Hallo zusammen, ich bin gerade beim Design einer kleinen Schaltung mit der ich einen uC an einem Supercap betreiben will. Der Supercap soll von einer Solarzelle geladen werden und der uC wird nur ca. alle paar Minuten aufwachen eine Messung machen und wieder Schlafen gehen. Jetzt hänge ich an dem Problem bei dem möglicherweise schon der Ein oder Andere vorbeigekommen ist. Ich verwende aktuell den PIC24FJ256, der eine VDD Rampe von min. 1V/20ms benötigt. Um das zu realisieren bin ich auf der Suche nach einer pfiffigen Schaltung mit möglichst wenigen Bauteilen. Meine Idee ist es zw. Supercap und uC einen Highside-Switch zu plazieren der bei Spannungen des Supercaps von kleiner 2V öffnet und der dem uC somit den Saft abdreht und er somit auch nichts verbraucht. Sobald die Spannung größer als 2V+Hysterese (ca. 0.1V) ist soll der Highside-Switch schließen und der uC sollte dann eine schöne steile Rampe sehen und gut starten können (vorausgesetzt der FET im Highside-Switch hat einen nicht all zu großen Gatewiderstand, sonst wäre die Steilheit ja wieder dahin...). Dazu benötige ich einen High-Side Switch, gerne auch konventionell aus FETs aufgebaut, und eine Ansteuerung welche die obigen Anfoderungen erfüllt. Hat jemand eine gute Idee für eine Schaltung die das möglichst Simpel erfüllt? Da der Highside-Switch + Ansteuerung permanent an der Supercap Versorgung hängen würde muss diese Schaltung äußerst sparsam sein, wenn es geht im nA Bereich. Grüße, Benedikt
Vorschlag: Komparator mit eingebauter Referenz, der direkt am Supercap hängt. https://www.ti.com/document-viewer/TLV4062/datasheet/description-sbvs2501003#SBVS2501003 TLV4062 hat eine Referenz bei ca. 1,2V eingebaut, eine Hysterese (60 mV) und ist mit 2 uA quiescent current angegeben. Also nicht ganz nA, aber schon sehr sparsam. Allerdings musst du deine 2V noch auf 1,2V runterteilen. Mit der 60 mV Hysterese bei 1,2V kommst du relativ genau auf deine 100 mV Hysterese. Eigentlich eine sorglos-Lösung, nur mit nA wird es so nichts.
Warum brauchst du das? Wenn du beim ersten Start erst nach dem Aufladen des SuperCaps deinen PIC einschaltest/anschließt, dann ist die Anstiegszeit doch erfüllt. Und wenn man davon ausgeht, dass die Ladung auch bei bedecktem Himmel wenigstens 18h halten sollte, dann wird dieser doch nie mehr leer, so dass die Schaltung gar nicht mehr in das Problem laufen kann? Ich kenne jetzt die Eigenheiten des PIC nicht, gehe aber davon aus, dass diese Anforderung mit dem Reset zu tun hat. Damit wäre eine andere Alternative, dass man einen Reset-IC hinzunimmt. Der gibt dann erst ab einer bestimmten Spannung den Reset frei. Beispiel mit <1µA Eigenverbrauch: https://www.ti.com/product/TLV840 TI hat noch 'ne Menge andere, ebenso andere Hersteller.
