Ideen gesucht: Schutzschaltung fuer Hybrid Supercap mit Low-Leakage Current

[auswanderer (Gast)]

Ich schaue mir Hybrid Supercapacitors als moegliche Alternative zu LiPo 
Akkus an, speziell zur Versorgung von Schaltungen mit geringem 
Stromverbrauch - Microcontroller mit < 1uA im Sleep Modus.

Der Vorteil von Hybrid Supercapacitors gegenueber normalen 
Supercapacitors ist die hoehere Energiedichte, damit kleinerer 
Platzbedarf. Einer der Nachteile ist, dass die Hybrid Supercapacitors 
einige Eigenschaften von LiPos erben. Modelle mit einer Nennspannung von 
3.8V haben eine Minimalspannung von 2.2V die nicht unterschritten werden 
darf.

Also wird aehnlich wie bei LiPos eine Schutzschaltung gegen 
Tiefentladung gebraucht. Eine Moeglichkeit sind BMS Chips fuer LiPos, es 
gibt auch welche die vom Hersteller konfiguriert bei 2.5V abschalten. 
Der Stromverbrauch solcher Chips liegt typischerweise zwischen 5-10 uA.
Das ist bereits bei LiPos ein Faktor, bei laengerer Lagerung eines 
entladenen LiPos kann der Verbrauch des BMS zu einer Tiefentladung 
fuehren die den Akku beschaedigt. Bei Hybrid Supercapacitors ist das 
noch kritischer, da die gespeicherte Ladung noch ein Bruchteil der eines 
LiPos ist.

Ich denke jetzt in die Richtung ob man mit z.B. Zenerdioden 1-2 
Transistoren/FETs schalten kann und damit die Last abtrennen. Zumindest 
nach Datasheet Werten gibt es Zener mit Leckstroemen im zweistelligen nA 
Bereich. Ich habe aber wenig Erfahrung mit Zener Dioden in Schaltungen 
und wie sie sich in der Praxis verhalten.

Also....Ideen gesucht von Experten :) Wie kann ich die Last zuverlaessig 
bei ca. 2.5V abtrennen, mit sehr geringen Leckstroemen der 
Schaltung....sind Zener der richtige Weg, oder habt ihr andere Ideen?

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

auswanderer schrieb:
> Also....Ideen gesucht von Experten :) Wie kann ich die Last zuverlaessig
> bei ca. 2.5V abtrennen, mit sehr geringen Leckstroemen der
> Schaltung....sind Zener der richtige Weg, oder habt ihr andere Ideen?

So witzig wie das Klingt,
Aber der sicherste Weg ist ein Speicher-Realis!
Wen die Mindestladung erreicht ist ein AusPuls und es hängt so absolut 
nix mehr am Supercap.
Selbst der Beste Elektronische schalter mit dem absoluten Hammer 
Lo-Energy MPU (So MSP430) belastet noch immer mit mindestens 0.08µA....
Nur wie Lange soll den der Supercap liegenbleiben, wenn er mal am 
Min-Limit angekommen ist? er kann sich ja auch trotz allem, noch selber 
weiter entladen!

[auswanderer (Gast)]

:D Ja oder ein schoener Schiebeschalter, der trennt auch sauber.
Aber weder Schiebeschalter noch Relais passen hier. Der Bauraum ist sehr 
klein, der Supercap mit z.B. 8x14mm waere schon das groesste Bauteil, 
ein Relais bekomme ich garnicht unter.
Aber ein Relais loest auch nicht das Problem....Leakage Current der 
FET(s) waere ja in den Griff zu bekommen. Das Problem ist, dass die 
Spannung des Supercaps ueberwacht werden will, das macht auch den 
Stromverbrauch herkoemmlicher BMS ICs aus.

Also gesucht ist eher eine einfache analoge Schaltung die
- ein Signal liefert wenn > 2.5 Volt an der Spannungsquelle ( Supercap ) 
anliegen, ausreichend um z.B. per FET die Last anzuschalten
- bei < 2.5 Volt das Signal nicht liefert, und in dem Zustand moeglichst 
wenig Leckstrom hat.

Zum Uebergang von "aus" nach "an" noch etwas....wenn der Supercap mal 
die 2.5 Volt unterschreitet will er geladen werden, typischerweise voll, 
d.h. hoch auf 3.8 Volt. Also wenn die Mimik eine groessere Hysterese 
hat, und z.B. erst bei deutlich ueber 3V wieder anschaltet, wuerde das 
passen.

[Patrick L. (Firma: S-C-I DATA GbR) (pali64)]

auswanderer schrieb:
> Aber ein Relais loest auch nicht das Problem....Leakage Current der
> FET(s) waere ja in den Griff zu bekommen. Das Problem ist,

So einfach geht das leider nicht, um dies zu überwachen sind in den 
Standard Chips (BM's) Schaltungen die auch bei Kurzzeitiger Last nicht 
grad ansprechen.

Ich löse das immer mit MSP430FR Typen, weil die dann im Sleep-Mode so 
0.08µA verbrauchen und per internen Komparator "Geweckt" werden wen eine 
Signaländerung vorliegt.
Ich verwende "FR" und nicht "F" Typen weil die noch weniger "Saft" 
brauchen ;-) und auch schneller sind (Sie brauchen keine "wait state" 
da das FRAM schneller ist wie ein FLASH)