Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Supercap für 10sek Überbrückung für BLE-Modul


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von Markus B. (pspracers)


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Guten Morgen :)

Ich versuche derzeit die Verwendung von Supercaps zu verstehen. Konkret 
möchte ich für ein Werkzeug welches oft umgesteckt wird und ein 
Bluetooth Low Energy Modul (BLE113) beinhaltet einen Supercap verbauen 
um ca. 10sek die für das Umstecken benötigt werden zu überbrücken. Der 
Sinn dahinter: die BLE-Verbindung sollte nicht abgebrochen werden.

Nun habe ich 10mA IDLE-Strom für den BLE113 angenommen (siehe 
Datenblatt, Digramm auf seite 14) und mittels der Formel

C = I*T/(V1-V2) = 10mA*10s/(3,3V-2,0V) = 0,077F

für den Kondensator berechnet.
(der Kondensator soll direkt mit der Betriebsspannung des BLE113 geladen 
werden, diese ist 3,3V, der BLE fällt bei 2,0V aus)

Leider habe ich nun das Problem mit dem Entladestrom, da dieser für 
solche kleinen Supercaps wohl zu groß ist :/
gefallen würde mir zB dieser hier:
http://at.farnell.com/kemet/fc0h104zftbr24/superkondensator-0-1f-5-5v-smd/dp/2362048RL
nur habe ich im Datenblatt auf seite 3 unten den vermerk gefunden, dass 
diese Caps für den eher typischen Verwendungszweck als RTC-Stromquelle 
verwendet werden. Gibt es den andere Kondensatoren welche ich für diesen 
Zweck verwenden kann, oder hab ich mich schon mit der Formel vertan? Bin 
da noch nicht so standfest :/

Vielen Dank für eure Hilfe und ein wunderschönen Freitag noch. :)

LG Markus

BLE113: 
https://www.silabs.com/products/wireless/bluetooth/bluetooth-low-energy-modules/ble113-bluetooth-smart-module

EDIT: Hab noch vergessen zu schreiben das ich explizit nach einer SMD 
Variante gesucht habe :)

: Bearbeitet durch User
von Der Andere (Gast)


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Warum so klein? Nimm einen 1F Goldcap und gut ist. Ausprobieren, falls 
der Innenwiderstand zu hoch ist mehrere kleine Goldcaps parallel 
schalten.

Mal sehen ob jetzt wieder Zusatzbedingnungen kommen wie "Ich hab kein 
Platz" oder "zu teuer ist für ein Serienprodukt", usw ;-)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Aus diesem Kondensator ziehe ich in einer kleinen '3-Weisse-LED mit 3 
Vorwiderständen' Taschenlampe rund 15-20mA und das hält etwa 3-4 
Minuten:
https://www.pollin.de/p/gold-cap-210524

Sollte also kein Problem sein. Allerdings lade ich den Cap auf etwa 5V 
auf und erlaube ihm ein Absinken bis zur Schwellspannung der LED, die 
bei etwa 3,1V liegt.
Wenn du den Cap nur mit 3,3V lädst, ist er logischerweise auch schnell 
unter den 3,3V.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Markus B. schrieb:
> Leider habe ich nun das Problem mit dem Entladestrom, da dieser für
> solche kleinen Supercaps wohl zu groß ist :/
Du suchst falsch. Das ist ein alter GoldCap. Heutige SuperCaps haben 
Innenwiderstände im mOhm Bereich.

Aber "Äquivalenter Serienwiderstand (ESR): 25ohm" klingt doch noch 
brauchbar für deinen Anwendungsbereich...

> (der Kondensator soll direkt mit der Betriebsspannung des BLE113 geladen
> werden, diese ist 3,3V, der BLE fällt bei 2,0V aus)
Da hast du jetzt Probleme mit den "üblichen" Spupercaps: die haben 
Spannungen um 2,7V. Du musst also 2 in Reihe schalten und hast deshalb 
nur die halbe Kapazität.
http://www.nesscap.com/ultracapacitor/EDLC/Supercapacitor/Small_cell_supercapacitor_family/Lead_wired_capacitor.jsp

: Bearbeitet durch Moderator
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Lothar M. schrieb:
> die haben
> Spannungen um 2,7V.

Deswegen schlug ich (und der Andere) den 1F/5,5V vor. Kostet nun auch 
nicht die Welt und puffert die paar mA brauchbar.

: Bearbeitet durch User
von Markus B. (pspracers)


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Hallo,

danke für die schnellen Antworten.

