Hi, hab einiges zu diesem Thema schon rechachiert aber hab noch nichts passendes Gefunden, ich bin dabei eine Backupschaltung für ein 5V Netz zu bauen, welches ein paar Sekunden mit 1,2A nach Netzausfall weiter laufen muss. Aber das ganze wird über ein 15V Netz realisiert, also ich nehme 3 in Serie geschaltete Ultrakondensatoren mit 5V, 5F und einem ESR von 0,065 Ohm. An die Kondensatoren hänge ich dann einem Stepdown Konverter um auf die 5V zu kommen. Ich hab nur bedenken was das laden der Kondensatoren angeht, kann ich die einfach mit einem kleinen in Serie geschalteten Widersant aufladen? Ich hab nämlich gelesen das würde die Kondensatoren zerstören und ich brauch eine Abgleichschaltung. Könnte mir das einer genauer Erklären? Hab an diese Kondensatoren gedacht: http://at.farnell.com/bussmann-by-eaton/phv-5r4v505-r/superkondensator-5f-5-4v-radial/dp/2148516
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Verschoben durch Moderator
Hallo, wenn Du drei gleiche Kondensatoren in Reihe schaltest hat die Gesamtschaltung zwar eine höher Spannungsfestigkeit aber die Kapazität verringert sich gegenüber den einzelnen Kondensatoren um 1/3. Hast Du dies bedacht? Vielleicht solltest Du die Kondensatoren parallel schalten und an den Ausgang des Abwärtswandler anschließen? Dies setzt natürlich voraus, dass die Kondensatoren beim Abschalten der Eingangsspannung nicht über den Abwärtswandler entladen werden. Just my 2 eurocents Guido
Warum nicht hier weitergeschrieben??? Beitrag "Backup-Kondensator" Die Dinger sollten das eventuell können: "wide variety of capacitor solutions tailored to specific applications that range from a few micro-amps for several days to several amps for milliseconds." Aber durch die Reihenschaltung drittelt sich natürlich auch die Gesamtkapazität. Ich habe es gerade mal überschlagen, bis zur totalen Entleerung wären es etwas über drei Sekunden, aber soweit kannst Du die Entladung natürlich nicht nutzen. Dein Ansatz ist völlig falsch! An dem Glättungselko Spannungsüberwachung dranmachen die z.B. bei Unterschreitung von 10V einen Interrupt auslöst. Dann hast Du (je nach Größe des Glättungselko natürlich) genügend Zeit Schreiboperationen zu beenden.
> wenn Du drei gleiche Kondensatoren in Reihe schaltest hat die > Gesamtschaltung zwar eine höher Spannungsfestigkeit aber die Kapazität > verringert sich gegenüber den einzelnen Kondensatoren um 1/3. Hast Du > dies bedacht? Sicher hab dann 1,6 F und die Reichen aus, da der Stepdown eine Eingangsspannung von 7-15V auf 5V regelt. Ich müsste dann etwas mehr als 10 Sekunden Zeit haben. > Vielleicht solltest Du die Kondensatoren parallel schalten und an den > Ausgang des Abwärtswandler anschließen? Dies setzt natürlich voraus, > dass die Kondensatoren beim Abschalten der Eingangsspannung nicht über > den Abwärtswandler entladen werden. Ich muss die Kondensatoren leider auf die 15V hänge, da ich sonst beim laden der Kondensatoren entweder zu viel Zeit brauchen würde oder beim 5V Netz zu viel Strom ziehen würde.
Dabei sind mehrere Punkte zu beachten, z.B.:
1) Wenn die Kondensatoren "ungeladen" ("leer") sind, dann stellen sie
für deine reguläre Spannungsquelle (nahezu) einen Kurzschluss dar. Bei
15 V und 3x 0,065 Ohm wäre das ein Strom von 77 A. Schon alleine deshalb
solltest du eine Strombegrenzung für das Aufladen einbauen (im
einfachsten Fall ein Widerstand).
2) Die Kondensatoren haben (wie für "Super-Kondensatoren" üblich) sehr
hohe Kapazitätstoleranzen. Das Ergebnis: Die Spannungen nach vollem
Ladevorgang sind nicht identisch. Im ungünstigsten Fall verletzen sie
dann sogar das Maximalspannungs-Kriterium (5,4 V) eines Kondensators und
dieser könnte zerstört werden. Man ergreift deshalb üblicherweise
Maßnahmen, die für eine gleichmäßige Verteilung der Spannung sorgen
(z.B. Spannungsteiler, Z-Dioden etc.).
