Bei diesem UKW Solarzellenradio wurden 1F Supercap Kondensatoren als Speicher eingesetzt, die inzwischen nicht mehr ausreichend lange die Ladung halten.  Als in den 90ern die 1F 5,5V Superkondensatoren aufkamen und ich mehrere aus Platinen ausschlachten konnte und es auf der Intermodellbau von der Firma Lemo-Solar ein sehr gutes Angebot über 100 mA Solarzellen gab, wurde 1995 ein UKW-Doppelsupersolarradio gebaut. Der Kondensatorhersteller empfahl, über 47 Ohm zu laden. Bei acht parallel geschalteten Kondensatoren liegen 15 mA unter dem maximal zulässigen Strom. Die Superkonsdenatoren wurden nun ausgebaut, dann einzeln auf 5,0 V geladen und die Spannung jeden Tag gemessen. Das Ergebnis war, dass die Ladung rasch abnahm. Es zeigten sich zwei Gruppen mit unterschiedlich starker Entladung. Sie wurden deshalb jetzt durch neue Kondensatoren ersetzt.

 

Je zwei Gruppen mit acht parallel geschalteten Kondensatoren werden in Reihe geschaltet (2S8P-Anordnung) und haben rein rechnerisch 4 F und 11,0 V. Bei realen Bauteilen teilt sich die Spannung allerdings nicht genau zur Häfte auf.

Rechenbeispiel 1:

1 F mit einer Toleranz von -20% und 1 F mit einer Toleranz von +5% werden 50 Sekunden mit 100 mA von 0 V an geladen. Es liegen an 0,8 F dann 6,25 V an  und an 1,05 F sind es 4,76 V, was zusammen 10,91 V ergibt.

Rechenbeispiel 2:

Beide Kondensatoren in Reihe haben je 1 F. Durch unterschiedliche Selbstentladung liegen einmal 4,0 V und an dem anderen 4,5 V an. Die Reihenschaltung wird  12,5 Sekunden lang mit 100 mA geladen. Die Spannung von 4 V steigt auf 5,25 V an, und an dem anderen Kondensator mit 4,5 V steigt die Spannung bis auf 5,75 V. In Reihe sind es 11,0 V.

In beiden Rechenbeispielen wird ein Kondensator über den Grenzwert von 5,5V geladen und so geschädigt. Beim Radiobetrieb wurde diese starke Unsymmetrie und ein Überschreiten des Grenzwertes von 5,5V auch in der Schaltung nachgemessen. Die Spannung an einem Kondensator kann z.B. mit einer 5,1V Zenerdiode begrenzt werden. In einem ungünstigsten Fall fließen maximal 100 mA, und bei 5,1 V und muss sie 510  mW vertragen können. Aber bei der Zenerdiode fließt auch bei kleinerer Spannung schon ein Ruhestrom. Sie wird deshalb hier durch eine aktive Begrenzerschaltung ersetzt.

Die Begrenzerschaltung wird durch das Referenz IC gebildet und steuert einen Transistor. Der Spannungsteiler R200 bis R203 wird für eine Begrenzung von etwa 5,2 V mit dem eingemessenen R200 eingestellt. Um den Strom gering zu halten, haben R202 und R203 in Reihe 20 MOhm. Der Strom in das Referenz IC LM385 hat Toleranzen, und der Steuerstrom kann in der Größe des Querstroms liegen, sodass die begrenzende Spannung mit R200 eingemessen werden musste. Die verschiedenen Schaltungen können aber mehr als 100 mV voneinander im Bereich 5,0 V bis 5,3 V abweichen. Der N-Ch Fet BSP318 ist im SOT223 Gehäuse und kann mit der Kupferfläche der Leiterplatte 550 mW aufnehmen. Im Datenblatt des BSP318 ist ein Wärmewiderstand von maximal 70 K/W bei 6 cm² Kupferfläche angegeben. Eine nicht zu unterschätzende Eigenschaft eines Solarradios ist, dass bei Hochsommersonnenbetrieb das Gehäuse schon mal bis zu 40 °C...45 °C heiß wird und die Solarzelle selber wohl noch heißer.

 

 

Die Messung der aktiven Begrenzerschaltung ergibt einen Ruhestrom von maximal 12 µA. Das Referenz IC LM385 arbeitet ab 10 µA. Der eingesetzte LM285-Adj ist der LM385 mit erweitertem Temperaturbereich und war bei TME erhältlich. Mit dieser Erweiterung werden die Kondensatoren mit 12 µA entladen. Die Sperrdiode PRLL5817 in Reihe zu den Solarzellen hatte je nach Temperatur 26 µA bis 46 µA Sperrstrom. Die PRLL5817 hatte 30 Jahre gut gearbeitet und wird gegen eine 60V-Schottkydiode ausgetauscht. Die PMEG6010 zeigte einen Sperrstrom von 2 µA. Bei Schottkydioden mit gleichem Durchlassstrom ist der Sperrstrom geringer, je größer die Sperrspannung ist. Mit allen Änderungen wurde der Ruhestrom auf 14 µA gesenkt und die neuen Superkondensatoren besser geschützt. Das Solarradio ist damit wieder in Betrieb.