Hallo zusammen,
ich habe mal eine etwas theoretischere Frage...
Und zwar habe ich einen Kondensator mit einer Kapazität von nominell 370
F. An diesen Kondensator habe ich einen DC/DC-Wandler (DC2372A von
Analog Devices) angeschlossen, der mir aus den 3 V des Kondensators eine
Spannung von 12 V generiert. Den kompletten Entladezustand habe ich mit
einem Oszilloskop erfasst (siehe Bild).
- VIn ist die Spannung die am DC/DC als Versorgungsspannung anliegt
(sprich die Spannung des Kondensators)
- VOut ist die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers
- I ist der Strom durch die Last (hier ein 120 Ohm Widerstand)
In dem markierten Ausschnitt wird eine Energie von 996,3 Ws umgesetzt.
Ist es mit diesen Daten möglich auf die Kapazität des Kondensators zu
schließen?
Die Energie am Ausgang des DC/DC-Wandlers muss ja der Energie des
aufgeladenen Kondensators entsprechen (näherungsweise und ohne Abzug der
Verluste durch den Schaltregler).
Sprich ich müsste doch die Fomel
nutzen können um die Kapazität auszurechnen. Die Parameter wären:
W = 996,3 J
U = 3 V
Damit würde ich auf 221,4 F kommen. Der Kondensator hat aber eine
Kapazität von 370 F +- 20%, sprich im worst case wären es 296 F.
Wo steckt in dieser Überlegung der Denkfehler? Lässt sich der Ansatz
überhaupt so verwenden?
Danke fürs Mitgrübeln :)
Tim T. schrieb:> Das der DC/DC Wandler verlustlos arbeitet.> Das der Kondensator keine Selbstentladung hat.
Laut Datenblatt vom LTC3121 beträgt der Wirkungsgrad bei 12 V
Ausgangsspannung und 100 mA Strom umgefähr 90%. Wenn ich diesen
Wirkungsgrad nun auf die Gesamtenergie aufschlage, komme ich auf eine
Kapazität von 243,54 F.
Laut Datenblatt des Kondensators
(https://www.mouser.de/datasheet/2/87/bus-elx-ds-10762-xt-1488793.pdf)
liegt die Leckstrom bei 0,85 mA. Ich würde daher mal behaupten, dass man
den vernachlässigen kann, weil es nicht einmal 1% des Lastsstroms
ausmacht.
Unter welchen Bedingungen wurde die Kapazität im Datenblatt ermittelt?
Die ist unter anderem abhängig von der Betriebsspannung.
ESR bedacht? Temperatur und Alterung?
Bist Du sicher, dass der DC DC Wandler die 90% im transienten Zustand
(Einschalt/Einschwingungsvorgang) hat?
Was möchtest Du erreichen? Wenn Du die Kapazität messen möchtest, warum
nicht Entladungskurve über Widerstand?
Test schrieb:> Unter welchen Bedingungen wurde die Kapazität im Datenblatt ermittelt?> Die ist unter anderem abhängig von der Betriebsspannung.>> ESR bedacht? Temperatur und Alterung?
Also das Datenblatt schreibt:
"Capacitance, Equivalent Series Resistance (ESR) and Leakage current are
measured according to IEC62391-1."
Die Vorschrift sagt mir allerdings nicht viel. Vielleicht kann mich da
jemand etwas aufschlauen...
Den Kondensator habe ich mit einem Netzteil auf 3 V aufgeladen (hab das
Netzteil bei einem Reststrom von ~7 mA abgeschaltet, sprich der
Kondensator dürfte mindestens zu 99% geladen sein).
Der komplette Versuch ist bei Raumtemperatur (24-25°C) durchgeführt
worden.
Den ESR habe ich noch nicht mit eingezogen. Laut Datenblatt beträgt er
3,2 Ohm.
Das würde dann bei einem Strom von 100 mA durch die Last und 90%
Wirkungsgrad einen Gesamtstrom von 110 mA ergeben.
Dadurch hätte ich eine Leistung von P = R * I^2 = (3,2 * (110^2)) * 10-3
= 3,52*10^-4 W.
Auf die Entladedauer von 1167 s bezogen wären das 0,41 Ws, sodass ich
eine Gesamtenergie von 996,3 * 1,1 + 0,41 = 1096,34 Ws hätte.
Dies entspricht einer Kapazität von 243,63 F.
Korrekt?
Dumdi D. schrieb:> Bist Du sicher, dass der DC DC Wandler die 90% im transienten Zustand> (Einschalt/Einschwingungsvorgang) hat?> Was möchtest Du erreichen? Wenn Du die Kapazität messen möchtest, warum> nicht Entladungskurve über Widerstand?
