Söker integrerad lösning för supercap som energireserv

[jon_kanon]

Hej!

Jag jobbar med ett system som ska användas i bilar med bilens 12V elsystem som matning. Systemet drar preliminärt 4A i värstafallet (ev. kan det reduceras till ca 2A om det blir svårt att hitta bra lösningar). Huvuddelen av strömmen går åt till 5V USB-matning. Resten går till uC och lite annat smågrejs. Systemet behöver klara en motorstart (som typiskt/potentiellt innebär rejält spänningsfall på matningen) utan att göra brown out och helst utan att reducera prestanda tillfälligt (t.ex. genom att dumpa USB-matningen). Utan särskild motivation är kravet att systemet ska klara sig i 4s med 3V matning och i 2s med 0v matning.

Min spontana tanke för att lösa detta var att sätta en spärrdiod och ett par feta kondingar som håller bilens matningsspänning och sakta sjunker ned mot 5V när spänningen blir låg vid motorstart, men det verkar inte vara en bra idé, eftersom superkondingar typiskt har låg spänningstålighet (efter snabb inventering på farnell).

Då tänker jag att det kanske finns färdiga integrerade lösningar som lagrar och hämtar energi kring de låga spänningar som superkondingar verkar ha och som plockar upp det till en lagom arbetsspänning sedan.

Någon som känner till en sådan krets eller någon annan standardlösning för att använda superkondingar som energilager där man kan ladda ur kondingen från t.ex. 5V till 1V och få nytta av ett större matningsomfång för superkondingar?

[eqlazer]

Kolla efter buck-boost.
Denna verkar visserligen bara klara 1A men löser crank och load dump (beroende på bil...):
http://www.ti.com/product/tpic74100-q1

[Icecap]

Supercap finns i olika versioner där spänningståligheten varierar. Man gör det helt enkelt vid att sätta två eller fler i serie och sådana finns att köpa. De supercap man kan köpa hos Farnell är tänkt som backup för mindre elektronik, t.ex. RTC-kretsar och liknande, och är inte i närheten av vad du vill ha.

Men Farnell har t.ex. 1302038 , en 12V supercap på 22mF.
Om vi utgår ifrån att det finns något lite mer avancerat än bara en diod som säkerställer en spänning på 12V och antar att spänningen utan inkommande ström får sjunka till 6V under de 4 sekunder du skriver, då med en belastning på 4A betyder det att du måste ha en kapacitet på (4A * 4 sek/6V =) 2,7F.

Med 22mF per enhet ska du bara köpa 122 st och parallellkoppla, sedan är saken biff.

Men då är det inte räknat med omvandlarna till 5V, deras verkningsgrad är nog runt 75% varför det totala antal av dessa kondensatorer som behövs är 162 st. Med mängdrabatten blir det 25596:-.

Det finns nog billigare annanstans och de finns i stora storlekar - men kostar gör de!

[Biker]

Du kan ju använda ett litet 1Ah blyacc för det där också.
Med scottydiod som barriär loosar du bara 0,3V och får godtagbar laddning av accen

[grym]

finns gulligare kondingar

http://www.candlepowerforums.com/vb/sho ... t=supercap

även mitt emellan numera för inte så höga penningar

inget som behöver ha 12v?

utan man kan ha en switchad sak från 12v till 5v?
då kan man ha lagom med kondingar i serie, en switchad regulator som ger 5 v ut med inspänningar från 5.5 till 15 v

jag hadde kanske funderat på några nimh batterier istället
eller 18650 och kört switcad laddning av en och sedan switchat upp det igen till 5v

[netrunner]

Hmm... Man kan ju inte seriekoppla kondensatorer för då blir det väll knas? DX har jätte billiga supercaps men bara för 2,7V.

Dock kan man ju säga att en helt vanlig blyacc löser problemet mycket bättre. Kan man göra någon smart koppling med en mosfet för att få ner spänningsfallet till noll?

[grym]

klar man kan seriekoppla kondingar, man får balansera det på något sätt bara

[svanted]

3 st stora dioder i serie över varje konding så att de inte laddas högre än 2.1V

[Icecap]

Den 12V supercap på Farnell måste ju vara ett antal kondingar som är seriekopplat!!! Så visst går det.

[RoPa]

Supercaps är inte lösningen om effektbehoven är så stora, då är det batterier som gäller.
Eftersom förbrukarna är på 5V eller under så räcker det med ett 5-6 cells NiMH eller 2 cells LiPo.

Med NiMH blir det enklast, då kan du bara ha en mellanreglering på 8.7V som matar 6 NiMh och som parallellt matar 5V och 3.3V stabbarna. Allt bör naturligtvis göras switchat, men 5V och 3.3 kan göras linjär utan orimlig förlust.

Med LiPo krävs mer avancerad elektronik.

Lycka till!

[jon_kanon]

Tack för alla tips. Jag ska ta en titt på en blyacc.-lösning också

Edit:
grym: största använda spänningen är 5V för USB. Inget som behöver 12V i detta projekt

Edit2: Prylen ska fungera i industriellt temperaturomfång, dvs -40ºC - 85ºC

[xxargs]

då är det bara NiCd-batterier kvar om det skall tåla 85 grader C, blybatterie kastar in handuken långt innan och detta gäller även NiMh och Lipo/LiIon varav sistnämnda kan bli farliga i den situationen.

skall man koka batterier i värme och det skall fortfarande funka så är det NiCd-som gäller...

men vad jag förstår så är det bilmiljö och där har blybatteri fungerat bevisligen såvida det inte skall vara i kupé-utrymmet på någon solig fläck med temp > 85 grader C som i somras - där höll inte ens akaline-torrbatterier utan det börja läcka för saker som låg på instrumentpanelen i solgasset...


till detta så tror jag det är sällan att spänningsnivån är under 7 Volt vid en start om batteriet inte är misskött, gammal och urladdad och i det läget har du fortfarande minst 2 Volt att leka med för reglering till 5 Volt.

[jon_kanon]

xxargs: Ja, det verkar svårt med batterier, så det ser ut som att lösningen blir att släppa lite på kraven och köra en DC/DC med brett inspänningsområde och så mycket kondingar på 12V-sidan man har råd/plats med.

[jon_kanon]

Nu har jag lärt mig några roliga grejer som andra kanske kan ha nytta av.

Om man ska göra fordonselektronik som fungerar med 12V eller 24V nominell matning så finns det en standard, ISO16750, som föreskriver hur sådan elektronik ska testas. Aktuella versioner av standarden i dagsläget:
ISO16750-1:2006 General
ISO16750-2:2010 Electrical loads

Att tolka datablad är tydligen svårt, även för komponentleverantörer, så leta lösningar hos tillverkarna och kolla sedan om rätt krets finns hos komponentleverantören. Exempel
Farnell http://se.farnell.com/texas-instruments ... 0000004337 4,75V-14V inspänning.
Texas Instruments http://www.ti.com/sitesearch/docs/unive ... =1&src=top 3V - 75V

Lösningsförslag på mitt problem: Följ ISO16750 (det gör biltillverkarna, t.ex. VCC där jag jobbat)

Tänkbara regulatorer med stort inspänningsomfång
Texas Instruments LM5118 väldigt tålig lösning http://www.ti.com/sitesearch/docs/unive ... =1&src=top
Texas Instruments LM22678 rätt så tålig lösning http://www.ti.com/sitesearch/docs/unive ... b#linkId=1

Tack för alla tips & råd!

[GFEF]

Verkligen "supercap som energireserv".......

http://www.esa.int/Our_Activities/Telec ... s_to_space