Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Selbstbau USV mit Kondensatoren, defekte Z Diode


von Marco D. (marco_d258)


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Hallo Zusammen

Im Moment kämpfe ich mit einem Fehler, den ich aufgrund mangelnder 
Erfahrung nicht so ganz klar ausmachen kann. Vor kurzem bin ich über 
dieses Projekt gestolpert, mit dem ich bei Stromausfall meinen 3D 
Drucker herunterfahren kann. Da brauch ich nur ein paar Sekunden, von da 
her sind Kondensatoren da ideal.

https://www.stall.biz/project/usv-fuer-homematic-ccu2-und-raspberry-mit-wirkungsvollem-ueberspannungsschutz

Ich habe hier nur auf Leds verzichtet und statt der grünen Led ist hier 
ein Photomos drinnen mit entsprechenden Vorwiederstand. Auch habe ich 
nur 2 Kondensatoren mit je 25F. Den beschriebenen Wandler hat es nicht 
mehr gegeben, daher habe ich diesen eingebaut: MT3608

https://www.az-delivery.de/blogs/azdelivery-blog-fur-arduino-und-raspberry-pi/ab-heute-im-shop-mt3608-step-up-dc-dc-spannungsregler

Ich habe soweit alles zusammengebaut und das ganze auch getestet. Als 
Stromeingang habe ich den 5V pin von einem Raspberry 3 A verwendet und 
am Ausgang einen Raspberry Zero betrieben. Hat auch gut funktioniert und 
die Kondensatoren haben den Zero noch einige Sekunden lang mit Strom 
versorgt. Nach dem Test habe ich alles in den Drucker einbauen wollen 
und an folgendem DC Wandler, der bereits drinnen war

https://www.amazon.de/dp/B075JQTPX6/ref=cm_sw_em_r_mt_dp_1hwaGb3RHDC5E?_encoding=UTF8&psc=1

Nach einem neuerlichen test mit dem gleichen Zero hat sich gezeigt, das 
die Kondensatoren nicht mehr funktionierten. Beim messen festgestellt, 
das die mittlere ZPD2.7 nicht mehr lief, daher schnell getauscht, wieder 
mit dem ursprünglichen Aufbau getestet (RaspA+ - USV - Zero) hier hat es 
auch wieder geklappt. Dann nochmal die Spannung am DC Wandler im Drucker 
geprüft, diese war geringfügig größer als am Ausgang (5.2 => 5.1). 
Nachjustiert, wieder angeschlossen, wieder defekt. Ich weiß das ich 
sicher  wo einen Fehler gemacht habe nur nicht wo. Hat hier jemand eine 
Idee was schief läuft?

: Bearbeitet durch User
von kenny (Gast)


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Schaltplan???

von Stefan F. (Gast)


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Bei der Dimensionierung der Bauteile gemäß

https://www.az-delivery.de/blogs/azdelivery-blog-fur-arduino-und-raspberry-pi/ab-heute-im-shop-mt3608-step-up-dc-dc-spannungsregler


Halte ich es für ausgeschlossen, dass die Zenerdioden kaputt gehen. Es 
sei denn, dein 5V Netzteil liefert mehr als 10 Volt.

von Marco D. (marco_d258)


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Hab ich jetzt eingefügt, war das gleiche Bild wie im ersten Link

von Marco D. (marco_d258)


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Auffällig war, das es nach dem tausch wieder funktioniert hat. Da ich 
zwei von diesen Modulen gebaut habe, habe ich hier alle Werte verglichen 
und bin dadurch drauf gekommen. Das Netzteil im Drucker hat bisher auch 
den Raspberry der im Drucker läuft zuverlässig mit Strom versorgt.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Ich frage mich gerade, was wohl passieren mag, wenn einer der beiden 
Kondensatoren eine erheblich geringere Kapazität hat, als der andere.

Dann fließt vielleicht beim Entladen ein hoher Strom durch die Diode am 
schwachen Kondensator vorbei.

Kannst du mal beim Entladen die Spannungen der beiden Kondensatoren 
kontrollieren und prüfen, ob sie sich einigermaßen gleichmäßig entladen?

von Marco D. (marco_d258)


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Ich schließ mal alles an und lass es mal laufen, dauert etwas. 
Allerdings ist es mir auch schon aufgefallen das ein Kondensator 
deutlich mehr geladen ist als der andere (gemessen über den 2k2 
Widerstand). Der mittlere hat ca nur 10% von dem, was der letzte hat.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Marco D. schrieb:
> Der mittlere hat ca nur 10% von dem, was der letzte hat.