3) Auch über das Entladen solltest du dir ggf. Gedanken machen. Wenn
z.B. deine Schaltung am Eingang der regulären Versorgung zwei "blanke
Leitungen" besitzt und du diese bei geladenen Kondensatoren kurzschließt
(oder verpolt mit der regulären Versorgung verbindest) kann es "ganz
schön knallen". Da helfen z.B. Verpolschutz (Z.B. Diode) und/oder
Strombegrenzung.
Hoffe dir damit ein bisschen geholfen zu haben.
Grüße,
Alex
>5V Netz ... ein paar Sekunden mit 1,2A weiter laufen muss. >15V Netz realisiert ... einem Stepdown ... 5V Für eine Sekunde ergibt das 7.5Ws primär auf der 15V Seite bei 80% Wirkungsgrad. Unter der Annahme, das der Stepdown bis 7V noch die 5V halten kann, benötigst Du etwa 86mF, also 85714uF, wenn ich mich nicht verrechnet habe >Ultrakondensatoren mit 5V, 5F und einem ESR von 0,065Ohm. Drei in Reihe wären immernoch 333mF. Also viermal soviel wie nötig. >Ich hab nämlich gelesen das würde die Kondensatoren zerstören und ich >brauch eine Abgleichschaltung. Das Problem ist, wenn diese drei Cs nicht exakt die gleiche Kapazität haben, teilen sich auch die Spannungen nicht exakt gleich auf. Der mit der kleinsten Kapazität bekommt die grösste Spannung. Es könnte also folgendes entstehen und die 15V teilen sich so auf: ---- C1=4.5F (-10%) ---- C2=6.5F (+30%) ---- C3=5F ------ => Cs=1.73F 5.8V 4V 5.2V => 15V Die Toleranzen -10%/+30% stehen in deinem Link. WIe Du siehst, bist Du mit den C1 über der zulässigen Spannung von 5.4V. Um das zu verhindern, musst Du die Cs einzeln Paaren, oder Symmetrierwiderstände parallel setzen. Das allerdings verschlechtert die Pufferung, da dadurch Energie für den Wandler verloren geht. >Ich muss die Kondensatoren leider auf die 15V Das ist ja auch richtig so. Sonst wäre die Spannungsdifferenz zu klein und die Kapazität wäre dadurch drastisch grösser.
Max W. schrieb: > Sicher hab dann 1,6 F und die Reichen aus, da der Stepdown eine > Eingangsspannung von 7-15V auf 5V regelt. > > Ich müsste dann etwas mehr als 10 Sekunden Zeit haben. Das sehe ich auch so - aber irgendwas in Richtung Balancing würde ich auch machen, wenn die Cs nicht genau gleich sind, könnte sonst einer auf mehr als 5 V geladen werden. Vllt. gibt's 'nen einfachen Chip für LiIon, denn Du zweckentfremden kannst, vielleicht ist es auch einfacher, was selbst zu bauen. Genauigkeit ist nicht so wichtig, denke ich. Gruß, Walter
> Das Problem ist, wenn diese drei Cs nicht exakt die gleiche Kapazität > haben, teilen sich auch die Spannungen nicht exakt gleich auf. Der mit > der kleinsten Kapazität bekommt die grösste Spannung. Es könnte also > folgendes entstehen und die 15V teilen sich so auf: > > ---- C1=4.5F (-10%) ---- C2=6.5F (+30%) ---- C3=5F ------ => Cs=1.73F > 5.8V 4V 5.2V => 15V > > Die Toleranzen -10%/+30% stehen in deinem Link. WIe Du siehst, bist Du > mit den C1 über der zulässigen Spannung von 5.4V. Um das zu verhindern, > musst Du die Cs einzeln Paaren, oder Symmetrierwiderstände parallel > setzen. Das allerdings verschlechtert die Pufferung, da dadurch Energie > für den Wandler verloren geht. Danke genau nach so einer Erklärung habe ich gesucht :) Heißt um die Kondensatoren so aufzuladen muss ich bei allen 3 Cs einen, ich nehme an, sehr hochohmigen R parallel Schalten? So in etwa? -----R-------R-------R------ | | | | -----C-------C-------C------
Max W. schrieb: > Heißt um die Kondensatoren so aufzuladen muss ich bei allen 3 Cs einen, > ich nehme an, sehr hochohmigen R parallel Schalten? Ja. Aber diese Rs dürfen nicht zu hochohmig sein. Der Widerstandswert ist abhängig von ESR des Cs. Müsste man mal ein paar Rechnungen machen, wie sich die Teilspannungen dann verhalten. Aber ich vermute, die Widerstände werden so klein sein, das Du mit Deiner Kapazität nicht mehr hinkommst. Ich würde darüber nachdenken, einfach vier Stück in Reihe zu schalten und das Problem damit zu umgehen.