Nein, da bin ich mir nicht sicher. Das Datenblatt macht da keine Angaben
zu, aber im Zweifel würde ich sagen, dass es eher nach dem
Einschaltvorgang so ist.
Das mit der Kapazitätsberechnung war in erster Linie ein
Gedankenexperiment. Ich wollte mal wissen ob ich die Kapazität so
bestimmen kann. Als "Notfallplan" hatte ich mir schon die Idee mit dem
Widerstand zurechtgelegt. Ich wollte einfach nur keine neue Messung
machen :)
Daniel K. schrieb:> - I ist der Strom durch die Last (hier ein 120 Ohm Widerstand)
Der interessiert doch nicht.
Für die Kapazitätsberechnung ist der Eingangsstrom entscheidend.
Dumdi D. schrieb:> Wenn Du die Kapazität messen möchtest, warum> nicht Entladungskurve über Widerstand?
So geht es am einfachsten.
Ein kleiner Fehler deiner Rechnung besteht darin, dass du die
Restenergie im Kondensator unterschlägst (er wird ja bis zum Ende deines
Messbereichs nicht vollständig entladen). Das gibt dir nochmal eine
kleine Korrektur in die gewünschte Richtung, auch wenn es nicht viel
ausmacht.
Daniel K. schrieb:> Als "Notfallplan" hatte ich mir schon die Idee mit dem> Widerstand zurechtgelegt.
Mach das: mit dem derzeitigen Aufbau baust du dir nur unnötige und
unbekannte Fehlerquellen in deine Messung ein.
Am Ende deiner Messzeit (beim zweiten Cursor) springt die Spannung des
Kondensators ein klein wenig nach oben. Aus dem Sprung kannst du den
ungefähren Wert des ESR abschätzen.
Daniel K. schrieb:>> Wo steckt in dieser Überlegung der Denkfehler? Lässt sich der Ansatz> überhaupt so verwenden?>> Danke fürs Mitgrübeln :)
Dein Ansatz ist was für die Tonne!
Daniel K. schrieb:> Wo steckt in dieser Überlegung der Denkfehler?
Du hast einen Teil der Entladekurve aufgenommen...mag ne blöde Frage
sein aber warum benutzt du die nicht? Du hast ein dU und sogar ein dI
und das zugehörige dt. Mehr braucht man zur Kapazitätsbestimmung nicht.
Du hast zwei Unbekannte aber kannst dir aus deiner Messkurve quasi
beliebig viele Gleichungen zusammenstellen. Ist eigentlich simple
Schulmathematik.
Dein Denkfehler ist übrigens:
bei
muss auch U konstant sein, ist es aber nicht in deiner Messkurve, daher
der Fehler ;)
Einen Doppelschichtkondensator kann man nicht einfach berechnen, weil er
nicht nur aus einer Kapazität, sondern aus einer über Widerstände
verbundenen Kette vieler Kondensatoren besteht (Ersatzschaltung,
RC-Tiefpaß). Anzahl der Glieder und alle Werte sind unbekannt.
Gruß - Werner
Besucher schrieb:> Spätestens Unterhaltung von 2V dürfte...
Überall müssen sich die elektronischen Besserwisser dazwischen drängeln
und ihren meistens unpassenden Mist absondern.
Dieter W. schrieb:> Besucher schrieb:>> Spätestens Unterhaltung von 2V dürfte...>> Überall müssen sich die elektronischen Besserwisser dazwischen drängeln> und ihren meistens unpassenden Mist absondern.
Du bist genau so einer! Was hat deine Antwort mit der Fragestellung des
TOs zu tun?
Soda Strahler schrieb:> Wieso? Black Box, zwei Drähte. Was drin ist ist doch erst einmal egal.> Miss und sage mir was ist drin in der Kiste.
Mit der Methode wirst du nicht rauskriegen was drin ist.
Du kannst allenfalls ein Ersatzschaltbild annehmen und dazu die
Parameter bestimmen, Beobachtbarkeit interner Zustände voraus gesetzt.
Wozu soll denn solch eine Berechnung gut sein?
Die Kapazität ist das Aufnahmevermögen für eine el. Ladung.
Am einfachsten bestimmt man sie über U(R, C, t), oder über
I, U, t (C).
Wenn Leck- und/oder äquivalenter Serien-Widerstand diese
Bestimmungsmessungen per Definition (!) zur Raterei werden lassen,
würde ich mich doch lieber auf die für den Schaltungszweck
relevanten Parameter (und deren erwartbare Degradation über die
geplante Betriebsdauer) beschränken, anstatt Erkenntnisgewinn aus
luftig-esoterischen Messwertspekulationen zu erhoffen.
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