Announcement: there is an English version of this forum on Hallo Allerseits, Ich habe ein Problem und zwar versuche ich über einen Thermogenerator der ungefähr max 100mV rausgibt eine Schaltung zu basteln die einen Elektroniktauglichen Pegel von 3.3V bzw. 5V erreicht. Das Problem ist jetzt eben nur das sämtliche Bauteile die in der Lage sind Spannung hochzusetzen eben erst ab 0,7V anfangen. Ich habe mich schon mit Oszillatoren auseinander gesetzt aber komm auf keinen grünen Zweig, zumindest Simulationstechnisch nicht (mit PSpice). Mein Ansatz war Gleichspannung zu zerhacken und einen mit einer Spule das ganze dann ein bisschen hochzusetzen um den Kondensator zu laden (stichwort Meißner oder LC-Oszillator) aber es funktioniert einfach gar nichts. Bin jetzt schon 2 Wochen intensiv am Probieren und Simulieren. Also wenn irgendjemand ein tipp hat wie ich aus 100mV meinetwegen auch nur auf 0,7V komme wäre mir sehr geholfen. Ich danke euch recht herzlich im Vorraus. Gruß Jürgen
Irgendwo hab ich mal eine Schaltung gesehen, die 5V aus einer einzelnen Solarzelle (also max 450mV) erzeugt hat. Zwei MOSFETs wird die Spannung auf einen Übertrager gegeben, der die 5V erzeugt, mit der auch der Oszillator versorgt wird der die MOSFETs ansteuert. Einziger Hacken an der Sache: Man benötigt erstmal eine Hilfsspannung um die Schaltung zu starten.
Die "Joule Thief" Schaltung [1] läuft ab ca. 450mV an und funktioniert (wenn sie erstmal schwingt) bis hinunter zu 350mV. Wenn man den Transistor durch einen Germaniumtypen ersetzt müßte die Schaltung eigentlich bei einer noch kleineren Spannung anlaufen. Der Joule Thief ist in dieser Hinsicht schon optimal, da sich hier die Spulenspannung zur Betriebsspannung hinzuaddiert. Was besseres wird man kaum finden. Die untere Grenze ist eben die Schaltschwelle des Schaltelements. [1] http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm
das einzige bauteil, das mir einfällt, und mit <0,5v aktiv sein kann: ein j-fet !!! der is auch bei 0v teilweise on, damit könntest du dann nen oszillator ala Joule Thief bauen, der auch bei 0,1v geht.
Hey, Joule Thief ist ein guter Ansatz zusammen mit dem J-Fet kann ich zumindest mal neue Hoffnung schöpfen und das ganze mal neu ausprobieren. Vielen Dank Vorerst für eure Hilfe!
Die pinch-off-Spannung ( so heißt das soweit ich weiß) von J-FETs beträgt nomalerweise mehrere Volt, ob es Spezialtypen mit wesentlich kleinerer Spannung gibt, ist mir nicht bekannt. Der JFET leitet vielleicht bei 0 V aber er schaltet mit der kleinen Spannung nicht ab. Das einfachste wäre, mehrer Thermogeneratoren hintereinanderzuschalten.
Die einzige Möglichkeit ist, kurzzeitig eine höhere Spannung zu erzeugen, mit einer Drossel / Trafo , deren Stromfluß plötzlich abgeschaltet wird, sodaß eine ausreichend hohe Spannung entsteht, um eine Transistorschaltung zu betreiben, die sich anschließend selbst versorgt. Wegen des geringen Spannungsabfalls wäre ein Leistungs-MOSFET mit ein paar Milliohm Durchlaßwiderstand ideal, aber der braucht bis zu 10 V Schaltspannung am Gate.
Was für einen Innenwiderstand hat der Thermogenerator? Wenn man den belastet, bricht der doch bestimt noch ein wenig (oder viel?) ein, oder?
Die Thermogeneratoren in Gasherden, zum Schutz vor einem Verlöschen der Flamme, und anschließend ausströmenem Gas, betreiben einen Elektromagneten, der das Ventil offenhält. Ohm hat das Ohmsche Gesetz mit Thermoelementen nachgewiesen, weil es die stabilste Spannung mit dem niedrigsten Innewiderstand war, die man damals erzeugen konnte.
Hey Cristoph, das problem ist dass das ganze eben klein bleiben soll also 1cm² fläche für den Thermogenerator mehr ist nicht drin, mehrere Thermogeneratoren fallen flach. Was das mit den Germanium Transitoren angeht, habe ich überall nach Spice modellen gesucht aber keinen einzigen gefunden.