> Ich würde darüber nachdenken, einfach vier Stück in Reihe zu schalten > und das Problem damit zu umgehen. Wahrscheinlich die leichtere Lösung. Kann aber dann auch ein kleiner Kondensator sein dass ich halt für den einen Kondensator im Worst Case nicht mehr wie 5V zusammenkrieg?
Max W. schrieb: >> Ich würde darüber nachdenken, einfach vier Stück in Reihe zu schalten >> und das Problem damit zu umgehen. > > Wahrscheinlich die leichtere Lösung. > Kann aber dann auch ein kleiner Kondensator sein dass ich halt für den > einen Kondensator im Worst Case nicht mehr wie 5V zusammenkrieg? Was meinst Du mit kleiner? Moment. Du meinst, weil der Kondensator dann keine 5V, sondern nur 15/4 = knapp 4V hat? Das ist kein Akku, der "genau" diese Spannung benötigt. Ein Kondensator speichert Ladungen bei der angelegten Spannung. Die im Datenblatt angegebene Spannung ist ein Grenzwert, welcher nie erreicht werden soll. Idealerweise bleibst Du immer darunter. Mach doch meine obige Rechnung nochmal mit vier Cs und -10%/+30% und siehe, das die Spannungen machen. Diese müssen ja weiterhin gut unter 5.4V bleiben...
> Was meinst Du mit kleiner?
Sry hatte gerade einen kleinen Denkfehler, meinte mit weniger F aber
dass würd ja die Gesamtkapazität enorm runterholen.
Tcf K. schrieb: > Ich habe es gerade mal überschlagen, bis zur totalen > Entleerung wären es etwas über drei Sekunden, aber soweit kannst Du die > Entladung natürlich nicht nutzen. Mist, ich habe die falsche Spannung genommen. Mit 1,66F (drei in Reihe) wären 146J nutzbar, also ungefähr 19 Sekunden. Mit 1,25F (vier in Reihe) wären 110J nutzbar, also ungefähr 15 Sekunden. Die Symmetrierung über Widerstände wird nicht gehen, die müssten sehr niederohmig sein!
Ich wollte mal nachfragen wofür du diesen Nachlauf brauchst. Weil ~1A bei 5V schafft ein LiIon deutlich länger als 10 Sekunden. Bei zwei, beispielsweise 18350 Akkus in Reihe mit Regler danach geht das mehrere Minuten, bei deutlich kleineren Maßen als 4 1F Kondensatoren
Gerald M. schrieb: > Ich wollte mal nachfragen wofür du diesen Nachlauf brauchst. > Weil ~1A bei 5V schafft ein LiIon deutlich länger als 10 Sekunden. Bei > zwei, beispielsweise 18350 Akkus in Reihe mit Regler danach geht das > mehrere Minuten, bei deutlich kleineren Maßen als 4 1F Kondensatoren Die Akkus können nicht so oft aufgeldaen werden, und das Ding soll schon an die 10 Jahre laufen.
Matthias L. schrieb: > Symmetrierwiderstände parallel > setzen. Das allerdings verschlechtert die Pufferung, da dadurch Energie > für den Wandler verloren geht. Ich würde es mit einer aktiven Balancerschaltung wie sie bei LiPo-Akkupacks üblich ist versuchen. Das haben wir für ein ähnliches Projekt schon erfolgreich aufgebaut. Der Ladestrom sollte nicht per Vorwiderstand begrenzt werden wenn die Ladezeit (minimale Zeitspanne zwischen zwei pufferbaren Stromausfällen)kritisch ist.
Georg W. schrieb: > Ich würde es mit einer aktiven Balancerschaltung wie sie bei > LiPo-Akkupacks üblich ist versuchen. Das haben wir für ein ähnliches > Projekt schon erfolgreich aufgebaut. Hast du evt den Schaltplan noch?
