Gold Cap-/Super Cap-Ladeschaltungen

Ein früher und und auch beliebter Einsatzort für Gold Caps und Super Caps waren die Speichererhaltung und Fahrradrücklichter mit Standlicht funktion. Ich hatte vor einiger Zeit eines mit Bremslichtfunktion und Standlich entworfen, dass jedoch zwei ICs und eine Mikrocontroller nutze. Da ich nun einen Versuch machen möchte ein Möglichst günstiges, aus diskreten Bauelementen gebauten Modell zu bauen, war erst ein Mal eine optimierte Schaltung zum Laden des Speicherkondensators notwendig. Diese soll:

  • Den Kondensator mit konstantem Strom laden,
  • eine definierte Höchspannung einstellen und
  • mit möglichst wenigen, günstigen und gut erhältlichen Bauteilen auf zu bauen sein

Dafür habe ich vier Möglichkeiten (ohne FETs) untersucht:

20160402_supercap_chargers

Die Variante unten rechts, mit einem PNP-Längstransistor hat hierbei in Summe die besten Eigenschaften:

  • Nur 0,35V Spannungsabfall (zusammen mit der einfacheren PNP-Variante)
  • Beste Ausgangsspannungsstabilität über die Temperatur
  • Die Ausgangsspannung ist über einen Widerstandsteiler einfach einstellbar.
  • Geringe Toleranz der Referenzspannung. Dies ermöglicht eine sehr gute Ausnutzung der Kapazität des Kondensators, denn die in diesem gespeicherte Energie steigt mit dem Quadrat der Spannung (E=C/2*U²).

Natürlich ist die TL431 eigentlich auch ein IC, jedoch spottbillig und von vielen Herstellern und überall zu beziehen.
Die Simulationsergebnisse bei einer Versorgungsspannung von 6V im Vergleich:

20160402 Supercap chargers plot

Da die ESR der Doppelschichtkondensatoren recht hoch liegen (um 10 Ohm, nicht im Plot zu sehen) ist das letzte Quäntchen schärfe an der Abschaltschwelle nicht notwendig und die PNP-Variante mit 5,1V Z-Diode nicht nur einfacher sondern auch deutlich billiger.

Hier kann die LTSpice-Datei heruntergeladen werden: 20160402 Supercap chargers

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