Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zabezpieczenie napięciowe przed przeładowaniem kondensatora

Foxik20 16 Lut 2014 23:07 2649 11
  • #1 16 Lut 2014 23:07
    Foxik20
    Poziom 16  

    Witam!

    Jestem w trakcie budowy awaryjnej latarki, która nie potrzebuje ładowania z sieci, tylko przez potrząsanie.
    Jako magazyn energii elektrycznej zakupiłem superkondensator o pojemności 22F oraz napięciu pracy 2,7V. W celu zabezpieczenia go przed przeładowaniem (zbyt dużym napięciem), wykonałem prosty układ (patrz załącznik) oparty na diodzie Zenera włączonej zaporowo, dodatkowo wpiąłem z nią szeregowo rezystor oraz diodkę, która sygnalizuje w pełni naładowany kondensator (22F).

    W czym problem?
    Przed wykonaniem ostatecznego układu zabezpieczenia superkondensatora, zbudowałem układ zastępując owy kondensator, kondensatorem 1000µF, o większym napięciu pracy. Testując diodę Zenera wraz z diodą okazało się, że napięcie jest redukowane przez ten układ niemal do 0V, a powinno zatrzymać się w okolicach 2,7V, czyli przy napięciu przebicia diody Zenera.
    Podłączając układ (diodę) w trybie przewodzenia, niemal natychmiast napięcie na kondensatorze spada do 0,6V, czyli do napięcia przebicia Zenera (jak i większości diod) w trybie przewodzenia. Czyli w tym przypadku, wszystko zadziałało zgodnie z moimi przewidywaniami.

    Pytanie; Czemu stabilizacja (a raczej jej brak) nie zatrzymuje się przy napięciu przebicia Zenera w trybie zaporowym, a prąd płynie przez nią oraz resztę elementów aż do całkowitego rozładowania kondensatora?
    Odpowiedzi na to pytanie szukałem już wszędzie i niczego nie znalazłem, co mogłoby mi pomóc.

    Jeżeli mój układ zabezpieczający nie spełni wg Was zadania, to czym można go zastąpić? Zaznaczam, że całość 'zasilana' jest z kondensatora 22F :wink:

    Proszę o pomoc i pozdrawiam

    0 11
  • #2 16 Lut 2014 23:44
    Loker
    Poziom 38  

    Proste/szybkie rozwiązanie - daj diodę separującą układ ograniczający od kondensatora.
    Jak szybko rozładowuje się kondensator? Jaki jest prąd rozładowania?

    0
  • #3 16 Lut 2014 23:46
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Prawdopodobnie masz jakiś błąd w montażu? - bo nie widzę powodu dla którego układ ten miałby (mógłby) rozładowywać kondensator do zera (bo rozumiem, że napięcie obniża się stopniowo?).
    Dioda Zenera 2,7V ma kiepskie własności i zapewne spory prąd wsteczny nawet dla napięcia 1-2V, ale jest z nią w szeregu LED, który praktycznie poniżej 1V nie przewodzi.
    I właśnie dlatego ten układ jest tu do niczego.
    Poza tym napięcie tego układu to 2,7V +1,7V+Ur=4,3V+Ur - a podobno chciałeś 2,7V?
    Nawet układ ograniczenia napięcia jaki zaproponowałem tu https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2756899.html#13308216 nie zda egzaminu, gdyż superkondensator jest bardzo wrażliwy - praktycznie zniszczysz go napięciem 2,8V, z kolei zbyt niskie napięcie to duży ubytek energii (energia rośnie z kwadratem napięcia). Układ powinien być dokładny i odporny na zmiany temperatury (latarka) - a żadna dioda Zenera taka nie jest.
    Ja bym tu widział komparator, który po wzroście napięcia ponad 2,65V włącza tranzystor mocy obniżający napięcie do ok. 2,63V. Mikromocowy komparator niskonapięciowy, napięcie referencyjne na LM4041

    0
  • #4 17 Lut 2014 01:04
    Foxik20
    Poziom 16  

    Loker napisał:
    Proste/szybkie rozwiązanie - daj diodę separującą układ ograniczający od kondensatora.
    Jak szybko rozładowuje się kondensator? Jaki jest prąd rozładowania?


