Suche Kondensator 1000µF, 16V Bauhöhe: 4mm

[Bumbum]

Hallo,

für eine Anwendung suche ich einen etwas "besonderen" Kondensator. Ich benötige 1000µF Kapazität bei einer Versorgungsspannung von 12V, also 16V Spannungsfestigkeit. Das Problem ist die geringe Bauhöhe: Ich habe nur ca. 4mm zur Verfügung. Die anderen Abmessungen sind nicht so wichtig, da habe ich Platz. Aktuell habe ich 4x 220µF SMD Tantal-Kondensatoren, Größe D drin. Diese haben eine Bauhöhe von 4,2mm. Das geht gerade noch so. Wer kann mir Alternativen dazu vorschlagen?

Goldcap fällt leider aus, da diese Kondensatoren einen Schaltregler stützen, wenn die Versorgungsspannung ausfällt und der AVR noch Daten ins EEPROM speichern muss. Weniger Kapazität ist nicht möglich. Bei nur 660µF funktioniert es nicht mehr. Mit 880 geht es, 1000 wären mit Reserve etwas besser. Mehr Kapazität auf der 5V-Seite nach dem Schaltregler führt (leider) nicht zum Erfolg, bzw. nur dann wenn die Kondensatoren ähnlich groß sind (>1000µF). Auf der 5V-Seite handle ich mir mit einer solch großen Kapazität aber andere Probleme ein.

Viele Grüße
Andreas

[RoboHolIC]

Vielleicht lässt sich die Gesamtkapazität in mehreren kleineren Happen in die Platinenebene hinein versenken: also eine Aussparung, die sowohl die Leiterplattenstärke als auch die "Luft" auf der Montageseite als Bauraum verfügbar macht.

Oder kann die Hilfsbatterie auf einer zweiten Leiterplatte an andere Stelle untergebracht werden?

[Bumbum]

Hallo,

das mit der Verteilung mache ich es ja jetzt schon so. Ich setze 4 SMD-Tantal-Kondensatoren verteilt auf die Platine. Aber die Tantals sind leider teuer (4x 1,50€ im Vergleich zum "normalen" Elko für 1x 0,30€), und die Bestückung ist auch aufwändiger. Das mit dem Loch in der Platine habe ich mir auch schon überlegt, finde ich aber nur als Notlösung gut. Das Problem scheint zu sein, dass Tantalkondensatoren ab einer gewissen Kapazität nur noch mit sehr kleinen Spannungen erhältlich sind. (Warum eigentlich?) Vielleicht gibt es ja noch einen anderen Kondensator-Typ, den ich gerade nicht auf dem Schirm habe?

Weiterer Platz für eine externe "USV" ist leider nicht vorhanden.

Viele Grüße
Andreas

[PICture]

Hallo!

Ich denke, dass es mit einem kleinerem Elko (C) am AVR und Schottky-Diode (D) zum Schaltregler gehen könnte. ;)

D

+ >-->S--+---> VCC zum µC
Spannungs- |+
quelle === C
- >-+ /-\
| |
=== ===
GND GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Bumbum]

Hallo PICture,

ich habe deine Lösung gerade durchgerechnet. Ich dachte schon fast, Sie würde funktionieren. Aber leider komme ich damit in einen Bereich, bei dem die IO-Spannung von Peripherie-ICs unkompatibel wird. Ein IC erkennt ein high am IO erst ab 0,85xVCC (=4,25V @ 5V VCC). Der AVR gibt laut Datenblatt im worst case 4,2V @ 5V VCC an einem IO aus, was eigentlich schon zu knapp ist. Wenn ich jetzt davon noch 0,3V für die Shottky abziehe ist es mir zu unsicher, bzw. suche ich dann bestimmt irgendwann mal im Sommer Fehler, die eigentlich gar nicht da sind... ;-)

Viele Grüße
Andreas

[PICture]

Sorry, aber ich habe gedacht, dass du es für realen Zweck brauchst. :D

[Bumbum]

Da hast du recht. ;-)

[Geistesblitz]

Dann musst du wohl mal gucken, wie hoch die Spannung vom Netzteil denn ist und wie wahrscheinlich es ist, dass dein worst case eintritt. Wenn jetzt meinetwegen genau 5V vom Netzteil kommen, hast du 4,7V am Controller (je nach Stromaufnahme natürlich). Bei Ausfall des Netzteils geht dann die Spannung vom Kondensator langsam runter, eben je nach Stromverbrauch. Der bestimmt dann, wie groß der Kondensator sein muss, damit die Spannung lange genug über deinen 4,25V bleibt. Vorteil ist, dass du einen Kondensator mit geringerer Spannungsfestigkeit verwenden kannst, der dann also auch kleiner ist. Außerdem wird es effizienter sein, den Controller direkt vom Kondensator zu versorgen, als den Spannungswandler ebenfalls mit reinzunehmen, da dieser nur einen recht begrenzten Wirkungsgrad haben wird.

[Besserwessi]

Der Pufferelko vor dem Schaltregler ist schon richtig, denn da darf sich die Spannung mehr ändern. Die Frage wäre ggf. ob man die Schalung nicht sparsamer machen kann, so dass man mit weniger Energie auskommt. Schon der Betrieb mit 5 V spricht nicht für eine sehr sparsame Ausführung. Der 2. Punkt wäre ggf. schneller den Ausfall der Spannung zu erkennen, so dass man früher mit dem speichern anfangen kann. Auch lohnt es sich ggf. erst einmal nicht benötigte Verbraucher abzustellen, so dass die Energie wirklich nur zum Datenretten genutzt wird.