>Ich würde es mit einer aktiven Balancerschaltung wie sie bei >LiPo-Akkupacks üblich ist versuchen Ich würde einfach vier in Reihe nehmen und gut: -- C1=4.5F (-10%) -- C2=6.5F (+30%) -- C3=5F -- C4=5F -- => Cs=1.29F 4.3V 3V 3.9V 3.9V => 15V Bleibt sicher unter 5.4V
>ISt aber dann um 10€ teurer. >aktiven Balancerschaltung Und was kostet die ganze Schaltung mit Aufbau? Immerhin ist es ja auch wieder eine mögliche Fehlerquelle mehr...
Ich verstehe immer noch nicht wieso Du nicht einen Undervoltage-Interrupt machst -- ist die Firmware nicht zugänglich?
Tcf K. schrieb: > Ich verstehe immer noch nicht wieso Du nicht einen > Undervoltage-Interrupt machst -- ist die Firmware nicht zugänglich? Hab keine freien Interrupts mehr und zeitlich ist der Prozessor auch schon ziemlich ausgereizt. Ist ein alter Intel 80c196kc20 Prozessor.
Max W. schrieb: > Hast du evt den Schaltplan noch? Ja, ich kann ihn aber nicht offen legen. Matthias L. schrieb: > Und was kostet die ganze Schaltung mit Aufbau? Immerhin ist es ja auch > wieder eine mögliche Fehlerquelle mehr... Die Balancerschaltung mit liearem Strombegrenzer dürfte bei 6-7 Euro per 1000 Stück liegen. Das müsste ich noch im Detail nachsehen, da noch andere, hier überflüssige Schaltungsteile mit auf der Platine waren. Tcf K. schrieb: > Ich verstehe immer noch nicht wieso Du nicht einen > Undervoltage-Interrupt machst -- ist die Firmware nicht zugänglich? Manchmal muss ein Gerät nach einem Stromausfall eine begrenzte Zeit weiter autark arbeiten. Etwa eine Prozessdatenerfassung oder ein Airbagsteuergerät.
Matthias L. schrieb: > Ich würde einfach vier in Reihe nehmen und gut: > > -- C1=4.5F (-10%) -- C2=6.5F (+30%) -- C3=5F -- C4=5F -- => Cs=1.29F > 4.3V 3V 3.9V 3.9V => 15V > > Bleibt sicher unter 5.4V Sicher? Auch wenn die Leckströme sich um z.B. einen Faktor 4 unterscheiden?
Für die Symmetrierung der Leckströme reicht ein hochohmiger(er) Widerstand... aber eben nicht zum Ausgleichen der Ladungsverschiebung unterschiedlicher Kapazitäten.
Also wenn du schon das Geld für 3 dieser Dinger übrig hast, dann sieh dir auch noch den LTC3350 von Linear an. Haben das auch schonmal so gemacht. Gruss Christopher
Tcf K. schrieb: > Für die Symmetrierung der Leckströme reicht ein hochohmiger(er) > Widerstand... aber eben nicht zum Ausgleichen der Ladungsverschiebung > unterschiedlicher Kapazitäten. Wie würde sich dann der passende Widersstand berechnen? Christopher B. schrieb: > Also wenn du schon das Geld für 3 dieser Dinger übrig hast, dann sieh > dir auch noch den LTC3350 von Linear an. Haben das auch schonmal so > gemacht. Ok hab mir das Datenblatt mal angesehen, gibts aber nur in QFN Gehäuse und ist somit ein Problem. Gibts einen ähnlichen Chip?
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Als Balancing bietet sich evtl. auch die gemeine, freilebende Zenerdiode an. Wenn man da über jeden Cap eine 5,1V (oder eben 4,7V) Zenerdiode legt, sollte sich das ganze von alleine balancieren. Die Spannung sollte dann auf Zenerspannung*Zellenzahl limitiert werden, z.B. über einen Widerstand. Vergl. z.B.: Beitrag "Entwicklungsidee einfacher LiIon-LiPo Balancer"
Matthias S. schrieb: > Als Balancing bietet sich evtl. auch die gemeine, freilebende Zenerdiode > an. Doppelschichtkondensatoren sind beim Balancing zwar nicht ganz so empfindlich wie Li-Akkus, aber Z-Dioden haben sich m.E. wegen Ihrer geringen Genauigkeit überlebt. Ich würde eine sog. "Power-Z-Diode" mit dem TL431 aufbauen. Schaltung findet man im Datenblatt des TL431.