    Twój pomysł - patrz załącznik. O to chodziło?
    Czas rozładowania kondensatora - szacuję na 11minut. Obliczone dla diody, która pobiera 60±5mA.

    trymer01 napisał:
    Prawdopodobnie masz jakiś błąd w montażu?

    Otóż sprawdzałem go kilkukrotnie zmieniając także diody Zenera na inne napięcie (2,7V oraz 3,6V) - (nie)działało niestety tak samo.
    trymer01 napisał:
    Ja bym tu widział komparator, który po wzroście napięcia ponad 2,65V włącza tranzystor mocy obniżający napięcie do ok. 2,63V. Mikromocowy komparator niskonapięciowy, napięcie referencyjne na LM4041

    Czy przykładowo komparator LM293DT (datasheet w załączniku) mógłby być tu zastosowany?
    Dodatkowo, czy zamiast podanego przez Ciebie napięcia odniesienia można zastosować zamienne? Np. LM385, byłoby ono dla mnie o wiele łatwiej dostępne.

    W budowie komparatorów jestem laikiem, także prosiłbym o wyrozumiałość oraz orientacyjne nakierowanie mnie, jak powinien wyglądać układ wspomniany przez Ciebie trymer01, z zastosowaniem komparatora, napięcia odniesienia oraz tranzystora, który umożliwi zabezpieczenie przez przeładowaniem.
    Przeglądając forum Elektrody, natrafiłem na układ komer autorstwa jony'ego (Link). Omówił on mniej więcej jak działa jego komparator, tylko niestety nie znam szczegółów, jak to odnieść do konkretnego modelu komparatora.

    Pozdrawiam

    0
  • #5 17 Lut 2014 01:23
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Można to zrobić na LM293 i LM385.
    Tyle, że LM293 będzie żżerał ok. 0,5mA z naładowanego kondensatora - tyle pobiera jego zasilanie.
    Poczytaj o komparatorach - to takie trochę inne WO.
    LM385 ustawić na 1,25V z prądem 10-20µA przy Uwe=2V. Czyli opornik rzędu 47k.
    LM293; - we"-" na Vref=1,25V (z LM385), we"+" na dzielnik oporowy zasilany z Uwe, dający 1,25V przy Uwe=2,65V, wartości oporników duże aby nie obciążać Uwe - np.47k+56k, z wyjścia LM293 przez opornik ok. 330Ω do bazy dowolnego tranzystora pnp o mocy rzędu 1W bez radiatora (nie znam wydajności prądowej tej prądnicy ręcznej).
    Zapewne chciałbyś jakąś sygnalizację naładowania - można w kolektor tranzystora wstawić LED czerwony ale o odpowiednim prądzie - tak aby zaświecał się podczas ładowania tą prądnicą, ale się nie spalił.
    Jest kwestia wzbudzania - może mieć miejsce. Odpal to w układzie próbnym.

    0
  • #6 17 Lut 2014 01:30
    Foxik20
    Poziom 16  

    Jeszcze raz dzięki za podpowiedzi. Jutro postaram się rozejrzeć za potrzebnymi elementami, a następnie zbudować prototyp. Wyniki prób przedstawię jak najszybciej.
    Jakby coś, to jestem otwarty na wszelkie inne propozycje ;)

    Pozdrawiam

    0
  • #7 18 Lut 2014 13:41
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Wybacz błąd w poście nr 5 - należy zamienić wejścia komparatora miejscami.

    0
  • #8 18 Lut 2014 23:41
    Foxik20
    Poziom 16  

    Zanim jeszcze zakupiłem potrzebne elementy do komparatora, wpadł mi w oko jeden schemat, mianowicie ten:
    Zabezpieczenie napięciowe przed przeładowaniem kondensatora
    Na stronie elportalu wyjaśniono, jak działa. Mianowicie dając odpowiednią diodę Zenera, można wysterować napięcie wychodzące, które będzie miało wartość Uwyj = Uzen - Ube.
    Niestety wybór standardowych Zenerów jest ubogi, to czy prosty układ na regulowanej diodzie Zenera TL431 zdałby egzamin? Link

    Pytam jedynie orientacyjnie, gdyż i taki układ wydaje mi się prosty. Niestety, nie bardzo też wiem, jak w tym schemacie umieścić kontrolkę naładowania kondensatora.

    Który wydaje się lepszy (patrząc pod względem sprawności oraz mniejszego zużycia prądu przez sam układ)?

