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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik umschalten zw. Solarezelle und Goldcap


Autor: luxx (Gast)
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Hallo
icjh will einen uC mit einer Solarzelle und zur Pufferung einen GoldCap
verwenden. Wie bau ich die schaltung am besten auf?

mfg
luxx

Autor: Rahul (Gast)
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Aufm Steckbrett mit bedrahteten Bauteilen.
Wenn es irgendwo eingebaut werden soll als Einzelstück auf
Lochraster-Platine.

Autor: pcb (Gast)
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Jetzt aber im Ernst. Ich habe das gleiche Vorhaben. Kenn jemand 
irgenwelchge Appnotes oder andere Beispiele, wo man sowas nachschauen 
könnte, wie die anderen das machen?
Danke.

Autor: Jörg S. (Gast)
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Wie wäre es mit 3 Dioden?


PV -----------|>|-------------- µC
      |                  |
      |--|>|--------|>|--|
                |
               === Goldcap
                |
               _|_

Autor: boxi (Gast)
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krasser spannungsabfall an den dioden?

Autor: Flo (Gast)
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warum nicht eine diode?

sz------->|---|-----mc
              |
              =
              |
              -

Autor: pcb (Gast)
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würde ees denn gar ohne diode funktionieren? Die solarzelle ist doch wie 
eine Diode(hat manchmal den gleichen schaltzeichen). bei mir würde eine 
solarzelle max 10 mA liefern können, man brauch also keine 
strombegrenzung oder?

Autor: Pyro (Gast)
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Es geht hier weniger um den Strom sondern um das Entladen des 
Kondensators durch die Solarzelle.

Autor: Jörg S. (Gast)
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> krasser spannungsabfall an den dioden?
Mit sowas wie ner BAS85 wären es ~0,3V, je nach Strom.

Autor: JensG (Gast)
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Es komplett ohne Diode zu versuchen würde ich zumindest bei größeren 
Solarpanels nicht ohne vorherige Tests machen. Denn soweit ich weis, 
haben die Solarpanels aufgrund ihrer Fläsche einen recht hohen 
Sperrstrom, was den Goldkap sicherlich früher oder später leersaugen 
dürfte, wenns längere Zeit dunkel ist.

Autor: JensG (Gast)
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oh ich merke grad - es ging wohl eher um kleine Solarzellen, nicht 
Panels. Aber das Thema Reststrom (nicht Sperrstrom wie ich erst meinte) 
würde ich trotzdem ohne diesbezüglicher Tests nicht unberücksichtigt 
lassen

Autor: Hagen Re (hagen)
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Ich habe die Schaltung im Anhang benutzt. Sie funktioniert wie eine 
Diode in Serie zum Solarpanel mit dem Unterschied das sie nur <10mV 
Spannungsabfall hat. Für den MOSFET sollte man einen besseren Typ 
benutzen, mit kleinem Gate Threshold. Ist aber für kleine Panels 
konzipiert.

Gruß Hagen

Autor: Pcb (Gast)
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@ Hagen Re:
Dankeschön für die Schaltung.
Ja es geht hier um eine kleine Solarzelle. Das Ganze soll ein msp430 
betreiben(min mit 3,3 V), der nur einmal pro Sekunde was kurz machen 
soll. Das Ganze soll tragbar sein und vielleicht ganz ohne Battarie 
auskommen.
 Hagen, könntest Du mal erklären, wie die schaltung im Groben 
funktioniert? Hast du die selbst entworfen oder von irgendwo übernohmen?
Wür welche Spannung ist die Schaltung ausgelegt worden?
Gab es eien andere Stromversorgung Batterie oder Akku?
Danke.