Der Andere schrieb:
> Warum so klein? Nimm einen 1F Goldcap und gut ist. Ausprobieren, falls
> der Innenwiderstand zu hoch ist mehrere kleine Goldcaps parallel
> schalten.
>
> Mal sehen ob jetzt wieder Zusatzbedingnungen kommen wie "Ich hab kein
> Platz" oder "zu teuer ist für ein Serienprodukt", usw ;-)

in der Tat habe ich eine Zusatzbedingung: Vorgeschalten an den BLE113 
habe ich einen iCoupler, dieser Liefert mir die isolierte Versorgung von 
3,3V bei max. 60mA, von diesen 60mA muss ich 20mA abziehen um den BLE113 
zu aktivieren, bleiben mir 40mA um den Kondensator zu laden.
bei einem 1F Kondensator ist sind das:
Tau = R*C = (3,3V/40mA)*1F = 82,5sek
5*Tau sind dann bei fast 5 Minuten, und das ist zuviel. Da muss man 
immer 5 Minuten warten bis man das Gerät verwenden kann wie es angedacht 
ist. Bei einem 0,1F sind es nur gut 40sek Ladezeit, das wäre schon 
optimal, die Zeit braucht man eh bis man sich erstmalig mit dem BLE113 
verbunden hat.

Matthias S. schrieb:
> Aus diesem Kondensator ziehe ich in einer kleinen '3-Weisse-LED mit 3
> Vorwiderständen' Taschenlampe rund 15-20mA und das hält etwa 3-4
> Minuten:
> https://www.pollin.de/p/gold-cap-210524
>
> Sollte also kein Problem sein. Allerdings lade ich den Cap auf etwa 5V
> auf und erlaube ihm ein Absinken bis zur Schwellspannung der LED, die
> bei etwa 3,1V liegt.
> Wenn du den Cap nur mit 3,3V lädst, ist er logischerweise auch schnell
> unter den 3,3V.

Auch das ist leider ein 1F Kondensator :/
Laden kann ich ihn leider nur mit maximal 3,3V

von Falk B. (falk)


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@Markus B. (pspracers)

>Nun habe ich 10mA IDLE-Strom für den BLE113 angenommen (siehe
>Datenblatt, Digramm auf seite 14) und mittels der Formel

>C = I*T/(V1-V2) = 10mA*10s/(3,3V-2,0V) = 0,077F

>für den Kondensator berechnet.

Kommt hin. Aber man will schon ein paar Reserven haben, denn Diese 
Kondensatoren haben recht hohe Toleranzen. Also praktisch eher 
200-500mF.

>(der Kondensator soll direkt mit der Betriebsspannung des BLE113 geladen
>werden, diese ist 3,3V, der BLE fällt bei 2,0V aus)

Ein weiterer Grund, die Kapazität deutlich höher zu wählen.

>Leider habe ich nun das Problem mit dem Entladestrom, da dieser für
>solche kleinen Supercaps wohl zu groß ist :/

Hä?

Die "echten" Supercaps von heute verkraften sehr hohe Entladeströme im 
Amperebereich. Die "alten" Supercaps aka Goldcaps tun das nicht, die 
sind auf Entladeströme im einstelligen mA-Bereich und weniger ausgelegt.

>gefallen würde mir zB dieser hier:
>http://at.farnell.com/kemet/fc0h104zftbr24/superko...

Das ist ein der alten Bauart, 25Ohm Innenwiderstand. Macht bei 10mA 
250mV Spannungsabfall.

>verwendet werden. Gibt es den andere Kondensatoren welche ich für diesen
>Zweck verwenden kann,

Sicher.

http://at.farnell.com/w/c/passive-bauelemente/kondensatoren/super-ultra-doppelschichtkondensatoren?kapazitat=0.22f|0.24f|0.2f|0.33f|0.47f|0.4f|0.5f|0.68f&nennspannung=3.3v|3.5v|3.6v|3.6vdc|4.2v|5.4v|5.5v|5.5vdc|5v&aquivalenter-serienwiderstand-esr-=0.008ohm|0.042ohm|0.045ohm|0.13ohm|0.3ohm|0.4ohm|0.8ohm|1.8ohm|1ohm

von Falk B. (falk)


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@Markus B. (pspracers)

>3,3V bei max. 60mA, von diesen 60mA muss ich 20mA abziehen um den BLE113
>zu aktivieren, bleiben mir 40mA um den Kondensator zu laden.
>bei einem 1F Kondensator ist sind das:
>Tau = R*C = (3,3V/40mA)*1F = 82,5sek

>5*Tau sind dann bei fast 5 Minuten, und das ist zuviel.

Du brauchst keine 5tau, bestenfalls 2tau.

>ist. Bei einem 0,1F sind es nur gut 40sek Ladezeit, das wäre schon
>optimal, die Zeit braucht man eh bis man sich erstmalig mit dem BLE113
>verbunden hat.

Man kann es aber auch anders machen. Man schaltet den Kondensator über 
einen Widerstand an die Stromversorgung, der begrenzt den Ladestrom und 
verhindert einen Kurzschluß beim Laden. Dann steht dein Modul sofort zur 
Verfügung. Die Ladung dauert dann zwar etwas länger, aber so what!

