Seriel/parallel charge pump

[Mira]

Hej.

Jeg hedder Casper. Jeg forsker i tyngdekraftkontrol med det formål at bygge en brændstoffri elektrisk generator, der kan omdanne elektromagnetisk baggrundsstråling til en elektrisk strøm.

Til mit næste eksperiment skal jeg anvende en effektiv DC-DC-konverter uden en inductor. Jeg har forsøgt at designe sådan en (seriel/parallel charge pump) som I kan se i vedhæftede PDF-fil. Dette design opnår dog kun 17,2V og jeg skal gerne bruge et design, der kan skaleres op til flere kilovolt. Her i starten vil jeg være tilfreds med ca. 200V.

Måske I kan se nogle fejl ved designet og har forslag til ændringer? Hvis I mener at det burde virke iflg. jeres viden om elektronik, så vil jeg også gerne høre det.

[gerd]

Hej Casper,

har du prøvet det med RLOAD = 1k, 10k ... ?

Hvis du har 2 kondensatorer med 100µF. En med 10V og en med 0V.
Ladningen i den med 10V er: Q = C * U = 100µF * 10V = 1mC.
Energien er: E= 1/2 * C * U*U = 5mJ.

Du tilslutter begge.

Spændingen er nu 5V.
Ladningen i en er: Q = C * U = 100µF * 5V = 0.5mC.
In begge: 2*0.5mC = 1mC. Der er o.k.

Men energien i en kondensator er: E= 1/2 * C * U*U = 1.25mJ.
In begge: 2*1.25mC = 2.5mJ. Hvor er 50% af energien? Hvis du tilslutter en fuld og en tom kondensator du har kun 50% effektivitet.

gerd

[Mira]

Tak for dit svar, gerd.

Jeg kan se to udfordringer:

1) at forøge volten over C15/C16 i hver ladecyklus.

2) at genanvende energi i C19 fra sidste "discharge" af C15/C16 gennem RLOAD til C19.

Lad os fokusere på 1) først.

Størrelsen af RLOAD bestemmer størrelsen af strømmen gennem RLOAD. jeg tester med 100 ohm, men i den færdige version vil RLOAD være meget mindre.

problemet i eksempeludregningen er at volten ikke stiger lineært med energien. prøv at fordoble C og samtidig holde E konstant. nu er det tydeligt at V ikke halveres fra 10V til 5V.

jeg minder lige om princippet i designet. C15 konfigures parallelt med energikilden og lades derved op til nogle få volt. nu konfigureres C15 i serie med energikilden og begge konfigureres parallelt med C16, der så lades op til en større volt end over energikilden alene. så byttes rollerne om for C15 og C16, så det nu er C15, der lades op med energi fra C16 og den eksterne energikilde (som begge er i seriekonfiguration).

nu forventede jeg så at jo flere gange der skiftes mellem hhv. parallel/serie og serie/parallel konfiguration (venstre/højre side af diagrammet), jo større volt vil der være over C15 og C16.

men dette sker ikke i min prototype. jeg opnår max. 17,2V efter både 10 og 20 skift.

er det nuværende design korrekt eller skal der foretages nogle ændringer?

[Mira]

jeg fik lige den tanke i hovedet at C15 meget hellere vil afgive sin energi til C16 end V9 vil pga. den meget mindre modstand. det vil så forholdsvis hurtigt fjerne spændingsforskellen mellem V9/C15 og C16 og dermed forhindre V9 i at levere energi til C16.

umiddelbart kunne man jo så bare sætte en forholdsmæssig stor modstand mellem C15 og C16, men det ville være ineffektivt.

egentlig vil jeg jo bare gerne have at C15 kun leverer potentiale, men ingen energi til C16, så alt energi til C16 leveres af V9. har I nogle forslag til hvordan dette opnås?

det forklarer dog ikke den øgede strøm (Ca. 100mA) jeg observerer ved hvert skift.

[gerd]

Hej Casper,

hvis du har en kondensator med 100uF og 24V og en med 100uF og 0V og du tilslutter begge, begge har 12V.

Og Hvis du har en kondenstor med 100uF og 12V og tilslutter den i serie med en 12V batteri, du har 24V. Hvis du tilslutter den kombination til en kondensator med 100uF og 0V, begge (kombinationen og kondensatoren) har 12V. Det betyder: den første kondensator har nur 0V (batteri har 12V) !!!



Linear Technology har mange ideer, produkter og artikler om "Energy Harvesting"
http://www.linear.com/products/Energy_Harvesting
http://video.linear.com/15

En 0.02V til 4.5V konverter:
http://www.linear.com/product/LTC3108-1

Og de har også en energy harvesting demo board:
http://www.linear.com/blog/61
gerd