Das mit dem Trafo / Drossel ist auch mein Ansatz, wie gesagt LC Oszillator und das mit den selbstleitenden MosFETS versuch ich auch schon eine Weile aber es kommt maximal zu einer gedämpften schwingung über 10 Sekunden und die hat grade mal in der ersten Periode ein Peak von 400mV. Jetzt kommt der Germanium Transistor ins Spiel. Wenn ich ein Spice Modell hätte könnte ich jetzt versuchen eine Verstärkerschaltung aufzubauen die sich dann selbst versorgt. Aber so Lange das nicht funktioniert werde ich andere Möglichkeiten suchen. Das Problem ist einfach die extrem niedrige Spannung die man gar nicht erst in Brauchbare Höhen Zerhacken oder Osszillieren lassen kann. Der Innenwiederstand ist ca. 8 Ohm und er geht eigentlich nur unmerklich zurück. Gruß
Hallo nochmal also die Joule Thief Schaltung ist ein guter Ansatz aber die Simulation funktioniert einfach nicht. Hat irgendjemand vielleicht ein PSpice oder Simplorer file in dem nur ansatzweise die Spannungsverstärkung funktioniert. Vielleicht mach ich gänzlich was falsch. Dankechön
Ein Schlüsselwort für Google ist "Bootstrap" Damit findet man beispielsweise einen step-up-converter von ST.com http://www.st.com/stonline/press/news/year1999/p024c.htm ...once the device starts, a bootstrap effect allows the input voltage to drop as low as 0.6 V at a 1 mA output current...
Ich habe den Joule Thief in LTspice simuliert, siehe Anhang.
Dankeschön Marco, ich denke ich steige auf LTspice um. bis 500mV gehts ja ganz ordentlich. Mal sehen was passiert wenn ich nen Oszilator davor schalt.
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joule_thief_ger.jpg
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So, ich habe einen Germaniumtransistor aufgetrieben. Ein 2SB492 aus einer alten Kamera; ich schätze irgendwann aus den 1960ern. Damit habe ich einen Joule Thief aufgebaut. Ergebnis: die weiße LED leuchtet bereits ab 240mV! Ein Foto ist im Anhang. Bereits ab 230mV kann man ein fahles Schimmern sehen. Das dürfte kaum noch zu toppen sein. Jürgen: > Mal sehen was passiert wenn ich nen Oszilator davor schalt. Wie meinen? Der Joule Thief ist doch schon ein Oszillator ...
Hey, ich hatte einen Meißneroszillator mal aufgebaut der mit 200mV Eingangsspannung, schon bis zu 420mV Amplitude geschwungen hat. Aber das mit dem Germanium Transistor ist schon echt genial. Das Problem ist das ich es in SMD-Bauform haben will und germanium transistoren gibts ja leider nicht in SMD Bauform?! Oder hat sich da was verändert? Gruß
Datenblätter zu Germaniumtransistoren gibt es noch hier: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/131452/ETC/AC152.html SMD war damals nicht üblich, aber für Hörgeräte, Wanzen u.ä. gab es Miniaturgehäuse. Wobei Germanium ziemlich hitzeempfindlich ist, ich meine ab 90 Grad Celsius kann es schon degenerieren, während Silizium erst ab 250 Grad bleibende Veränderungen erleidet. Es gibt heute auch Si-Ge Mischkristall-Transistoren wie den BFP620, wo die mit ihrer Schaltschwelle liegen weiß ich nicht. Wo liegt eigentlich GaAs? Daraus werden aber nur FET hergestellt.
Ich habe noch etwas experimentiert und den Basiswiderstand auf 100 Ohm verringert. Jetzt leuchtet die LED tatsächlich bei 105mV Eingangsspannung! Allerdings nur bis ca. 600mV, dann hört die Schaltung wieder auf zu schwingen ...
Hey nochmal an alle, Ich habe nun eine Frage die Ihr mir vielleicht aus dem Stehgreif beantworten könnt und sagt man ist der blöd! Aber wer weiß: Also , ist es möglich aus 2 Schottky Dioden oder irgendeiner Kombination einer schottky Diode mit einer anderen Diode einen "Transistor" zu Bauen der eine Schaltschwelle von 0,3 V unterschreitet bei einem Strom unter 100mA? Da würde es nähmlich massig SMD bauteile dafür geben und ich Simulier gerade fleißig kriegs aber momentan nicht hin. Vielleicht ist es auch nicht möglich, hab da echt zu wenig ahnung? Ich hab die Schaltung wie sie nicht funktioniert mal angehängt. Gruß jürgen
In der Zeitschrift "EDN" gab es kürzlich den Artikel "JFET-based dc/dc converter operates from 300-mV supply" http://www.edn.com/article/CA6335301.html?industryid=2816 http://www.edn.com/contents/images/6335301.pdf
Ist zwar eine geniale schaltung aber doch verdammt aufwändig. Der Ansatz mit den Dioden gefällt mir da besser, aber ich weiß eben nicht ob das überhaupt machbar ist.
