Solarzelle, Goldcap + Mikrocontroller

[Zwerwelfliescher]

Hallo,

ich arbeite gerade mir den MSP430 von Ti. Da diese µC sehr stromsparend ist ( aktiv: 220µA, standby: 0,5µA), möchte ich gerne meine Schaltung mit einer Solarzelle (4,5V) betreiben. Wenn die Sonne weg ist, oder zu schwach wird, soll die Schaltung über einen Goldcap (2,5V, 10F) betrieben werden. Ich habe hier einen Schaltplan und möchte euch fragen ob ich das so machen kann.

SZ1: Solarzelle, 4,5V, 18mA
Rv: Vorwiderstand für die Z-Diode, Wert noch nicht festgelegt
D1: Z-Diode, 2,7V
D2: Schottkydiode, Uf = 0,33V
C1: Goldcap, 1F, 2,5V

Gruß
Felix

[Besserwessi]

Die Flussspannung der Shottkydiode hängt vom Strom ab, bei sehr kleinen Strömen werden das auch deutlich weniger als 0,3 V werden und damit eventuell etwas zu viel für den Kondensator. Eine Shottkydiode hat ggf. auch schon relativ viel Leckstrom - die Diode sollte entsprechend nicht zu groß sein. Da wäre es ggf. besser eine normale Diode zu nehmen - Spannung ist ja im Prinzip genug da. Bei nur 5 µA braucht auch eine 1N4007 nicht so viel Flusspannung, hat aber im Vergleich zu einer Schottkydiode einen kleinen Leckstrom.

Die Zenerdiode braucht auch keinen Widerstand zur Strombegrenzung - der Strom aus der Solarzelle ist bereits auf etwa 20 mA oder weniger begrenzt. Das macht dann rund 550 mW als maximale Verlustleistung für die Zenerdiode. Allerdings sind 2,7 V Zenerdioden auch alles andere als Ideale Bauteile - die kurve ist schon recht rund, und auch relativ stark temperaturabhängig.

So ganz einfach ist das leider nicht die Spannung auf dicht unter 2,5 V zu begrenzen und gleichzeitig wenig Leckstrom zu bekommen. Ideal wäre ein Messen der Spannung am Kondensator und dann Ableiten des Stromes vor der Diode. Im Prinzip ließe sich das wohl mit einer MOSFET Schaltung realisieren - ist aber nur so eine Idee, und es bräuchte einen Abgleich, weil die Schwellspannungen stark schwanken.

Bei der Auslegung ist es eine Frage was wichtig ist: lange Laufzeit in Standby oder aktiv, schnelles Nachladen, oder wenig Licht um noch aktiv zu laufen ohne zu entladen ?

[Zwerwelfliescher]

Bei der Auslegung ist es eine Frage was wichtig ist: lange Laufzeit in Standby oder aktiv, schnelles Nachladen, oder wenig Licht um noch aktiv zu laufen ohne zu entladen ?

Vielen Dank für die Antwort.
Ich möchte eine möglichst lange Laufzeit im Standby. Die Schaltung ist den ganzen Tag in der Sonne, nur Nachts kommt kein Licht auf die Solarzelle.

Im Anhang habe ich einen neuen Schaltplan erstellt. Vielleicht geht es ja so? Was passiert, wenn der Goldcap an eine "etwas" größere Spannung angeschlossen wird?

Gruß
Felix

PS: Im Notfall kann ich ja auch einen 5,5V Goldcap nehmen, der wird dann halt nie voll.

[Besserwessi]

Im Prinzip könnte die Gezeigte Schaltung funktionieren. Allerdings ist der Leckstrom der Transistoren bei umgekehrter Polung meist nicht spezifiziert, und auch nicht besonders klein. Einen Wirklichen Vorteil hat man auch gegenüber der ersten Schaltung (bis auf Widerstand weglassen) nicht - die Zenerdiode direkt an der Solarzelle ist i.A. kein Problem.

Beim 2,5 V Kondensator könnte man vielleicht den Bereich von 2,3 V bis 1,8 V nutzen, also etwa 0,5 V Spannungshub. Das wären also etwa 0,5 As für einen 1 F Kondensator. Für einen Stromverbrauch von 1 µA (µC und etwas Leckstrom für die Perepherie und Kondensatoren) wären das schon 500 000 Sekunden oder etwa 6 Tage - das sollte reichen. Wie hoch man mit der Spannung gehen kann hängt von der Auslegung ab, und wie weit runter der MSP430 geht, müsste man auch nachlesen. Zum Nachladen reichen schon 3 Stunden mit etwa 1/200 des Nennstromes das sollte auch ohne direkte Sonne möglich sein.

Mit einem 5 V Kondensator könnte man mehr Strom speichern, bräuchte aber wohl eine Spannungsregelung oder trotzdem eine Begrenzung, denn die MSP werden eher nicht mir bis zu 4,5 V laufen. Mit einem 5 V Kondensator könnte man ohne Spannungsregler ggf. den Bereich von etwa 3,3 V bis 1,8 V nutzen, also 1,5 V Spannungshub und damit die 3 fache Ladung - allerdings hat man bei 5 V auch nur etwa 1/4 der Kapazität bei gleicher Größe. Das wäre also noch kein Gewinn. Mit Spannungsregler kommt da der Strom verbrauch dazu - das lohnt ggf. wenn der µC länger aktiv ist, und im Mittel mehr als etwa 5 µA nutzt.