Bene R. schrieb: > Meine Idee ist es zw. Supercap und uC einen Highside-Switch zu plazieren > der bei Spannungen des Supercaps von kleiner 2V öffnet und der dem uC > somit den Saft abdreht und er somit auch nichts verbraucht. Sobald die > Spannung größer als 2V+Hysterese (ca. 0.1V) ist soll der Highside-Switch > schließen und der uC sollte dann eine schöne steile Rampe sehen und gut > starten können (vorausgesetzt der FET im Highside-Switch hat einen nicht > all zu großen Gatewiderstand, sonst wäre die Steilheit ja wieder > dahin...). Gut mitgedacht! Die meisten Leute vernachlässigen das. Mein Vorschlag (Suchbegriffe): "Nanopower/micropower reset controller" oder "Nanopower/micropowervoltage monitor". Da ist alles drin: Referenz, Hysterese, Schaltverzögerung, niedriger Stromverbrauch (1µA erreichbar) in einem Gehäuse. Beispiel: https://www.maximintegrated.com/en/products/power/supervisors-voltage-monitors-sequencers/MAX16056.html Mit dessen Ausgang kann man einen NMOS schalten, der die Last aufdreht (aka GND schalten). Ist hier kein Problem, Solarzelle und Kondensator sind ja potentialfrei machbar. Immer beachten, dass diese IC unterhalb der zulässigen Betriebsspannung eine erhöhte Stromaufnahme haben können. Das ist im Datenblatt bei der Art IC aber oft im Datenblatt beschrieben (im Beispiel sind es 10µA). Wenn man diese Angabe nicht findet: Finger weg: Das kann eine relativ hohe Stromaufnahme bei z.B. 1V bedeuten und damit dass die Schaltung von 0V weg nicht über z.B. 1V kommt ("Schwarzstart") BTDT ;-)
HildeK schrieb: > Ich kenne jetzt die Eigenheiten des PIC nicht, gehe aber davon aus, dass > diese Anforderung mit dem Reset zu tun hat. Ich hatte das schon mal bei einem Tiny AVR, der mit einem Kondesatornetzteil und wegen relativ großem Pufferkondensator ziemlich flacher Vcc-Rampe anlaufen sollte. Da war es der interne RC-Oszillator, der bei flach ansteigernder Versorgung nicht zuverlässig anläuft. Der Trick war dann, den Pufferkondensator über einen Widerstand zu laden und erst nach bestimmter Zeit über den N-Kanal-Fet eines IO-Pins an die Versorgung zu schalten. Bene R. schrieb: > der uC wird nur ca. alle paar Minuten aufwachen eine > Messung machen und wieder Schlafen gehen. Und warum nimmst du statt des ganzen Klimbims mit Solarzelle und Supercap nicht einfach eine 3V Lithiumzelle? Irgendwer muss ja doch mal alle paar Jahre kommen und die Messwerte abholen. Ich habe da eine Eieruhr mit einer Piezoscheibe und 5 LEDs. Der µC in der Uhr wacht alle 800ms auf und schaut nach, ob ein Taster gedrückt ist. Wenn nein, dann wird sofort wieder geschlafen. Wenn ja, beginnt ein LED-Geblinke für die nächsten 15 min. Dann hupt der Piezo. Das macht sie seit gut 6 Jahren an einer 1632 Knopfzelle. Und die hat jetzt immer noch 2,8V.
>Der Trick war dann, den Pufferkondensator über einen Widerstand zu laden und >erst nach bestimmter Zeit über den N-Kanal-Fet eines IO-Pins an die >Versorgung zu schalten. Der io Pin des Tiny, der aber nicht läuft schaltet den Pufferkondensator an die Ladespannung? Mit einem n-ch? Kannst du das skizzieren oder noch mal anders beschreiben? Das gibt so jetzt in meinen Gedanken keinen Sinn. Ich habe das Gefühl das ich mir aus der Problemlösung etwas merken sollte. :-)
Tobi schrieb: > Der io Pin des Tiny, der aber nicht läuft schaltet den Pufferkondensator > an die Ladespannung? Mit einem n-ch? Kannst du das skizzieren oder noch > mal anders beschreiben? Das gibt so jetzt in meinen Gedanken keinen > Sinn. Geht mir auch so 😀.
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Tobi schrieb: > Der io Pin des Tiny, der aber nicht läuft schaltet den Pufferkondensator > an die Ladespannung? Der Knackpunkt ist, dass ich die Energie im 1mF-Kondensator zum Umschalten eines Relais brauchte, aber das Kondensatornetzteil den 1mF-Kondensator nicht schnell genug aufgeladen bekam. So sorgte ich dafür, dass das schwachbrüstige Netzteil (wenig Platz -> kleiner Serienkondensator) nur einen 10uF (C1) zu laden hatte und der uC daran sicher anlief. Ein paar Sekunden später war dann der 1mF Pufferkondensator C2 auch voll und wurde zum Puffern mit dem N-Fet des Pins an die Versorgung geschaltet. Und das geht, weil einem eingeschalteten Mosfet die Stromrichtung egal ist. Der C2 kann also über den IO-Pin ge- und entladen werden.
