Spannungsbegrenzung für Goldcaps

[Dirk-Lueder Kreie]

Moin

Ich habe mir eine kleine "stablampe" aus 2 22F 2,3V Goldcaps in Serie
und einer "superhellen" 9 cd-LED gebastelt.

so weit so gut.
Folgende Problematik:
zum Laden steht mir nur eine 5V (+/- 10%) Spannungsquelle zur
Verfügung, ich brauche aber was im Bereich von 4,6V maximal. also habe
ich mir gedacht: eine Z-Diode für 4,3 V wird eingesetzt.
Zur minimierung der Ladezeit (die paar Farad wollen schliesslich
geladen werden) hatte ich an einen 1 Ohm Widerstand gedacht (natürlich
keinen 1/4W ;-))

Da ich im moment keine passende Zener rumfliegen habe, habe ich das so
gelöst, dass ich die "Ladeschlusspannung" schätze, anhand der
Helligkeit der angeschlossenen LED. bei einer Zeitkonstante im 2-
stelligen Sekundenbereich kein Problem. nur möchte ich es natürlich
komfortabler haben, also hatte ich mir gedacht, vielleicht nehme ich
eine Thermosicherung, und schleife die in den Ladeanschluss ein, und
bringe sie in thermischen Kontakt mit der Z-Diode, so dass die Ladung
automatisch abbricht, wenn die Z-Diode eine gewisse Leistung aufnehmen
muss.

Kann sowas funktionieren, oder würde das Ganze zu früh oder sogar zu
spät abschalten? Tipps zur Dimensionierung (Wahl der
abschalttemperatur) und möglichen Problemen (zu hohe Wärmekapazität, zu
träge, usw.) sind willkommen.

kleine ASCII-Zeichnung der Schaltung:

___
o---[___]----o----o----o
R1 | | |
R2 [_] _, = C1
Uo | '^ D1 |
5V- LED v | = C2
_ T | |
o--- --------o----o----o
^
Thermoschalter, sensor an der Zener-diode D1

R1 = 1 Ohm
R2 = 27 Ohm
D1 = Zener-Diode 4,3V 0,5 oder 1,3 W
C1 = C2
C2 = 22F 2,3 V GoldCap
LED = 9000 mcd 3,6 V 20 mA (4 V, 30 mA max)


--
Dirk-Lüder Kreie http://www.nord-com.net/dkreie/
Die E-Mail-Adresse ist *genau* *so* korrekt: dlk-nospam@deelkar.ath.cx

 

[Michael Koch]

Hallo Dirk,

lass doch einfach die Z-Diode und den Thermoschalter weg und
schalte eine normale SI Diode (0.7V Spannungsabfall) in
Reihe mit R1.

Gruss
Michael

 

[Martin Lenz]

Michael Koch schrieb:

Hallo Dirk,

lass doch einfach die Z-Diode und den Thermoschalter weg und
schalte eine normale SI Diode (0.7V Spannungsabfall) in
Reihe mit R1.

Nicht gut!

Bei vollem C ist der Strom = 0 und daher auch der Spannungsabfall.
Verwende einfach einen geeigneten Low-Drop Regler, den du auf 4,5V
einstellst, zB den LP2951, wenn du mit 100..150mA auskommst. Falls der
Probleme mit Spannung am Ausgang bei abgeschalteter Eingangsspannung
hat, dann bekommt der noch eine Si-Diode vom Ausgang zum Eingang,
Kathode zum Eingang, sodaß sie normalerweise sperrt. Sein Eigenverbrauch
liegt bei 70ľA, das ist vernachlässigbar. Es gibt auch stärkere, aber
da habe ich keine Typen im Kopf.
Alternative wäre ein PMOS mit geeigneter Belastbarkeitund ein kleiner
Komparator, der diesen abschaltet, wenn 4,5V überschritten werden.