[Bumbum]

Hallo Geistesblitz,

wenn die Spanung wegfällt ist mir eigentlich egal, was die Peripherie macht. Ich erkenne über den internen Analog Komperator im AVR via Interrupt den Ausfall und speichere meine Daten noch im IRQ ins EEPROM. Danach legt sich der AVR schlafen. Das Problem ist, es funktioniert nur vollständig ab ca. 880µF vor dem Schaltregler.

Meine Berechnung zum Worst Case waren für den normalen Betrieb (VCC = 5V) gerechnet. Eine wegbrechende Versorgungsspannung wie von dir Beschrieben sollte da nicht auftreten und wenn doch ist es mir wie gesagt egal, da der AVR dies erkennt und "herunterfährt".

Ich weiß, dass meine restliche Peripherie und der Schaltregler mir die lebenswichtige Energie aus den Elkos saugt, deshalb wäre PICtures Lösung perfekt, führt aber unter Umständen (Temperatur, etc.) zu IO-Problemen mit der Peripherie.

Im moment ist tatsächlich die Loch-In-Der-Platine-Lösung in Führung, um darin einen normalen radialen Elko unterzubringen. Vielleicht kommt ja noch ein Alternativvorschlag.

Viele Grüße
Andreas

- - - Aktualisiert - - -

Hallo Besserwessi,

unsere Postings haben sich zeitlich überschnitten. Die 5V VCC sind nötig, da der AVR mit 16 MHz betrieben werden muss. Bei dieser Geschwindigkeit sind im Datenblatt VCC min = 4,5V angegeben. Es sind leider keine wirklichen Verbraucher da, die ausgeschaltet werden können. Ich könnte ein paar IC's in den Ruhemodus setzen aber das würde vermutlich durch die nötige Kommunikation länger dauern wie das speichern der Daten im EEPROM. ;-)

Viele Grüße
Andreas

[Peter(TOO)]

Hallo Andreas,

Hallo Geistesblitz,

wenn die Spanung wegfällt ist mir eigentlich egal, was die Peripherie macht. Ich erkenne über den internen Analog Komperator im AVR via Interrupt den Ausfall und speichere meine Daten noch im IRQ ins EEPROM. Danach legt sich der AVR schlafen. Das Problem ist, es funktioniert nur vollständig ab ca. 880µF vor dem Schaltregler.

Du misst aber die Spannung schon VOR dem Schaltregler?

MfG Peter(TOO)

[Besserwessi]

Die neueren AVRs (z.B. Mega324 statt MEga32) benötigen für 16 MHz nur etwa 3,7 V als Mindestspannung, und außerdem auch schon so deutlich weniger (teils weniger als die Hälfte) Strom. Schon der Schritt von 5 V auf 4,5 V spart etwa 20% der Leistung (je ca. 10 % weniger Spannung und Strom).

Beim schreiben der Daten ins EEPROM wartet man vor allem auf das EEPROM - da kann man den Strom deutlich reduzieren, indem man Stromsparmodi nutzt, bzw. beim Mega324 ggf. auch zur Laufzeit den Takt reduziert.

[Bumbum]

Hallo,

@Peter: Natürlich wird (über einen Spannungsteiler) vor dem Schaltregler überwacht.

@Besserwessi: Mein AVR ist bewußt so gewählt und leider nicht austauschbar. Es werden nur 13 Byte in sein EEPROM geschrieben, und das wie gesagt direkt im IRQ der den Spannungsausfall detektiert. Der Hauptverbrauch des Stroms wird auf die Periphere-ICs fallen. Der Verbrauch wird deshalb vermutlich nicht merklich weniger, wenn ich am AVR Strom durch Idle-Modus oder runtertakten spare. Und bis ich der Periphere gesagt habe sich in den Standy-By zu versetzen sind die 13 Bytes vermutlich längst gesichert.

Ein Transistor vor VCC der Peripherie wäre noch eine Möglichkeit, aber das einfachste wäre ein passender Kondensator. ;-)

Viele Grüße
Andreas

[oberallgeier]

... bis ich der Periphere gesagt habe sich in den Standy-By zu versetzen sind die 13 Bytes vermutlich längst gesichert ...Hallo Andreas,

Du weißt aber schon, dass es "ewig" dauert, bis so ein Byte in ein EEPROM geschrieben ist - in der Gegend von Millisekunden?! Mir war mal die Spannung vom Erkennen "low battery" bis die paar Bytes weggeschrieben waren von der Peripherie weggefressen worden. Fazit: da stimmte dann hinten raus nix mehr.

[Bumbum]

Hallo oberallgeier,

ich wollte noch eine abschließende Bemerkung zu diesem Thema abgeben. Dein letzter Beitrag hat mich zum grübeln angeregt. Ich habe mich also entschlossen die Daten in den Flash zu schreiben. Dieser hat zwar "nur" 10000 Schreibzyklen (das EEPROM im Vergleich 100000) aber bei 3x Ein/Aus pro Tag hält das Teil bei täglichem Betrieb immer noch über 10 Jahre, was mehr als genug sein sollte. Zur Not kann ich ja noch eine Rotation im Flash einbauen.

Das Ergebnis der Aktion ist:

Speichern im EEPROM 43,8ms (schreibt Byteweise ca. 13 Byte x 3,3ms)
Speichern im Flash: 8,3ms (schreibt Seitenweise --> Page löschen 3,3ms + Page schreiben 4,4ms, der Rest ist Handling overhead)

Gestoppt habe ich das mit dem integrierten Timer im AVR. Ich habe die 1000µF komplett ausgelötet und es funktioniert trotzdem in 99% der Fälle mit der Restenergie in den übrigen Stützkondensatoren. Mit einem "kleinen" 100µF sollte ich jetzt also locker hinkommen.

Vielen Dank an alle die mitgedacht und zur Lösung des Problems beigetragen haben!

Viele Grüße
Andreas