Goldcaps revisited

[Henner (Henry)]

Goldcaps oder ihre zahllosen Varianten waren vor einigen Jahren ein heisses Thema. Da ich diese fuer ein neues Projekt einsetzen will, hier einige Fragen und Anmerkungen:
1. Ihr setzt die Dinger in Reihenschaltung ohne "Firlefanz" wie Querwiderstaende oder Z-Dioden ein. Wie hat sich das ueber Jahre hinweg bewaehrt? Die Datenblaetter aller Hersteller empfehlen solche Schutzmassnahmen. Entgegen mancher Aussagen hier enden nicht alle Kondensatoren beim Laden mit der gleichen Spannung:
Achtung - Theoriemodus an:
Ladung = mittlerer Strom x Zeit (oder noch hochgestochener das Integral Strom ueber Zeit)= Kapazitaet x Spannung.
In einer Reihenschaltung bekommen alle Kondensatoren die gleiche Ladung. Wenn die Kapazitaet unterschiedlich ist, enden sie mit verschiedener Spannung. Unterschiedliche Leckstroeme machen das nur noch schlimmer.
Theoriemodus wieder aus.
Falls es trotzdem ohne "Firlefanz" ueber Jahre hinweg funktioniert, kann es nur folgende Gruende haben:
a) Die Kapazitaetsunterschiede innerhalb einer Charge sind so gering, dass die Spannungsunterschiede gering bleiben.
b) Die Leckstroeme sind fast identisch und genuegen zum Ausgleich
c) Die Kondensatoren sind wesentlich spannungsfester als im Datenblatt angegeben. In der Tat laden Saalflieger die Gold-Caps bis zu 3,6V auf, ohne dass sie gleich abrauchen. Ich habe sowas auch mit meiner kleinen Diesellok experimentell gemacht; allerdings verlieren die Caps relativ rasch die Kapazitaet.
Deswegen meine Frage nach dem Langzeitverhalten.
2. Es gibt inzwischen kleine flache 5.5 V Typen mit geringem Innenwiderstand (5.5 V, 470mF, 45mOhm). Die flache Bauform koennete fuer einige Anwendungen interessant sein.
http://search.murata.co.jp/Ceramy/Catal ... sParam=dmf
3. Nach der Formel fuer die Hintereinanderschaltung von Kondensatoren verringert sich die Kapazitaet mit der Anzahl der Elemente. Ich hatte immer Probleme, mir dies klarzumachen (die Formel luegt nicht), da der einzelne Gold-cap ja keine Kapazitaet verliert! Die Loesung liegt darin, dass die Formel annimmt, dass der einzelne Kondensator, der die Reihenschaltung ersetzt, die volle Spannung vertraegt. Das gibt rechnerisch (siehe oben) eben eine groessere Kapazitaet. Bei Gold-caps ist wie gesagt die Spannung begrenzt, aber trotz Reihenschaltung addiert sich der Energieinhalt der einzelnen Kondensatoren. Denkt mal drueber nach...
Regards

[volkerS]

Hallo Henry,
ich habe meinen Gold-Caps immer Ausgleichswiderstände spendiert, auch wenn ich sicher war, dass sie aus einer Fertigungscharge stammen. Kam allerdings selten vor, da ich meist 5,5V-Typen nutzte.
Volker

[Pirat-Kapitan]

Hallo Henry,
ich kann nur aus der Praxis berichten (Praxis ist, wenn es nach allen Regeln der Theorie nicht gehen darf, aber es trotzdem funktioniert).

Ich nehme GoldCaps in Reihenschaltung bis die erforderliche Spannungsfestigkeit erreicht ist. Früher hatte ich noch einen 7824 davor, inzwischen verzichte ich darauf. Das einzige, was neben den GoldCaps noch da ist, ist die Ladecshaltung (Ladewiderstand und Schottky-Diode) sowie ein Schalter zum Abschalten der GoldCaps für Programmierzwecke.
Z-Dioden und Ausgleichs-Widerstände an jedem GoldCap hatte ich nur bei meinem aller ersten Versuch, danach war mir das viel zu viel Aufwand. Bislang hat sich noch keine einzige GoldCapsschaltung bei mir beschwert.

Schöne Grüße
johannes

[Andreas B]

Hi Henry
auch ich verwende schon länger Goldcaps in meinen Loks
genau so wie Fido hier eine Schaltung veröffentlicht hat.

Ich verbaue auch nur den Ladewiederstand (mit Sprerr-Diode) damit ich beim Einschalten der Anlage nicht die Zentrale zu sehr belaste.
Ein Schalter zum abschalten des Puffers ist bei manchen Zentralen zum Programieren erforderlich deshalb ist der bei mir auch drin.
Die Schaltung funtkioniert schon viele Jahre sehr, sehr gut!