    0
  • #9 19 Lut 2014 01:33
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Twój schemat to przecież najprostszy, prymitywny stabilizator napięcia. Można to zrobić na LEd-zie białym albo żółtym + dobrana dioda (dwie), tak aby na tych diodach napięcie wynosiło ok.3,3V.
    Tyle, że to bardzo niepewna stabilizacja bo napięcie pływa z prądem obciążenia oraz z temperaturą.
    Dużo lepsza byłaby "dioda Zenera" na TL431 - bo ten układ jest stabilny termicznie, ale niestety złącze B-E tranzystora już nie, poza tym Ube tranzystora zmienia się z prądem. To też kiepska stabilizacja.
    Pamiętaj, że nie wolno w żadnym przypadku (np. gdy temperatura się zmieni - np. w zimie spadnie nawet o 50stC w stosunku do pokojowej) przekroczyć napięcia 2,7V. Jeśli układ "pływa" o 0,3V to musisz go nastawić na 2,4V (dioda 3,0V w Twoim schemacie) - a to spowoduje duży spadek energii zgromadzonej w kondensatorze.

    0
  • #10 22 Lut 2014 14:50
    Foxik20
    Poziom 16  

    Witam ponownie.
    W międzyczasie szukania komparatorów, wpadł mi w oko dokładnie model MAX972. W nocie katalogowej ze strony elenota.pl wyczytałem, że to jeden z tych modeli ultra low power, co dodatkowo sprawia, że chce go wykorzystać w projekcie.
    Jedyny kłopot stanowi jego zasilanie. Jak można wyczytać w datasheet, uruchamiając jeden komparator zakres zasilnia mieści się w 2.5 - 11V, natomiast wybierając dwa komparatory, zakres napięć spada o połowę, tj. 1.25 - 5.5V.
    Mam jedynie pytanie odnośnie opcji uruchomienia podwójnego komparatora. Czy zasilając dwa bloki komparatora, a w rzeczywistości korzystając tylko z jednego, minimalne napięcie zasilania zostanie zredukowane do 1.25V? Zależy mi na tym, aby komparator uruchomił się sporo przed tym, jak napięcie na kondensatorze osiągnie 2.65V.
    Z drugiej jednak strony, czy przy progu 2.5V, czyli zasilonym jednym modułem, komparator 'zdąrzy' się uruchomić i zabezpieczyć kondensator przed przeładowaniem?

    Pozdrawiam

    0
  • #11 22 Lut 2014 15:35
    trymer01
    Moderator Projektowanie

    Foxik20 napisał:

    Jedyny kłopot stanowi jego zasilanie. Jak można wyczytać w datasheet, uruchamiając jeden komparator zakres zasilnia mieści się w 2.5 - 11V, natomiast wybierając dwa komparatory, zakres napięć spada o połowę, tj. 1.25 - 5.5V.
    Mam jedynie pytanie odnośnie opcji uruchomienia podwójnego komparatora. Czy zasilając dwa bloki komparatora, a w rzeczywistości korzystając tylko z jednego, minimalne napięcie zasilania zostanie zredukowane do 1.25V? Zależy mi na tym, aby komparator uruchomił się sporo przed tym, jak napięcie na kondensatorze osiągnie 2.65V.
    Z drugiej jednak strony, czy przy progu 2.5V, czyli zasilonym jednym modułem, komparator 'zdąrzy' się uruchomić i zabezpieczyć kondensator przed przeładowaniem?

    Pozdrawiam

    Gdzie tak pisze? - toż to byłoby bez sensu.
    Ja widzę: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/maxim/MAX971-MAX984.pdf
    "Ideal for 3V or 5V single-supply applications, these
    devices operate from a single 2.5V to 11V supply (or
    ±1.25V to ±5.5V dual supplies)"
    Chyba mylisz pojęcia - "single" dotyczy pojedynczego (niesymetrycznego) napięcia zasilania a nie ilości komparatorów.

    0
  • #12 22 Lut 2014 21:12
    Foxik20
    Poziom 16  

    Ah, już rozumiem.
    Niemniej, w ogólnym rozeznaniu uda mi się uruchomić ten komparator przed napięciem granicznym, czyli 2.65V?
    Pytam, bo mogę dostać kilka sztuk po okazyjnej cenie.

    0
  Szukaj w 5mln produktów