Kondensator / Sicherung dimensionieren

[Cysign]

Hallo zusammen,
heute mal eine vielleicht triviale Frage:
Wie dimensioniere ich eine Feinsicherung zwischen einem Bleigelakku (Solarsystem, also grob 11-14V) und einem Kondensator (entweder 4700µF oder 10000µF)?

In meinem Aufbau hat sich eine Kapazität von 4-6000µF für Stromengpässe bewährt. Da ich das System nun jedoch auch mit einer Feinsicherung absichern möchte, will ich ungern 20 Sicherungen verschrotten, bis ich durch Ausprobieren einen passenden Wert habe ;)

[White_Fox]

Mach dich mal mit der Funktionsweise einerSicherung vertraut (Stichwort Schmelzintegral).
Dann wirst du feststellen daß du die wichtigen Angaben verschweigst und die Spannung (weitgehend) nutzlos ist.
Verzeih wenn ich etwas harsch bin, aber das ist echt Grundlagenwissen, dafür bist du schon zu lange hier um dir das zu erklären.

Und der Kondensator wird dir kaum etwas bei "Stromengpäßen" nutzen, sofern du den direkt am Bleiakku hinter der Sicherung montierst.
Allzumal du kaum Stromengpäße haben wirst. Sondern eher Spannungseinbrüche.

[Cysign]

Danke für das Stichwort, jetzt kann ich googeln ;)

Nun ja, ich habe einen Motor, den ich per Transistor schalte, und parallel dazu einen 5V-Spannungsregler um meinen µC zu betreiben.
Wenn der Motor anläuft, gabs immer einen Spannungseinbruch, wodurch der Spannungswandler die Versorgung des µC nicht mehr decken konnte.
Ich überlege grade, wie/wo ich in der nächsten Version dieser Schaltung verbessern kann.

Bisher habe ich das so gelöst:

Motor und Spannungswandler parallel an VCC.
Hniter dem Spannungsregler eine Diode (der Spannungsabfall war der Schaltung scheinbar egal) und einen größeren Kondensator.

In Zukunft möchte ich den Kondensator vor dem Spannungsregler platzieren.







DC11-14V o--------------oMotor
o
|
|
|
|
o
|
V
-
|
o----oLP2950o-----------o µC
o | |
|+ --- ---
4700µF === --- --- 2,2µf
/-\ |1µf |
| gnd
gnd
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)




Also Sicherung -> Diode -> Kondensator -> Spannungsregler

Bisher wurde der Kondensator ja durch den Spannungsregler im Ladestrom begrenzt. Aber nun wird der Kondensator direkt durch Anschluß der Spannungsquelle geladen.

[shedepe]

Deine Frage ist letztendlich: Wie viel Strom fließt in den Kondensator und wie groß muss meine Sicherung dimensioniert werden.
Die Größe des Einschaltstroms hängt maßgeblich von dem Innenwiderstand des Kondensators ab (Auch Kondensatoren haben einen) und dem Innenwiderstand deines Bleiakkus. Wenn du beide Werte weißt kannst du deine Sicherung auslegen. Der Wert für die Sicherung wird trotzdem sehr groß sein ;) Deswegen gibt es Schaltungen um den Ladestrom eines Kondensators zu begrenzen aber den Entladestrom unbegrenzt zu lassen. Da wirst du bestimmt im Internet dazu fündig.

Die nächste Frage ist: Brauchst du überhaupt so einen großen Kondensator. Je nach Spannungsregler (Linearregler sind an der Stelle schneller) sollte der Regler den Unterschied schnell genug ausgleichen können. Ansonsten würde ich einen kleinen Kondensator direkt am uC vorschlagen. Stichwort Leitungsinduktivität.

[White_Fox]

Spannungsquelle - Sicherung - Diode - Pufferkondensator - Spannugnsregler - übrige Schaltung

In dieser Reihenfolge. Die Größe deines Kondensators ist davon abhängig, welche Zeiträume du überbrücken willst und wieviel Strom deine Mikrocontroller-Schaltung verlangt. 6mF kommt mir aber etwas viel vor. Schau dir aber dazu mal die Einheit, in der eine Kapazität ausgedrück wird, genauer an. Das sollte dir helfen. ;)

Den Kondensator mußt du nicht gesondert absichern, zumindest sehe ich da keinen Sinn drinn in der Schaltung, die ich grad im Kopf hab.