In einigen geräumigeren Loks habe ich je 3 Stück Elkos 25V 22.000uF verbaut dieser Puffer ist deutlich schneller leer als die Goldcaps.

Beste Grüße
Andy

[fido]

Hi,

ich habe die Schaltung mit einer Drossel ergänzt und verwende sie in fünf Loks seit vielen Jahren völlig ohne Probleme.

Die Drossel ist für das sichere Programmieren des Decoders nötig.

[BR365]

3. Nach der Formel fuer die Hintereinanderschaltung von Kondensatoren verringert sich die Kapazitaet mit der Anzahl der Elemente. Ich hatte immer Probleme, mir dies klarzumachen (die Formel luegt nicht), da der einzelne Gold-cap ja keine Kapazitaet verliert! Die Loesung liegt darin, dass die Formel annimmt, dass der einzelne Kondensator, der die Reihenschaltung ersetzt, die volle Spannung vertraegt. Das gibt rechnerisch (siehe oben) eben eine groessere Kapazitaet. Bei Gold-caps ist wie gesagt die Spannung begrenzt, aber trotz Reihenschaltung addiert sich der Energieinhalt der einzelnen Kondensatoren. Denkt mal drueber nach...

OK, ich glaube, ich verstehe was Du meinst. Ein Elko mit 1F und 2,5V Nennspannung speichert maximal bei 2,5V Ladespannung E = 0,5 * C * U * U = 3,125 Ws.

Bei einer Reihenschaltung von 10 dieser Elkos wird dagegen bei 25V Ladespannung E = 0,5 * C * U * U = 31,25 Ws (C=0,1F, U=25V), also genau 10 x die Energie von einem Elko mit 1F an 2,5V.

Der Energiegehalt addiert sich, aber eben weil die mögliche Ladespannung sich mit jedem weiteren in Reihe geschalteten Elko addiert.

Lädt man die Reihenschaltung von 10 1F-Elkos mit 2,5V, so beträgt die gespeicherte Energie auch nur E = 0,5 * C * U * U = 0,3125 Ws (C=0,1F, U=2,5V), also 1/10 der in einem 1F-Elko bei 2,5V gespeicherten Energie.

[BR365]

Moin Experten,
ich habe ein weiteres Ladepaket zusammengelötet. Um die HighCaps gegen Überladung zu schützen, habe ich dieses Mal jedem Elko eine Z-Diode spendiert.

Ich habe folgende Bauteile verwendet:
- 10 x 2,5V/1F HighCap
- 10 x 2,4V Z-Diode
- Schottky-Diode SB540
- Ladewiderstand 100 Ohm / 1W

Das Ergebnis ist jedoch im Vergleich zum vorherigen Ladepaket enttäuschend. Das Pufferpaket puffert nur wenige Sekunden, die Spannung fällt sofort sichtbar ab.

Kann es sein, dass eine der z-Dioden zu früh durchschaltet?











Ich könnte nun auch alle Z-Dioden wieder entfernen und erneut testen. Oder ein weiteres Elkopaket anfertigen, Platz ist vorhanden.

In dem Schienenbus werkelt ein Esu LokSound V3.5 XL.

Gruß,
Moritz

[volkerS]

Hallo Moritz,
die Zener-Dioden sollten weniger das Problem sein. Diese haben zwar Leckströme, die sind aber unterhalb der Durchbruchspannung minimal. Du hast zwar keinen Schaltplan gezeigt, aber ich vermute du hast die SB540 so parallel zum Ladewiderstand geschaltet, dass die Anode an den Elkos angeschlossen ist. Kann es sein, dass dein Problem darin besteht, dass du das "Powerpack" falsch angeschlossen hast? Wo hast du am ESU Loksound 3.5 das Powerpack angeschlossen? Ich kenne keine vorgesehene Anschlußmöglichkeit.
Volker

[BR365]

Hallo Volker,
genau, die Schottky ist parallel zum Ladewiderstand, so wie hier https://www.buntbahn.de/modellbau/viewtopic.php?t=1000&postdays=0&postorder=asc&highlight=zdiode&start=20 auch schon Mal beschrieben wurde.

Am LokSoumd 3.5 XL habe ich an GND und U+ das Elkopaket angeschlossen. Das funktioniert, aber eben nicht so lang, wie erwartet.

Oder möchte der LS 3.5 XL wie auch der LokPilot 3 nicht nur U+ sondern auch die interne 5V-Spannung gepuffert haben?

Gruß
Moritz

[volkerS]

Hallo Moritz,
wenn sich Ub+ vor der Erzeugung der 5V-Spannung befindet dann nein, da dann diese aus dem Powerpack versorgt wirdt. Anders sieht es aus, wenn Ub+ und 5V auf getrennten Wegen direkt aus der Gleisspannung erzeugt werden. Da könnte eine weitere SB540 zum Eingang des 5V-Reglers zum Erfolg führen.
Volker