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Hallo Lothar, diese kleinen pfiffigen Schaltungen sind wirklich erste Sahne, gefällt mir sehr gut! Nur löst es nicht mein Problem. In Deinem Fall passt es sicher sehr gut, da die Halbwellen den 10µF schnell hochziehen und Du hier die Energie die von AC Seite kommt kalkuliert hast bzw. kalkulieren kannst. In meinem Fall mit Solarzelle, ist die Energie pro Zeit total undefiniert. Die Spannung kann ja z.B. mit 0.1V/min steigen. Ich habe nicht das Problem das mein "Netzteil" unterdimensioniert ist, sondern das es völlig undefiniert ist, es kommt halt irgendwas und das dann irgendwann, ist quasi wie unsere Energiewende im Kleinformat ;-). Grüße
> Allerdings musst du deine 2V noch auf 1,2V > runterteilen. Ich hatte auch schon an solche Bausteine gedacht, Problem wird das Runterteilen, dazu benötige ich einen Spannungsteiler der wieder nur für diesen "primitiven" Zweck des Runterteilens Dauerhaft Strom zieht. Wenn ich ihn sehr Hochohmig mache wird die Schaltung wieder anfällig für Störungen aller Art. > dass die Ladung auch bei bedecktem Himmel > wenigstens 18h halten sollte, dann wird dieser doch nie mehr leer, so > dass die Schaltung gar nicht mehr in das Problem laufen kann? Diese Annahme ist mir zu gefährlich, Initialzustand bevor es installiert ist = Gerät ist im Karton, sehr Wahrscheinlich auch länger als 18h, somit ist die Kaltstartfähigkeit ein absolutes Muss. > Ich kenne jetzt die Eigenheiten des PIC nicht, gehe aber davon aus, dass > diese Anforderung mit dem Reset zu tun hat. Damit wäre eine andere > Alternative, dass man einen Reset-IC hinzunimmt. Der gibt dann erst ab > einer bestimmten Spannung den Reset frei. Wenn ein µC im Reset gehalten wird ist seine Stromaufnahme um einiges höher als im Sleep Modus, daher fällt der Ansatz Reset-IC auf Rest-Pin auch weg, bis jetzt benötige ich den Highside-Switch. > Und warum nimmst du statt des ganzen Klimbims mit Solarzelle und > Supercap nicht einfach eine 3V Lithiumzelle? Irgendwer muss ja doch mal > alle paar Jahre kommen und die Messwerte abholen. Ich möchte es tatsächlich mit einem Supercap machen, die Lithiumzellen sind nicht geeignet da ich für spätere Anwendungen neben dem Messwert nehmen auch noch Steuerungsaufgaben erledigen will die dann mehr Energie benötigen.
> Und warum nimmst du ... nicht einfach eine 3V Lithiumzelle? > Das macht sie seit gut 6 Jahren an einer 1632 Knopfzelle. Ein Supercap überlebt auch nicht länger als 6 Jahre. Zumindest wenn das Gerät wegen der Solarzelle von der Sonne aufgeheizt wird.
Bene R. schrieb: > diese kleinen pfiffigen Schaltungen ... löst es nicht mein Problem. Richtig, mir ging es auch eher darum, zu bestätigen, dass es so ein Ramp Up-Problem wirklich gibt. > da ich für spätere Anwendungen neben dem Messwert nehmen auch noch > Steuerungsaufgaben erledigen will die dann mehr Energie benötigen. Aber deine Schaltung bekommt ja so schon kaum "den Arsch hoch". Woher soll denn dann noch mehr Energie für irgendwelche Steuerungsaufgaben kommen? Oder ist es beliebig abhängig von der Sonneneinstrahlung, wann diese Steuerungsaufgaben erledigt werden? Und weil sich die Supercap beim Leckstrom nicht hinten anstellen: welcher schwebt dir da so vor? Bene R. schrieb: > dazu benötige ich einen Spannungsteiler der wieder nur für diesen > "primitiven" Zweck des Runterteilens Dauerhaft Strom zieht. Ja nun, von nix kommt nix. > Wenn ich ihn sehr Hochohmig mache wird die Schaltung wieder > anfällig für Störungen aller Art. Um im Konjunktiv zu bleiben: die Schaltung wäre nicht empfindlich, wenn ein Kerko im 1-10uF Bereich beteiligt wäre... Aber ich würde den Weg über den Reset-Generator und einen daran angeschlossenen Mosfet mal genauer anschauen. Und wegen Alterungseffekten auf jeden Fall den Supercap um den Faktor 2++ überdimensionieren.
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