R = U / I = 3,3V / 40mA = 82 R

Für die Entladung schaltet man dem Widerstand eine Schottkydiode 
antiparallel. Die kostet zwar 0,4V Spannungsabfall, aber bei einem 
größeren Kondensator ist das OK.

von Markus B. (pspracers)


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Lothar M. schrieb:
> Du suchst falsch. Das ist ein alter GoldCap. Heutige SuperCaps haben
> Innenwiderstände im mOhm Bereich.
>
> Aber "Äquivalenter Serienwiderstand (ESR): 25ohm" klingt doch noch
> brauchbar für deinen Anwendungsbereich...

geht es hier nur um den ESR des Caps? Ich dachte das zu viel Strom zu 
ziehen als angedacht den Cap schneller altern lässt?

Lothar M. schrieb:
> Da hast du jetzt Probleme mit den "üblichen" Spupercaps: die haben
> Spannungen um 2,7V. Du musst also 2 in Reihe schalten und hast deshalb
> nur die halbe Kapazität.

Aber der von mir verlinkte nicht?!^^

von Markus B. (pspracers)


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Falk B. schrieb:
> Die "echten" Supercaps von heute verkraften sehr hohe Entladeströme im
> Amperebereich. Die "alten" Supercaps aka Goldcaps tun das nicht, die
> sind auf Entladeströme im einstelligen mA-Bereich und weniger ausgelegt.

Danke, das hat mich bisher immer verwirrt, da ich noch keine guten 
Angaben in datenblättern finden konnte! :)

Falk B. schrieb:
> Du brauchst keine 5tau, bestenfalls 2tau.

Wie Das? dann ist der Kondensator doch erst bei ca 80% Ladung
zudem steht hier: 
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0208301.htm

im Absatz über Eigenschaften:
"Ein nur teilgeladener Gold-Cap verliert nach dem Abschalten der 
Spannungsquelle sofort seine Ladespannung!"

Falk B. schrieb:
> Man kann es aber auch anders machen. Man schaltet den Kondensator über
> einen Widerstand an die Stromversorgung, der begrenzt den Ladestrom und
> verhindert einen Kurzschluß beim Laden. Dann steht dein Modul sofort zur
> Verfügung. Die Ladung dauert dann zwar etwas länger, aber so what!
>
> R = U / I = 3,3V / 40mA = 82 R

ist das nicht ident mit meiner Annahme? Also Stromversorgung ist der 
isolierte Ausgang von iCoupler



Vielen Dank! Mit soviel Reaktion hab ich nicht gerechnet! :)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Markus B. schrieb:
> zudem steht hier:
> http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0208301.htm
> im Absatz über Eigenschaften:
> "Ein nur teilgeladener Gold-Cap verliert nach dem Abschalten der
> Spannungsquelle sofort seine Ladespannung!"
Wenn die Spannungsquelle die Ladespannung ist, dann verliert er die 
natürlich, wenn man sie abschaltet.

Mit dieser Zeile ist gemeint, dass ein alter Goldcap, der direkt an eine 
Spannung angeschlossen ist, über seinen Innenwiderstand geladen wird. 
Und wenn man dann die Ladespannung wegnimmt, dann sieht man an den 
Klemmen die Spannung, auf die der Goldcap bis dahin aufgeladen wurde.


Markus B. schrieb:
> Aber der von mir verlinkte nicht?!^^
Nein. GoldCaps verwenden eine alte Technik.
Die neuen SuperCaps oder UltraCaps oder wasauchimmer sind da in einer 
ganz anderen Liga unterwegs. Bei fast allen Parametern...

Viele verwechseln diese Bauteile und deren Bezeichnungen, oder setzen 
sie einfach gleich.

: Bearbeitet durch Moderator
von Markus B. (pspracers)


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Lothar M. schrieb:
> Wenn die Spannungsquelle die Ladespannung ist, dann verliert er die
> natürlich, wenn man sie abschaltet.
>
> Mit dieser Zeile ist gemeint, dass ein alter Goldcap, der direkt an eine
> Spannung angeschlossen ist, über seinen Innenwiderstand geladen wird.
> Und wenn man dann die Ladespannung wegnimmt, dann sieht man an den
> Klemmen die Spannung, auf die der Goldcap bis dahin aufgeladen wurde.

Ahh, Perfekt, ist mir jetzt klar, habs das falsch interpretiert.

Lothar M. schrieb:
> Nein. GoldCaps verwenden eine alte Technik.
> Die neuen SuperCaps oder UltraCaps oder wasauchimmer sind da in einer
> ganz anderen Liga unterwegs. Bei fast allen Parametern...
>
> Viele verwechseln diese Bauteile und deren Bezeichnungen, oder setzen
> sie einfach gleich.

