Ich 
dachte du machst Energy Harvesting und willst daher guten Wirkungsgrad?

von Harald W. (wilhelms)


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Benji schrieb:

> Im obigen Entwurf werden die MOSFETs rein als Schalter verwendet. Ja
> Rcharge verbrät Energie beim Laden.

Um einen Kondensator an einer Spannungsquelle aufzuladen, brauchst
Du immer einen Ladewiderstand. An diesem wird wie Thor schon gesagt
hat, die Hälfte der Energie "verbraten".

> In wie fern würde mir ein Schaltregler weiterhelfen?

Dort wird der Widerstand durch eine Induktivität ersetzt. Diese hat
zumindest theoretisch keine Verluste. Aber auch ein Schaltregler
kann in der Praxis nicht verlustfrei arbeiten. Insbesondere bei
derart kleinen Spannungen.

von Benji (Gast)


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THOR schrieb:

> Ja, aber einerseits nur 10mA und zweitens wieder ein Linearregler. Ich
> dachte du machst Energy Harvesting und willst daher guten Wirkungsgrad?

Der AS3955 spuckt ja auch nur 5mA aus?

von THOR (Gast)


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Benji schrieb:
> THOR schrieb:
>
>> Ja, aber einerseits nur 10mA und zweitens wieder ein Linearregler. Ich
>> dachte du machst Energy Harvesting und willst daher guten Wirkungsgrad?
>
> Der AS3955 spuckt ja auch nur 5mA aus?

http://ams.com/eng/Products/Wireless-Connectivity/Sensor-Tags-Interfaces/AS3955

Wirklich der IC?

von Benji (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Benji schrieb:
>
>> Im obigen Entwurf werden die MOSFETs rein als Schalter verwendet. Ja
>> Rcharge verbrät Energie beim Laden.
>
> Um einen Kondensator an einer Spannungsquelle aufzuladen, brauchst
> Du immer einen Ladewiderstand. An diesem wird wie Thor schon gesagt
> hat, die Hälfte der Energie "verbraten".
>
>> In wie fern würde mir ein Schaltregler weiterhelfen?
>
> Dort wird der Widerstand durch eine Induktivität ersetzt. Diese hat
> zumindest theoretisch keine Verluste. Aber auch ein Schaltregler
> kann in der Praxis nicht verlustfrei arbeiten. Insbesondere bei
> derart kleinen Spannungen.

Danke, aber das ist mir eigentlich alles bewusst.

THOR schrieb:
> Wirklich der IC?

Ja. Im Fokus des ganzen steht nicht das Laden. Es ist nur der Teil des 
ganzen, bei dem mein Wissen nicht so Tief ist. ;)

Ich danke euch beiden auf jeden Fall für euer Helfen!

von Benji (Gast)


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Hallo!

Könnte ein Schaltregler bei solch kleinen Leistungen, überhaupt mit 
einer so großen kapazitiven Last (0.1F) umgehen?

lg
Benji

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