Ein Transistor sind nicht einfach zwei Dioden, da fehlt das Verstärkungsverhalten. In der Elektor war mal eine Selbstbauanleitung für einen Transistor aus den 50ern abgedruckt, in eine Spitzendiode wurde mit dünnem Glimmer isoliert eine zweite Drahtspitze eingeschweißt ( man nehme...Elko auf...Volt aufgeladen und entlade ihn über die Verbindungsstelle...) Mit etwas Glück macht der entstandenen Transistor mehr als 1fache Verstärkung.
Es gibt übrigens noch "Zero-Bias-Dioden" z.B. von www.avagotech.com , früher Agilent und Hewlett-Packard. Die haben eine Schwelle etwa bei Null Volt, und werden für HF-Detektoren benutzt.
http://www.avagotech.com/assets/downloadDocument.do?id=2475 Die zero-bias Schottkydiodenfamilie HSMS 285x
Nuetzt hier aber nix. Wenn es ein Joulethief mit Germanium nicht tut tut es gar nichts. 1 cm2 Thermogen mit 8 Ohm Innenwiderstand? Sicher? Und den hast Du nicht einfach mit dem Multimeter als Widerstandsmessgeraet gemessen?
Nein aus den Datenblättern rausgelesen bzw. berechnet ich kann ca. je nach Temperaturunterschied 300 bis 400µW rausholen.
Habs jetzt nochmal so grob über den Daumen gepeilt nachgerechnet (ist blöd weil ich keine Datenblätter hab und es nur anahnd der einzelnen Thermoelemente hochgerechnet ist. Und Ihr habt ungefähr schon recht es kommen 300µA raus :-(. Da geht nicht viel. Aber andererseits kommt es ja auf die den Strom an der direkt am Thermowandler rauskommt um erstmal die Spannung hochzukriegen. Das mit dem Sensor ist jetzt mal nicht wichtig. http://www.edn.com/contents/images/6335301.pdf Er schaffts auch bei sehr geringem Strom schon einen Hochsetzsteller zu basteln. Die Joule-Thief mit einem selbsleitendem FET habe ich schon probiert muss aber noch rummmachen aber es müsste doch irgendwie möglich sein einen Brauchbaren Pegel zu bekommen. Übrigens Miniatur Germanium Transistoren find ich nirgends.
Hallo nochmal, ich will jetzt das Problem anders angehen und will zuerst mal verstehen warum denn die Oszillatoren schwingen bzw. die Spanung zerhacken und würde gern ein paar Formeln erfahren mit den ich z.b. die Joule thief schaltung Bauteilmäßig parametriern kann und die Schaltung verstehen. Könnte mir jemand helfen?
Der "Joule thief" ist offenbar ein "Armstrong Oszillator": http://en.wikipedia.org/wiki/Armstrong_oscillator http://www.electronixandmore.com/articles/oscillators.html da er mit einem Trafo in der Rückkopplung arbeitet, ein sehr altes Prinzip. Sperrwandlerschaltungen besonders für höhere Spannungen wie Fotoblitzgeräte, arbeiten mit einem Trafo mit drei Wicklungen. Conrad hat so einen kleinen Trafo im Programm (Für Stroboskopblitzröhren), laut Datenblatt arbeitet er bei 15 kHz optimal.
Hey, kann von euch jemand eigentlich erklären warum die Joule Thief Schaltung schwingt? Bzw. warum öffnet sich der Transistor und schließt wieder? Ich meine wo ist da der Schwingkreis für die Anregung ist doch nur ein Trafo. Was hat die Gegeninduktivität für einen einfluss?? Ich hab kein plan was da vor sich geht bzw. warum das teil schwingt.
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Sperrwandler1.png
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Ich hatte das schon mal irgendwo gepostet, jetzt halt nochmal, Info über Sperrwandler und Datenblattauszug vom Conrad Sperrwandler-Trafo mit Schaltplan. Da ist auch kein Schwingkreiskondensator drin. Der Oszillator hat irgendeine Resonanzfrequenz, die sich vermutlich aus den Schaltzeiten des Transistors ergeben.
Kann man nicht ein mechanischen Spannungsverstärker bauen? Also der Termogenerator bringt ja reltiv viel Strom mit sich. Da könnte man doch eine Spule wickeln und in Reihe einen Reedkontakt. Das ganze funzt in etwa so Strom fließt duch die Spule -> Manetfeld baut sich auf -> Reedkontakt öffnet -> Spannungsspitze entsteht. Eventuell kannst aber auch einen Solarmotor nutzen es steht zwar immer da das diese nur ab 0,3V gehen aber sie werden sich wo auch schon etwas eher losdrehen.