Dazu hab ich auch bereits verschiedenste Meinungen gelesen. Manche 
behaupten Goldcap = Supercap ander Goldcap != Supercap
wenn man sich den ESR ansieht kennt man einen Unterschied.


Dieser hier würde denke ich passen:
http://at.farnell.com/murata/dmt3n4r2u224m3dta0/superkondensator-0-22uf-4-2v-smd/dp/2671594

den würde ich dann mit einem 82Ohm Widerstand an die Versorgungsspannung 
vom iCoupler hängen :)
Test werden zeigen ob 2 Tau genug sind :)

Vielen Dank!

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Markus B. schrieb:
> wenn man sich den ESR ansieht kennt man einen Unterschied.
Auch wenn man sich die maximale Spannug ansieht und die erreichbaren 
Kapazitäten und die Selbstentladung usw. usf.

> Dieser hier würde denke ich passen:
Ein Retrofit für LiPo-Akkus? Cool.
Und auch der Leckstrom ist mit 1µA sinnvoll niedrig:
http://www.murata.com/~/media/webrenewal/products/capacitor/edlc/feature/edlc%20dmt220mf_datasheet.ashx?la=en

von Markus B. (pspracers)


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Lothar M. schrieb:
> Markus B. schrieb:
>> wenn man sich den ESR ansieht kennt man einen Unterschied.
> Auch wenn man sich die maximale Spannug ansieht und die erreichbaren
> Kapazitäten und die Selbstentladung usw. usf.
>
>> Dieser hier würde denke ich passen:
> Ein Retrofit für LiPo-Akkus? Cool.
> Und auch der Leckstrom ist mit 1µA sinnvoll niedrig:
> http://www.murata.com/~/media/webrenewal/products/...

Perfekt! Dann bau ich mal den ersten Prototyp. Vielen Dank

von Falk B. (falk)


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@Markus B. (pspracers)

>Wie Das? dann ist der Kondensator doch erst bei ca 80% Ladung
>zudem steht hier:

Im Prinzip ja, aber das gilt nur für die reine RC-Ladung. Dein iCoupler 
ist aber eher eine Konstantstromquelle (wenn er überhaupt so lange einen 
Quasikurzschluß verträgt). Damit geht es schneller, vor allem auf den 
letzten Metern, ähhh Volt ;-)

>"Ein nur teilgeladener Gold-Cap verliert nach dem Abschalten der
>Spannungsquelle sofort seine Ladespannung!"

Das ist Unsinn. Oder zumindest mißverständlich.

>> R = U / I = 3,3V / 40mA = 82 R

>ist das nicht ident mit meiner Annahme? Also Stromversorgung ist der
>isolierte Ausgang von iCoupler

Nein. Denn mit dem Entkoppelwiderstand steht sofort die volle Spannung 
am Modul zur Verfügung, während der Superkondensator langsam aufgeladen 
wird.

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar M. schrieb:

> Viele verwechseln diese Bauteile und deren Bezeichnungen, oder setzen
> sie einfach gleich.

Am besten vermeidet man Firmenbezeichnungen wie "Spuperkondensator"
oder "Golcap", und benutzt die allgemeine Bezeichnung: Doppelschicht-
kondensator. Man muss dann nur noch beachten, das es von verschiedenen
Firmen verschiedene Ausführungen solcher Kondensatoren gibt, die sich
z.B. durch unterschiedlichennenwiderstände unterscheiden. Der Innen-
widerstand sollte immer zum gewünschten Strom passen.

von Markus B. (pspracers)


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Guten Morgen,

Seit gestern grüble ich nun wie ich den Vorwiderstand des Kondensators 
bei gebrauch der Kondensatorladung überbrücken kann. Sobald ich das 
Werkzeug umstecken möchte läuft der BLE113 mit max. 10mA. Das ergibt 
aber mit
U = R*I = 82Ohm*10mA=0,82V am Ladewiderstand
3,3V-0,82V = 2,48V für den BLE113
Zusätzlich habe ich noch den Drop am Beginn des Entladevorgangs (der ist 
aber mit 0,3*50mA = 15mV dank des kleinen ESR sehr klein) (50mA aus 40mA 
Ladewiderstand und 10mA für den BLE113)

Also sehe ich als einzige Lösung den Ladewiderstand kurzzuschließen 
sobald das Werkzeug vom System getrennt ist und umgesteckt wird.
Ich dachte da an ein Selbstleitendes MOSFET, kenn mich in dem Bereich 
aber nicht so gut aus :/ Gibts da Typen dir ihr mir empfehlen könnt?

Vielen lieben Dank! :)

lg Markus

von Markus B. (pspracers)


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Hab es erstmal mit einer P-Mosfet Strombegrenzerschaltung versucht, 
gefällt mir ansich schon sehr gut.

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