Nachtrag:
Ohne nähere Kenntnis deiner Schaltung ist das immer noch Rumraterei. Es kann funktoinieren. Wenn dein Problem zu meiner Lösung paßt. Möglicherweise ist dein Problem aber auch kein Spannungseinbruch, sondern z.B. ein Spannungfall an der Masseimpedanz. Das kann aber nur mit Kenntnis des Leiterplattenlayouts und vollständigem Schaltplan geklärt werden.

[Cysign]

An sich ist die Schaltung sehr rudimentär.
Ich hab mal grade den groben Aufbau skizziert:
32269

Mein alternativer Plan mit Ladestrombegrenzung und Endladetaster wäre:
32270


Leider weiß ich grade den Motorwiderstand nicht auswendig. Aber ich meine, dass ich die Sicherung beim letzten Aufbau mit ca. 3A erfolgreich getestet hatte.

[Peter(TOO)]

Wieso kompliziert, wenn es einfach auch geht?

Was spricht dagegen, einen Widerstand in Serie zur Diode zu schalten? Dann hat man einen berechenbaren Einschaltspitzenstrom.
Noch etwas eleganter wäre eine Drossel, an Stelle des Widerstandes.

MfG Peter(TOO)

[Cysign]

Du meinst in Serie zu D1?

Meine Bedenken sind dann eher, dass der Linearregler erst zu sauber zu arbeiten anfängt, wenn der Kondensator geladen ist. Könnte das nicht zu unvorhersehbarem Verhalten seitens des µC führen?
Wenn nun lediglich der Kondensator beim Laden gedrosselt wird, würde ich dieses potentielle Problem umgehen.

Mit einer Spule habe ich noch nie gearbeitet. Ich hatte mir mal bei eBay ein günstiges Gerätchen zum Messen von Spulen gekauft und hab auch einige kleine Spulen hier, aber sinnvolle Ergebnisse konnte ich nie messen, weshalb ich damit nie was gebastelt habe ;)
Welchen Vorteil hätte die Spule?

[RoboHolIC]

Meine Bedenken sind dann eher, dass der Linearregler erst zu sauber zu arbeiten anfängt, wenn der Kondensator geladen ist.
Diesbezüglich gibts in den Datenblättern Diagramme, die die Sprungantwort des Reglers zeigen, also den Verlauf der Ausgangsspannung bei einem definierten Sprung der Eingangsspannung.
Und dann kommt noch die Minimalforderung an die Eingangsspannung ins Spiel, die sich aus Ausgangsspannung, Laststrom und Dropoutspannung bei diesem Laststrom im Datenblatt ablesen lässt.


Könnte das nicht zu unvorhersehbarem Verhalten seitens des µC führen?
Ja, wenn man es falsch macht. Im Controller-Datenblatt wirst du die minimale Arbeitsspannung finden und die Anforderung, wie schnell die Versorgungsspannung von (nahe) null weg ansteigen muss, damit die Resetschaltung ordentlich arbeitet. Darauf hin muss die Einschaltstrombegrenzung -sei es Drossel oder Widerstand- ausgelegt werden. Die Lade-/Einschaltzeit des Kondensators ab dem Loslaufen es Controllers kann durch ein Delay überbrückt werden. Erst wenn die Betriebsspannung steht, wird die "Handbremse" gelöst.


Wenn nun lediglich der Kondensator beim Laden gedrosselt wird, würde ich dieses potentielle Problem umgehen. Damit erzeugst du doch erst das Problem, oder?


Welchen Vorteil hätte die Spule? Keinen nennenswerten Energieverlust im stationärenZustand gegenüber der Variante mit Ladewiderstand, ansonsten fürchte ich eher neue Probleme durch die Induktivität in der Zuleitung.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Du meinst in Serie zu D1?