Naja die Idee mit dem Reed-Kontakt wird bei den kleinen Spannungen wahrscheinlich nicht funktionieren. Zumal Du da einen Haufen an Energie verheizen wirst. Ich denke der Ansatz mit dem Germaniumtransistor ist nicht schlecht.
In der aktuellen "Elektronik" (17/2006) ist ein Bericht über Energiegewinnung am Körper drin. Da geht es um Energiegewinnung durch Wärme und Bewegung. Die haben es ich aber leicht gemacht und die Thermogeneratoren in Reihe geschaltet ;)
@Jörg: gerade wollte ich es auch sagen: es gibt doch Armbanduhren, die mit der Körpertemperatur arbeiten. Oder welche, die mit einem radioaktiven Element arbeiten, dessen Wärme einen Thermogenerator treibt, sozusagen ein µAKW (Mikro-Atomkraftwerk). Es muss solche Elemente mit ausreichender Spannung schon fertig geben. Lasst uns mal auf die Suche gehen...
thermogenerator radioaktiv thermogenerator armbanduhr sind schon mal gute Ansätze. Im Prinzip müsste doch ein Peltier-Element auch als Thermogenerator funktionieren. Gibt es so kleine Peltier?
Klar gibt es so kleine Peltier, ein großes ist ja auch nur aus ganz vielen kleinen elementen zusammengesetzt. um genau zu sein kann man Peltier elemente nahezu beliebig klein herstellen.
Am Rande ist vielleicht auch http://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator interessant ! Grüße, Hendi
Wie ist das denn eigentlich bei den RFID Tags. Die versorgen sich doch aus einem HF-Feld. So große Spannungen können da doch auch nicht auftreten?
Die Thermogeneratoren sind ja nur Thermoelemente... Also bauen wir eine
Batterie. Einfach mehrere in Reihe und gut. Die gelieferten Spannungen
der einzelelemente liegen ja durch die Physik fest. (Seebeck-Effekt)
sowas kann man kaufen oder selber bauen.
Warm
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Kalt
immer jeweils ein Thermoelement (o) z.B. Eisen / Konstantan das ist
billig und gur selber zu machen. Auf die Genauigkeit kommts dabei ja
nicht an.
"JFET-based dc/dc converter operates from 300-mV supply" Die Schaltung funktioniert aber leider zieht die mal kurz ca. 30 mA bis sie los läuft :-(. Was kann man da nochmachen um den Strom kurz zu liefern wenn man ca nur 100µA hat? Ich habe es mi einem Goldcap probiert ca. 220mF und auch 100mF. Das ding läd sich zwar gut auf aber die Schaltung schwingt trotzdem nicht an.
Ganz einfach nimm eine leistungsfaehigere Stromquelle. Mit deinem Miniteil knn man nunmal keine Spruenge machen...
Spannendes Thema, ich möchte einen MSP430 im Power down Mode nur durch "Energy harvesting" zu betreiben. Ansätze hatte ich schon: Seebeckeffekt; ausnutzung der EM Wellen von handy masten, radio usw Leider noch nicht wirklich weit gekommen... Der Suchbegriff "Energy harvestig" bringt ganz interresante Links...
Seebeck effekt hab ich an den Thermogenerator, aber das mit den EM Wellen hört sich auch interessant an. Aber ist eben das Problem steht das einfach zu wenig strom oder zu wenig spannung rauskommt um irgendwas zu betreiben.
Naja, der Power Down Mode von einem MSP müsste drin sein...
Mein Problem bei dem Meißner Oszillator ist die hohe Stromaufnahme... Wenn ich statt der LED einen Widerstand mit 350k bei der Simulation verwende steigt der Eingangsstrom auf 12mA... Da geht es natürlich nicht die Energie aus einem Thermogenerator zu beziehen...
Aus aktuellem Anlaß muß ich den Thread nochmal ausgraben... Fraunhofer widmet sich dem Thema: http://www.eetimes.eu/201802671 "Researchers use body heat to power electronics" "...This opens up the prospect of mobile phones powered by body heat or medical electronics and sensor systems"
@Christoph: Hast du so ein Thermoelement aus nem Gasherd einmal Standalone probiert? Viele Spannung/Strom werden da ca. erzeugt? Versuche zur Zeit mit Peltier-elementen aber die sind relativ teuer
Falls noch Bedarf an einer Lösung für das ursprüngliche Problem besteht: Linear bietet mit dem LTC3108 einen Boost-Wandler an, der 20 mV auf 5 V hochpusten kann. Kann bei Farnell über den hbe-shop für ca. 12 Euro bestellt werden. Gruß, Markus
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