Martin

 

[Gerd Kluger]

Martin Lenz <m.lenz@kreuzgruber.com> schrieb:

Michael Koch schrieb:

Hallo Dirk,

lass doch einfach die Z-Diode und den Thermoschalter weg und
schalte eine normale SI Diode (0.7V Spannungsabfall) in
Reihe mit R1.

Nicht gut!

Bei vollem C ist der Strom = 0 und daher auch der Spannungsabfall.
Verwende einfach einen geeigneten Low-Drop Regler, den du auf 4,5V
einstellst, zB den LP2951, wenn du mit 100..150mA auskommst. Falls der
Probleme mit Spannung am Ausgang bei abgeschalteter Eingangsspannung
hat, dann bekommt der noch eine Si-Diode vom Ausgang zum Eingang,
Kathode zum Eingang, sodaß sie normalerweise sperrt. Sein Eigenverbrauch
liegt bei 70ľA, das ist vernachlässigbar. Es gibt auch stärkere, aber
da habe ich keine Typen im Kopf.
Alternative wäre ein PMOS mit geeigneter Belastbarkeitund ein kleiner
Komparator, der diesen abschaltet, wenn 4,5V überschritten werden.

Darüber hinaus mußt Du noch irgendwas für das Loadbalancing tun, sonst
ist einer der beiden Goldcaps Ruckzuck in den ewigen Jagdgründen.
Also entweder Spannungsteiler verwenden (Widerstandswert hängt
vom Innenwiderstand der Goldcaps ab) oder - falls Du doch die Dioden-
lösung willst - 6 Si-Dioden in Reihe und jeweils 3 davon parallel zu jedem
Goldcap.

Gruß
Gerd

 

[MaWin]

Dirk-Lueder Kreie <dlk-nospam@deelkar.ath.cx> schrieb im Beitrag <Xns94258CCC2BC3Bdeelkar@news.deelkar.ath.cx>...

Ich habe mir eine kleine "stablampe" aus 2 22F 2,3V Goldcaps in Serie
und einer "superhellen" 9 cd-LED gebastelt.

Das ist so ziemlich das bloedeste was man tun kann (diesmal nicht wegen

der LED), weil bei einem Kondensator die Spannung direkt proportional
mit der Entladung sinkt, die LED aber nur in einem engen Spannungsbereich
sinnvoll arbeitet.
Du nutzt also hoechstens 10% der teuer bezahlten Goldcap-Kapazitaet aus.
Vor allem und genz besonders wenn die GoldCaps nur so wenig Maximal-
Spannung ueber der mindestens benoetigten haben (bei einem 100V Elko
sieht das besser aus, der geht von 100V bis 3.6V, wenn der Strom die
ganze Zeit effektiv (Schltregler) auf 20mA limitiert wird.

Akkus (z.B. NiMH) haben eine dem Problem viel angemessenere Entlade-
kennlinie, die ist naemlich die meiste Zeit bei 1.2V. Ueberigens halten
gut Akkus ebenso lange wie GoldCaps wenn man sie gut behandelt. Man
denke an all die Probleme die die Leute mit den GoldCap-Armbanduihren
haben, weil es heute keine heilen GoldCaps der benotigten Bauform mehr
gibt -> Uhr wegschmeissen.

WENN ihr (aus welchen merkwuerdigen Gruenden achimmer, z.B. weil sie so
teuer waren das ihr jetzt kein Geld mehr habt) die GoldCaps beibehalten
wollt, dann sort wenisgtens dafer, das sie ordentlich entladen werden
koennen, per Step-Up-Stromschaltregker fuer die LED (LT1073, siehe
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ )

Ich habe mir eine kleine "stablampe" aus 2 22F 2,3V Goldcaps in Serie

Das ist das zweitbloedeste. Die Spoannung (Ladung) verteilt sich nicht
gleichmaessig ueber den GoldCaps, nehmt einem 5.5V-Goldcap, der hat
die noetigen Spannungsverteilung schon drin.