Autor: JensG (Gast)
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mir ist die Schaltung auch etwas unklar - woher bekommt M2 eine positive 
Gatespannung zum Durchschalten? Über eine der Dioden? Die sind dafür 
verkehrtherum. Und irgendwelche Schleichstrecken über die Transis kommen 
eigentlich auch nicht in Frage.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Entworfen habe ich sie um ein kleines Solarpanel einer Gartenlampe zu 
benutzen. Als Akku habe ich einen 1.2V NiMh Akku benutzt. Das Solarpanel 
lieferte ca. 5.3V im Leerlauf aber nur bei starker Sonnenbestrahlung. 
Der max. Strom den man raussiehen konnt lag bei 30mA. Die Spannung brach 
dann aber auf ca. 1.5V ein. Die Schaltung ansich trennt das Solarpanel 
immer dann wenn die gelieferte Spannung des Solarpanels <= VBat ist. 
Wenn die Spannung am Solarpanel > VBat + 10mV ist schaltet sich der 
MOSFET ein. Die beiden Dioden, BAV70, dienen als sehr große Pullups und 
reduzieren so den Strombedarf der Schaltung auf wenige nA. Dies kann 
eine Schwachstelle des Designs sein, wegens EMV Einstraglungen, dann 
sollten sie durch Widerstände ersetzt werden, ca. 470k-860k groß. Das 
erhöht aber den Strombedarf der Schaltung. Bei mir hat das mit den BAV70 
Doppeldiode in SOT Bauform funktioniert. Der MOSFET sollte eine sehr 
geringe Gate Threshold Spannung haben. Denn wenn die Spannung des 
Solarpanels < 0.6V ist und der Akku ebenfalls < 0.6V und < VSolar hat 
dann kann der MOSFET nicht korrekt durchschalten. In diesem ungünstigen 
Falle fließt der Strom vom Solarpanel dann über die Bodydiode des 
MOSFETs. Dieser Fall tritt bei meiner Schaltung aber nicht auf da der 
Akku niemals unter 0.7V entladen wird. Am Akku hängt bei mir ein MAX1724 
Stepup Wandler auf 3.3V. Daran ein ATTiny45V der zusätzlich die Spannung 
am Akku und an Solar- per ADC überwacht. Der ATTiny befindet sich die 
meiste Zeit im Powerdown Modus. Per Watchdog wird er alle 8sec 
aufgeweckt und liest nun die Spannung an VBat+ und Solar- 
(differentiell) ein. Sollte VBat <0.7V sein geht der ATTiny sofort 
wieder in den Powerdown Modus. Sollte das nicht so sein, also der Akku 
ist voll, dann überprüft er die Spannung an Solar- per ADC, 
differentiell. Ist diese Spannung < 10mV so ist es drausen Dunkel. Nun 
beginnt der AVR mit seiner eigentlichen Aufgabe. An 4 Pins des AVRs sind 
insgesamt 12 Lowpower SMD Leds, grün, per Litzen angeschlossen. Jeweils 
2 LEDs antiparellel an einer Litze. Diese Litzen hängen in einem 
Einweckglas, vom Deckel herab, an dem sich auch das SOlarpanel, Akku und 
Schaltung befindet, unsichbar. Tagsüber wird also der Akku über das 
Solarpanel aufgeladen, und Nachts beginnen die LEDs im Einweckglas zu 
leuchten. Sie leuchten dabei in einem Muster wie es Glühwürmchen machen. 
Ergo: es ist eine Simulation von gefangenen Glühwürmchen in einem 
Einweckglas.

Die Idee dafür habe ich aus dem WEB, such mal nach "Jar of Firefly" bei 
AVRFreaks. Nur mit dem Unterschied das bei meinem Projekt

1.) 12 LEDs mit einem ATTiny betrieben werden
2.) die Sromversorgung per Solarpanel erfolgt

Die Wahl des 1.2V NiMh Akkus + MAX1724 Stepup der nur 1µA Eigenstrom 
bedarf ist absichtlich. Weil das 5V Solarpanel auch unter sehr 
ungünstigen Bedingungen eine nutzbare Spannung liefern soll die 
möglichst effizient ausgenutzt wird. Meine Schaltung versucht nun die 
Nacht-Leucht-Dauer der 12 LEDs so zu optimieren das beim Dunkelwerden 
ca. 4 Stungen Leuchten der LEDs ermöglicht werden. Also je nach 
Ladekapazität die Tagsüber den Akku auflädt pendelt sich der AVR nachts 
in seienr Leuchtdauer der LEDs ein.

Bisher läuft das ganze seit 4 Monaten ohne Probleme. Vorher habe ich 
einen 5 monatigen Ladetest obiger Schaltung + MAX1724 Stepup gemacht, 
also ohne Last. Das Solarpanel war dabei nur dem Licht in meinem Zimmer 
ausgesetzt.

Das problem ist nämlich das man das Schalten des MOSFETs nicht ausmessen 
kann, zumindestens nicht mit meinem Hobbyequipment. Der innere 
Meßwiderstand eines Multimeters würde die extrem hochohmige Schaltung 
beeinflussen.

Den MAX1724 habe ich als Sample von Maxim geschnorrt, und ich bin mit 
dem Teil vollständig zufrieden. Enzigstes Problem bei ihm ist das der 
Shutdown Pin den Ausgang nicht vollständig vom Eingang trennt. Dh. es 
kann Strom zurückfließen vom Ausgang zum Eingang. Aber das Shutdown 
Feature benötigte ich in dieser Schaltung nicht.