Meine Bedenken sind dann eher, dass der Linearregler erst zu sauber zu arbeiten anfängt, wenn der Kondensator geladen ist. Könnte das nicht zu unvorhersehbarem Verhalten seitens des µC führen?
Wenn nun lediglich der Kondensator beim Laden gedrosselt wird, würde ich dieses potentielle Problem umgehen.
Ja.

Der 5V LP2950 arbeitet ab 6V und der 3.3V ab 4.3V absolut präzise.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lp2951-n.pdf

Bei 14V und 3A wären 3.6 Ohm nicht schlecht.
Dies ergibt ein Tau von 16 ms.
Bei 11V ist der Elko in 16 ms auf 7.7V aufgeladen.

Zudem ist die Reset-Schaltung auf dem µC nicht dazu da einfach ein paar Transistoren zu implementieren, sondern sie startet die CPU erst dann, wenn die Spannung stabil ist.
Zudem kann man die Reset Zeit bis zu 65ms einstellen.


BTW: DU musst aufpassen was dein Port-Pin bei einem Reset macht! Wenn der Pullup aktiviert ist, schaltet dein BUZ11 den Motor während dieser Zeit an.
Dies gilt auch für den Schlafmodus usw.



Mit einer Spule habe ich noch nie gearbeitet. Ich hatte mir mal bei eBay ein günstiges Gerätchen zum Messen von Spulen gekauft und hab auch einige kleine Spulen hier, aber sinnvolle Ergebnisse konnte ich nie messen, weshalb ich damit nie was gebastelt habe ;)
Welchen Vorteil hätte die Spule?
In diesem Fall ist interessant, dass für Gleichstrom nur der Ohmsche Spulenwiderstand wirksam ist. Für Wechselspannung und schnelle Stromänderungen dann der viel höhere Induktive Widerstand :-)
Da könnte man noch etwas raus holen, aber mit den 3.6 Ohm ist das gar nicht nötig.
Allerdings wirkt die Drossel auch als Filter und hält Störsignale vom Motor vom Reglereingang fern.

MfG Peter(TOO)

[Cysign]

Die 3A hatte ich wegen des Motors gesetzt. Die Mikrokontrollerschaltung kommt mit 0,1A aus.

Ich muss gestehen, dass du mit der Berechnung von Tau nun auf einem Level bist, das ich leider nicht verstehe ;)
Ich weiß, dass Tau eine Zeitspanne angibt, vermutlich die Ladezeit des Kondensators. Aber wie komme ich darauf?

[Peter(TOO)]

Die 3A hatte ich wegen des Motors gesetzt. Die Mikrokontrollerschaltung kommt mit 0,1A aus.
Deshalb habe ich 3A als spitzenstrom genommen, da das Netzteil diesen Strom liefern können muss und beim Einschalten der Motor aus sein sollte.


Ich muss gestehen, dass du mit der Berechnung von Tau nun auf einem Level bist, das ich leider nicht verstehe ;)
Ich weiß, dass Tau eine Zeitspanne angibt, vermutlich die Ladezeit des Kondensators. Aber wie komme ich darauf?
Tau ist einfach R*C und ergibt einen Wert in Sekunden.

Tau ist so ein Faustformel-Wert.
Mit einer konstanten Spannung wird ein C in Tau auf 63.2120...% der Spannung geladen. Technisch rechnet man damit, dass ein Kondensator nach 5*Tau ganz geladen ist (Rechnerisch: 99.3262...%) .

Hier findest du die genauen Formeln:
https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#Lade-_und_Entladevorgang

UC = U *(1-e(-t/R*C))

U = Ladespannung
R = Widerstand in Ohm
C = Kondensator in Farad
t = Zeit seit Anfang der Ladung (Spannung an C = 0V)

Für den maximalen Strom nimmt man die maximale Ladespannung und denkt sich den Kondensator als Kurzschluss.
Das waren bei deinen Vorgaben 14V und die 3A, mehr hatte ich ja nicht!

MfG Peter(TOO)