Damit eruebrigst sich:

zum Laden steht mir nur eine 5V (+/- 10%) Spannungsquelle zur Verfügung,
ich brauche aber was im Bereich von 4,6V maximal.

weil man den 5.5V Elko gut an die 5V anschliessen kann.

ich mir gedacht: eine Z-Diode für 4,3 V wird eingesetzt.

Siehe FAQ zu Z-Dioen, vor allem bei <5V (sind unbrauchbarer Murks)

Zur minimierung der Ladezeit (die paar Farad wollen schliesslich
geladen werden) hatte ich an einen 1 Ohm Widerstand gedacht (natürlich
keinen 1/4W ;-))

Die billigen hochohmigen GoldCaps begrenzen ihren Ladestrom selber,

leider sind sie damit fuer Hochstromverbrauchen (wie die LED) wegen
massiver interner Verluste unbrauchbar. Der dritte Fehler, denn Epcos
UltraCaps oder aehnliche hochleistungsfaegihe GoldCaps werdet ihr nicht
haben.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Michael Koch]

Hallo Martin,

Bei vollem C ist der Strom = 0 und daher auch der Spannungsabfall.

Der Strom ist nicht null weil die LED keinen Schalter hat


Michael

 

[Dirk-Lueder Kreie]

Erstmal danke überhaupt für die Antworten (auch den Anderen im Thread)

"MaWin" <me@privacy.net> wrote:

Dirk-Lueder Kreie <dlk-nospam@deelkar.ath.cx> schrieb im Beitrag

Ich habe mir eine kleine "stablampe" aus 2 22F 2,3V Goldcaps in
Serie und einer "superhellen" 9 cd-LED gebastelt.

Das ist so ziemlich das bloedeste was man tun kann (diesmal nicht
wegen der LED), weil bei einem Kondensator die Spannung direkt
proportional mit der Entladung sinkt, die LED aber nur in einem
engen Spannungsbereich sinnvoll arbeitet.

Das war mir bewusst, zunächst einmal war das mehr eine "Schnapsidee",
was man denn mit den Goldcaps anfangen könne.

Du nutzt also hoechstens 10% der teuer bezahlten Goldcap-Kapazitaet
aus. Vor allem und genz besonders wenn die GoldCaps nur so wenig
Maximal- Spannung ueber der mindestens benoetigten haben (bei einem
100V Elko sieht das besser aus, der geht von 100V bis 3.6V, wenn der
Strom die ganze Zeit effektiv (Schltregler) auf 20mA limitiert wird.

Da solche Bauteile grad nicht zur Verfügung standen, ist das
rausgekommen, was ich im OP beschrieben habe.

Akkus (z.B. NiMH) haben eine dem Problem viel angemessenere Entlade-
kennlinie, die ist naemlich die meiste Zeit bei 1.2V. Ueberigens
halten gut Akkus ebenso lange wie GoldCaps wenn man sie gut
behandelt. Man denke an all die Probleme die die Leute mit den
GoldCap-Armbanduihren haben, weil es heute keine heilen GoldCaps der
benotigten Bauform mehr gibt -> Uhr wegschmeissen.

Das ist im Allgemeinen ein guter Hinweis, aber hier im konkreten eher
irrelevant, da die Schaltung so wie sie ist nicht auf eine bestimmte
Bauform oder einen Typ angewiesen ist. Zweitens ging es eher um die
Optimierung der Ladezeiten, bei Niedervoltanwendungen.

WENN ihr (aus welchen merkwuerdigen Gruenden achimmer, z.B. weil sie
so teuer waren das ihr jetzt kein Geld mehr habt) die GoldCaps
beibehalten wollt, dann sort wenisgtens dafer, das sie ordentlich
entladen werden koennen, per Step-Up-Stromschaltregker fuer die LED
(LT1073, siehe de.sci.electronics FAQ:
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/ )

Danke, werde ich mir definitiv überlegen, und *so* teuer waren die GCs
nun auch wieder nicht.