Im Attachment der Schaltplan und Layout, nicht daran stören das dort ein 
ATTiny15L eingezeichnet ist, ich habe den ATTiny45V benutzt. Weil das 
der einzigste Tiny ist der die Brownout Detection per Software 
zuschaltbar machen kann.

Warum willst du einen Goldcap benutzen ? Ich hatte auch erst daran 
gedacht so ein Teil zu benutzen, die neueren mit dem sehr geringen 
Innenwiderstand, Supercap oä. Allerdings reicht deren akkumulierte 
Kapazität bei weitem nicht und die Selbstentladung bei modernen NiMH 
Akkus ist nicht so störend wenn das SOlarpanel eh tagsüber immer wieder 
auflädt. Dafür kannst den NiMH Akku auch mal schnell extern im Ladegerät 
aufladen.

Gruß Hagen

Autor: Hagen Re (hagen)
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Die beiden Dioden BAV70 sind Pullups. Es fliest ein Strom aber eben nur 
ganz ganz langsam. Wir nutzen also tatsächlich die Leckstöme der Dioden. 
Das ist für diese Schaltung kein großes Problem da das Solarpanel im 
Normalfalle ja auch nur ganz langsam seine Spannung erhöht, eben im 
Tag-Nacht Übergang. Aber durch Q2 wird das Gate sehr schnell geschlossen 
falls Q2 es auf Masse zieht. Das ist der Fall wenn die Spannung des 
Solarpaneles unterhalb der des Akkus geht. Also sehr langsam auf aber 
schnell zu. An Solar- liegt normalerweise eine negative Spannung an die 
durch Q1 gemessen wird. In diesem Falle ist die Solarspannung kleiner 
als die Spannung am Akku. Der Innenwiderstand des Solarpanels ist für 
die Funktionsweise sehr wichtig, also das sich das Solarpanel auch wie 
ein Widerstand verhält. Das die Dioden nur sehr wenige Strom gegen + 
durchlassen ist im Grunde auch unwichtig, der MOSFET ist Spannungs und 
nicht Stromgesteuert.

Gruß Hagen

Autor: JensG (Gast)
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Interessant, interessant. Ist natürlich eine elegante Idee, die 
Restströme der Dioden auszunutzen als Hochohm-R's. Empfinde ich aber 
auch ein wenig gewagt, und nicht unbedingt nachbausicher - oder? Denn 
ein bißchen Glück gehört wohl auch dazu, denn die Transistoren haben ja 
auch Restströme - wenn die größer sind, geht's wohl in die Hose.
Der benutzte BC847 wird ja bei Philips mit max. 100nA angegeben, die 
Diode aber gerade mal mit max. 30nA Reststrom. Entweder Glück, oder 
ausgesuchte Exemplare.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Der BC847 sollte tatsächlich ersetzt werden, geringerer Reststrom und 
großes HFE am besten. Bei den BAV70 Dioden habe ich festgestellt das 
diese sehr genau produziert sind, es gehen auch BAW56 und BAT54, jeweils 
mit immer größer werdendem Reverse Current. Ansonsten wie gesagt die 
Dioden durch Widerstände ersetzen, was aber eben den Stromverbrauch der 
Schaltung erhöht.

Falls Interesse besteht kann ich auch meine LTSpice Simulation posten.

Gruß Hagen

Autor: Jay (Gast)
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Sehr Interessante Schaltung, jedoch seh ich da eine Schwachstelle.

Wie du sagtest ändert sich die Spannung / Strom an der Solarzelle nur 
langsam. Und wenn jetzt z.B. ein sehr bewölkter Tag ist, kann es sein 
das sie auch dauerhaft nur niedrige Spannungen leisten kann.

Da bei deiner Schaltung der Spannungsabfall an der Solarzelle mit einem 
Transistor gemessen wird, macht die Schaltung erst bei einem 
Spannungsabfall von 0,6V zu. D.h. es könnte dauerhaft eine Entladung des 
Akkus bei ungünstigen Lichtverhälnissen über die Solarzelle erfolgen.

Wenn man jetzt annimmt, das der Parallelwiederstand der Solarzelle (im 
Ersatzschaltbild) 10 Ohm beträgt, dann könnten bei einem Spannungsabfall 
von 0,6 V ganze 60mA fließen.

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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Ideale Diode, z.B. LTC4413-1 oder LTC4413-2.

Autor: Hagen Re (hagen)
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@Jay, durchdenke die Schaltung mal unter der Prämisse das die Spannung 
an der Batterie nie unter 0.6-0.8V sinken kann. Der NPN ist dann 
normalerweise durchgeschaltet, somit der MOSFET gesperrt, es sei den der 
PNP sperrt den NPN.

Gruß Hagen

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