Das ist sehr verdächtig. Klingt nach defektem Kondensator oder da ist 
wieder eine Diode kaputt.

von Marco D. (marco_d258)


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Ok beide laden ca gleich schnell, beim entladen allerdings ist der 
mittlere schneller während der untere Kondensator im Schaltbild konstant 
bleibt. Ab einen gewissen Punkt stoppt die Entladung, ich schätze da wo 
der MT3608 nicht mehr arbeiten kann.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Marco D. schrieb:
> beim entladen allerdings ist der
> mittlere schneller während der untere Kondensator im Schaltbild konstant
> bleibt.

Das wird die Problemursache sein. Natürlich gibt es stärkere 
Zenerdioden, die ein paar Ampere (in Durchlassrichtung) vertragen. Aber 
letztendlich sollte man wohl auch den schlechten Kondensator 
austauschen, da er früher oder später weitere Probleme machen wird.

von Marco D. (marco_d258)


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Also hieße das, dass der schnellere Kondensator defekt ist? Was kann 
hier die Ursache sein? Alle wurden ja neu gekauft und wie ich die Diode 
getauscht habe ging es auch wieder. Welchen Einfluss kann es auf die 
Diode haben da die Ströme noch unter 2V waren (so lange hatte ich das 
Modul nicht am Netz) Möchte nur sicher gehen, das es trotzdem keine 
äussere Einflüsse gibt, bevor ich das zweite Modul testweise in den 
Drucker baue.

von Stefan F. (Gast)


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Marco D. schrieb:
> Also hieße das, dass der schnellere Kondensator defekt ist?

Wenn beide Kondensatoren die gleiche Spannung haben, und sich dann einer 
viel schneller entlädt, dann hat er eine viel geringere Kapazität 
(Speichervermögen).

Defekt ist er nicht unbedingt, aber für diese Anwendung unbrauchbar. Hat 
man dir Fakes angedreht?

von Stefan F. (Gast)


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Marco D. schrieb:
> Welchen Einfluss kann es auf die
> Diode haben da die Ströme noch unter 2V waren

Strom misst man in Ampere. Wenn ein Kondensator leer ist aber der andere 
noch gut Ladung hat, dann leitet die Zenerdiode den Strom an dem 
entleerten Kondensator vorbei.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Marco D. schrieb:
> Also hieße das, dass der schnellere Kondensator defekt ist? Was kann
> hier die Ursache sein?
Der "schnellere" Kondensator wird bei gleichem Strom deshalb schneller 
aufgeladen, weil er eine "niedrigere" Kapazität hat.
Ich würde also einfach mal die Kondensatoren ausbauen, mit einem 
Labornetzteil auf 2,7V laden, dann mit einem 10 Ohm-Widerstand entladen 
und mit einem Messgerät schauen, wie schnell die Spannung auf z.B. 0,5V 
abfällt. Und dann die ermittelten Werte vergleichen.

> da die Ströme noch unter 2V waren
Spannungen sind "unter V", Ströme sind "unter A".

Stefan ⛄ F. schrieb:
> dann leitet die Zenerdiode den Strom an dem entleerten Kondensator vorbei.
In diesem Augenblick wird der "leere" Kondensator dann aber mit etwa -1V 
beaufschlagt...

: Bearbeitet durch Moderator
von Stefan F. (Gast)


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Wenn der Drucker z.B. 5 Watt aufnimmt (5V 1A), und deine Kondensatoren 
haben nur noch 2 Volt, dann fließen da rund 3 Ampere!

5 Watt + 20% Verluste = 6 Watt
6 Watt / 2 Volt = 3 Ampere

Die Dioden sollten also schon deutlich größer sein, als Standard.

von Marco D. (marco_d258)


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Ok dann mal danke bis hier her, ich werde mir da denke ich gleich neue 
Kondensatoren und Dioden kaufen. Leider habe ich kein Labornetzteil die 
den Versuch zulassen würden, von daher ist es mir die paar Euro wert. 
Ich hoffe halt, das der DC Wandler im Drucker nicht der Auslöser war, 
ich möchte auch nicht das zweite Netzteil grillen

von Stefan F. (Gast)


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Lothar M. schrieb:
> In diesem Augenblick wird der "leere" Kondensator dann aber mit etwa -1V
> beaufschlagt...

Ja. Ist das ein Problem?

Ich bin das von der klassischen LED-Blinkerschaltung gewohnt. Da sagt 
mein Ausbilder damals, eine kleine negative Spannung sei für die 
Kondensatoren unkritisch. Aber da ging es um normale Elkos, nicht diese 
Trümmer.

von Marco D. (marco_d258)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Defekt ist er nicht unbedingt, aber für diese Anwendung unbrauchbar. Hat
> man dir Fakes angedreht?