Ich habe mir eine kleine "stablampe" aus 2 22F 2,3V Goldcaps in
Serie

Das ist das zweitbloedeste. Die Spoannung (Ladung) verteilt sich
nicht gleichmaessig ueber den GoldCaps, nehmt einem 5.5V-Goldcap,
der hat die noetigen Spannungsverteilung schon drin.

Ist das nicht evtl. irrelevant, wenn die Ladung unter der Nennwert
minus Toleranz bleibt?

Damit eruebrigst sich:

zum Laden steht mir nur eine 5V (+/- 10%) Spannungsquelle zur
Verfügung, ich brauche aber was im Bereich von 4,6V maximal.

weil man den 5.5V Elko gut an die 5V anschliessen kann.

Sicher, aber sowas war grad nicht "greifbar", ausserdem wäre es
vielleicht auch interessant, das Ding an anderen Spannungen laden zu
können, ohne gleich komplexere Schaltungen als ein paar Widerstände und
Dioden verwenden zu müssen.

ich mir gedacht: eine Z-Diode für 4,3 V wird eingesetzt.

Siehe FAQ zu Z-Dioen, vor allem bei <5V (sind unbrauchbarer Murks)

Wiederum: Danke für den Hinweis.

Zur minimierung der Ladezeit (die paar Farad wollen schliesslich
geladen werden) hatte ich an einen 1 Ohm Widerstand gedacht
(natürlich keinen 1/4W ;-))

Die billigen hochohmigen GoldCaps begrenzen ihren Ladestrom selber,
leider sind sie damit fuer Hochstromverbrauchen (wie die LED) wegen
massiver interner Verluste unbrauchbar. Der dritte Fehler, denn
Epcos UltraCaps oder aehnliche hochleistungsfaegihe GoldCaps werdet
ihr nicht haben.

Ich wollte primär vermeiden, dass der Innenwiderstand der GoldCaps den
Hauptteil der Leistung beim Laden umsetzt.
Die deutlich spürbare Erwärmung des 1 Ohm Widerstandes in den ersten
Sekunden des Ladevorgangs gibt mir da glaube ich Recht.
(obwohl aufgrund der Verpackung der Goldcaps es schwer zu sagen ist, ob
diese sich nicht auch merklich erwärmen)

--
Dirk-Lüder Kreie http://www.nord-com.net/dkreie/
Die E-Mail-Adresse ist *genau* *so* korrekt: dlk-nospam@deelkar.ath.cx

 

[Rick Sickel]

Dirk-Lueder Kreie wrote:

Bauform oder einen Typ angewiesen ist. Zweitens ging es eher um die
Optimierung der Ladezeiten, bei Niedervoltanwendungen.
Das ist ja recht einfach, je höher der Strom, desto kürzer die Ladezeit,

und desto niedriger der Systemwirkungsgrad. Mit einem Vorwiderstand ist
der Ladewirkungsgrad, wie man sich leicht herleiten kann, immer 50%, bei
konstanter Speisespannung. Die kürzeste Ladezeit hat man also, wenn man
den Innenwiderstand des Kondesators allein im Stromkreis hat.

Ich wollte primär vermeiden, dass der Innenwiderstand der GoldCaps den
Hauptteil der Leistung beim Laden umsetzt.
Die deutlich spürbare Erwärmung des 1 Ohm Widerstandes in den ersten
Sekunden des Ladevorgangs gibt mir da glaube ich Recht.
(obwohl aufgrund der Verpackung der Goldcaps es schwer zu sagen ist, ob
diese sich nicht auch merklich erwärmen)
Hier kann man auch eine Abschätzung treffen, indem man die

Wärmekapazität des Kondensators ermittelt. Und dann die
Temperaturerhöhung ausrechnet.

Rick