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Experimente |
Supercap-Akku 9 V |
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| 9V-Blockbatterien werden oft in Geräten mit geringem Strombedarf und geringer Einschaltdauer eingesetzt. Deshalb kommt es häufig vor, dass die Batterie gerade dann leer ist, wenn man sie am dringendsten braucht. Der typische Fall bei einem Digitalmultimetern ist, dass man vergessen hat es auszuschalten. Da hilft auch kein NiCd-Akku, denn er verträgt Tiefentladung und lange Leerlaufzeiten noch schlechter als Batterien. Aber ein Supercap kann helfen, denn er ist im Bedarfsfall blitzschnell aufgeladen und bleibt auch nach Jahren immer einsatzbereit. Ein kleiner Spannungswandler setzt die Spannung auf 9 V hoch. Dank der geringen Baugröße des Supercap mit 10 F und 2,3 V passt alles auf eine Platine von der Größe einer Blockbatterie. |
| Die Schaltung zeigt einen geregelten Sperrwandler
mit einer kleinen Spule. Es wurde eine vorhandene Ferritkern-Drossel mit
470 µH verwendet, deren Wicklung auf ca. 20 Windungen geschätzt
wurde. Mit dünnerem Draht wurden noch einmal 20 Windungen im gleichen
Wickelsinn für die Rückkopplung des Sperrwandlers hinzugefügt.
Die Schaltung schwingt gut an und arbeitet bis herunter auf 0,5 V.
Die Ausgangsspannung wird über einen einfachen Regelkreis auf 9 V stabilisiert. Ein NPN-Transistor wird hier als Zenerdiode betrieben. Jeder Kleinsignal-Siliziumtransistor kann auch als Zenerdiode mit einer Zenerspannung von ca. 8 V eingesetzt werden. Natürlich kann man auch eine echte Zenerdiode nehmen, aber wenn die passende Diode gerade nicht zur Hand ist, tut es eben auch ein Transistor. Die einfache Regelschaltung arbeitet sehr zuverlässig. Bei einer Eingangsspannung von 2,3 V wurde am Ausgang 8,5 V gemessen, bei nur 0,7 V am Eingang waren es noch 8,4 V. |
| Die interessanten Daten eines Sperrwandlers sind
seine Ausgangsleistung und sein Wirkungsgrad. Für die Messung wurde
der Wandler am Ausgang mit einem Widerstand von 1 kOhm belastet. Bei einer
Eingangsspannung von 2,3 V wurde ein Eingangsstrom von 50 mA gemessen.
Die primäre Leistungsaufnahme betrug also 115 mW. Die Ausgangsspannung
war genau wie im Leerlauf 8,5 V, der Ausgangsstrom betrug also 8,5 mA.
Damit war die Ausgangsleistung 72,3 mW und der Wirkungsgrad betrug 63 %.
Bei einer Belastung mit 8,2 kOhm ergibt sich ein Ausgangsstrom von ca. 1 mA. Die Ausgangsspannung wird noch konstant gehalten, wenn der Supercap bis auf 1 V entladen wird, also bereits 80% seiner Energie abgegeben hat. Mit noch geringerer Eingangsspannung singt die Ausgangsspannung kontinuierlich ab, bei 0,6 V wird immer noch eine Ausgangsspannung von 4,8 V abgegeben. Wie bei einem geregelten Spannungswandler üblich, sinkt der Eingangsstrom mit steigender Eingangsspannung. Außerdem führt eine geringere Belastung am Ausgang zu einer kleineren Stromaufnahme. Im Leerlauf nimmt der Wandler nur 2 mA bei einer Eingangsspannung von 2,3 V auf. Damit ist bei geringem Leistungsbedarf eine Einsatzdauer bis zu etwa drei Stunden möglich, bevor nachgeladen werden muss. |
Ein Leserbrief zum Thema:
UltraCaps der Firma Epcos: Als ich die Seite mit den 10/20F Kondensatoren gelesen habe kam mir die Idee Ihnen da etwas zu schreiben. Vielleicht interessierts ja. Die UltraCaps gibts in eckiger und runder Bauform. Die Kapazitäten der eckigen sind: 100F ,120F, 600F, 1200F, 2700F. Der DC ESR bei der 2700F Zelle liegt bei 0,6 mR. Die Zellenspannung ist 2,3V. Mit einer Reihenschaltung von 6 solcher Zellen das die Spannung auf 13,8V kommt lässt sich ohne weiteres ein Auto starten.
Im Gegensatz dazu, eine rote LED (I~18mA) leuchtet etwa 25-30h an einer 2700F Zelle die auf 2,3V geladen ist. Das Spektrum der Rundzellen beginnt bei 200F, und endet (im Moment) bei 5000F. Die Zellenspannung wurde auf 2,5V erhöht. Die Innenwiderstände dieser Zellen sind noch weitaus niedriger als bei den Eckigen. (keine Wertangabe da das Ende noch nicht erreicht ist :o))) bei der runden 2700F im Moment bei ~200 µR ). Das Bauteil ist ein Doppelschichtkondensator, Anode und Kathode gleich aufgebaut. Es ist eine Polung angegeben, aber wenn die Spannung verpolt angelegt wird passiert nichts, außer dass die Selbstentladung bzw. der Reststrom wieder stark ansteigt. Das legt sich aber wieder sobald die ganzen Verunreinigungen, die sich trotz aller Sorgfalt im Elektrolyt befinden, sich an dem jeweiligen Pol abgesetzt haben. Solange diese Verunreinigungen auf der Reise durch das Bauteil sind ist der Reststrom höher. Nach einer Polaritätsänderung dauert es je nach Alter etwa 30h mit Nennspannung bis sich das ganze wieder beruhigt hat. Um diese Kapazität zu erreichen hat die aktive Oberfläche z.B. bei einer 2700F Zelle etwa die Größe eines Fußballfeldes, erreicht durch eine Kohlenstoffelektrode. Was das Thema Überspannung angeht, die sollte tunlichst vermieden werden. Das Elektrolyt beginnt sich zu zersetzen, im Bauteil baut sich Überdruck auf. Selbiger öffnet dann die Sollbruchstelle und das Bauteil ist im Nirwana :-)))