Max W. schrieb: > Tcf K. schrieb: >> Für die Symmetrierung der Leckströme reicht ein hochohmiger(er) >> Widerstand... aber eben nicht zum Ausgleichen der Ladungsverschiebung >> unterschiedlicher Kapazitäten. > Wie würde sich dann der passende Widersstand berechnen? Kann mir das keiner Erklären?
Max W. schrieb: >> Wie würde sich dann der passende Widersstand berechnen? > > Kann mir das keiner Erklären? Der hängt von den Daten Deiner Doppelschichtkondensatoren ab. Zum Balancing nimmt man aber besser aktive Schaltungen. Derjenige, der die m.E. eher unpassenden Widerstände vorge- schlagen hat, soll Dir dann bitte auch erklären, wie man die berechnet.
Ist das denn so schwer... liegen Elkos oder sonstige Kondensatoren in Reihe an einer sich nicht verändernden Gleichspannung so führen die unvermeidlichen, aber eben auch Exemplar abhängig unterschiedlichen Leckströme zu einer langsamen Spannungsveränderung, die an einem gegebenen Kondensator die maximal zulässige Spannung überschreiten kann. Deswegen reicht hier ein Widerstand von ein paar Kiloohm, sieht man ja auch bei in Reihe geschalteten Elkos. Hier bei den verwendeten Kondensatoren ist der Leckstrom zwar nur 28µA, aber besser ist es mit Symmetrierwiderstand. (Bei in Reihe geschalteten Dioden ist das -- bei moderaten Frequenzen -- nicht unbedingt notwendig weil mit steigender Spannung auch der Leckstrom ansteigt und somit eine Art Gegenkopplung eintritt. Bei Kondensatoren könnte es aber zum Durchschlag kommen). Bei sich verändernden Gleichspannungen ergeben sich die Spannungen an den Kondensatoren aufgrund ihrer Kapazitäten respektive deren Toleranzen. Bei diesen dicken Kondensatoren hier müsste der Widerstand dann sehr niederohmig sein, von der Leistungsbilanz unwirtschaftlich. Besser wäre dann ein aktives nichtlineares Element, sprich Balancer. Fazit: - Hast Du drei Kondensatoren in Reihe wäre ein aktiver Balancer empfehlenswert. - Bei vier Kondensatoren in Reihe ist es selbst bei maximal ungünstigen Abweichungen der Kapazitätswerte nicht möglich dass bei einem Kondensator bei Auf- oder Entladung die zulässige Spannung überschritten wird. Da reicht dann meiner bescheidenen Meinung ein Widerstand von ein paar Kiloohm parallel an jedem Kondensator, eben um die Leckstromdifferenzen auszugleichen.
Max W. schrieb: > Ok hab mir das Datenblatt mal angesehen, gibts aber nur in QFN Gehäuse > und ist somit ein Problem. > Gibts einen ähnlichen Chip? Moeglich, habe ich aber noch nicht gefunden. Es gibt aber ein Eval Board mit dem auch wir herumexperimentiert haben (DC1937B). Da kann man die vorhanden Kondensatoren ganz bequem ausloeten und seine eigenen reinpfriemeln. Gut die Aerogel von eaton passen nicht wirklich rein, aber wenn man die Draehte verbiegt geht das. Hat ganz gut geklappt. Das Demoboard kostet allerdings $200 und wenn du das ganze am PC ausprobieren moechtest brauchst du noch das DC590B, auch nochmal $50. Aber es geht auch mit jedem anderen Mikrocontroller der I2C kann. (Das Ding verwendet laut Anleitung SMBus, ist aber abgespeckt auf read-word resp. write-word.) Die Demosoftware ist etwas Buggy, zumindest bei mir, aber Linear konnte das Problem nicht nachvollziehen, kann also auch an meiner PC-Konfiguration liegen. Jedenfalls ist Cool an dem Chip, dass er auch noch direkt den Stepup mitbringt und man so Spielchen wie Kapazitaetsmessung und ESR-Messung damit machen kann. LG Christopher
>Leckstrom zwar nur 28µA,
Wenn Du jetzt der Version vier Cs in Reihe je einen 33k parallel
schaltest, fliessen da 113uA weg. Das ist etwa fünfmal soviel viel jeder
C Leckstrom hat.
Lädt sich jetzt ein C zu sehr auf, weil er einen kleineren Leckstrom
hat, als ein anderer, so wird die Differenz durch die erhöhte Spannung
über den Parallelwiderstand abgeführt...
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