Na ja hoffe nicht hatte die beim Conrad gekauft

von Stefan F. (Gast)


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Ich würde den schwächeren mal gezielt außerhalb der Schaltung testen.

z.B am 3V Netzteil über einen 1000Ω Widerstand laden und die Zeit 
stoppen, bis er 2V erreicht hat. Das müsste ungefähr der Zeit T 
entsprechen.

T = C * R

T in Sekunden
C in Farat
R in Ohm

von L. N. (derneumann)


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was spricht eigentlich gegen einen einzelnen 5,5V Supercap?
https://www.mouser.at/Passive-Components/Capacitors/Supercapacitors-Ultracapacitors/_/N-5x76s?P=1yfs3v1Z1ykkebwZ1yo19p6Z1yo19ql

Dann spart man sich doch den ganzen balancing Mist?

von Harald W. (wilhelms)


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L. N. schrieb:
> was spricht eigentlich gegen einen einzelnen 5,5V Supercap?
> 
https://www.mouser.at/Passive-Components/Capacitors/Supercapacitors-Ultracapacitors/_/N-5x76s?P=1yfs3v1Z1ykkebwZ1yo19p6Z1yo19ql
>
> Dann spart man sich doch den ganzen balancing Mist?

Haben solche 5V-Kondensatoren eigentlich den Balancer eingebaut,
oder verlassen sie sich einfach darauf, das sich die eingebauten
zwei "Superkondensatoren" selbst symmetrieren?

von L. N. (derneumann)


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Akademisch eventuell durchaus wertvoll, wird dem Anwender aber relativ 
Wurst sein, oder?

von Stefan F. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Haben solche 5V-Kondensatoren eigentlich den Balancer eingebaut,

Wozu? Die bestehen aus einer einzigen Zelle. Das sind keine 
Akku-Batterien!

von L. N. (derneumann)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wozu? Die bestehen aus einer einzigen Zelle. Das sind keine
> Akku-Batterien!

Bei sämtlichen Supercaps in meinem Mouser Link handelt es sich um in 
Serie geschaltete Zellen. AVX sagt dazu "Series-Connected Super 
Capacitor Modules" und  in den Vishay Datenblättern steht explizit "No 
cell balancing necessary".

von Stefan F. (Gast)


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Oh, interessant. ich dachte echt, die bestünden nur aus einer Zelle.

von Harald W. (wilhelms)


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Stefan ⛄ F. schrieb:

>> Haben solche 5V-Kondensatoren eigentlich den Balancer eingebaut,
>
> Wozu? Die bestehen aus einer einzigen Zelle. Das sind keine
> Akku-Batterien!

Nun, m.W. ist die Höchstspannung von sog. Doppelschichtkondensatoren
ca. 3V. D.h. in diesen "5V-Kondensatoren" sind zwei Kondenatoren
in Reihe geschaltet.

von L. N. (derneumann)


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Harald W. schrieb:
> Nun, m.W. ist die Höchstspannung von sog. Doppelschichtkondensatoren
> ca. 3V. D.h. in diesen "5V-Kondensatoren" sind zwei Kondenatoren
> in Reihe geschaltet.

Im Tantenblatt von Vishay steht eher was von 4 Zellen und 1,4V.
#latetotheparty

von Ronny Z. (ronnyronny)


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Blöde Frage zu den Dingern:

Im DB "Useful life at Ur" z.B. 5200h.

Heißt das, dass der Kondensator nach 216 Tagen defekt sein kann?
Wär ja irgendwie lächerlich...

Weiß da jemand mehr?

Danke

von L. N. (derneumann)


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Aus dem AVX Datenblatt 
https://www.mouser.at/datasheet/2/40/AVX_SCM-1018838.pdf

Kommt wohl eher auf die Temperatur an.
Unter normalen Bedingungen kannst du wohl von ein paar Jährchen 
ausgehen.

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von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Ronny Z. schrieb:
> Weiß da jemand mehr?

Das Netz findet und weiss da mehr:
https://www.elektormagazine.de/news/neue-gold-caps-von-panasonic

Steht dort gut zum selber lesen.

https://www.elektroniknet.de/e-mechanik-passive/passive/vom-adjutanten-zum-koenigsmoerder.171933.2.html
"Wie bei allen elektronischen Komponenten verdoppelt sich auch die 
Lebensdauer des Superkondensators mit jeden 10 K weniger an 
Betriebstemperatur. Gleiches gilt für jede 0,1 V bis 0,2 V, um die die 
Betriebsspannung abnimmt."

: Bearbeitet durch User
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