Proste zastosowanie kondensatora do buforowania baterii?

Mam prostą aplikację, w której zasilacz 6 V, 2 A DC napędza 4 serwomechanizmy klasy hobbystycznej. W większości przypadków jest to wystarczające, ale zdarzają się przypadki (gdy nagle wszystkie serwomechanizmy są nagle ładowane), kiedy myślę, że pobór mocy przekroczy 2A przez krótki okres czasu.

Zasugerowano mi, że powinienem zastosować kondensator między moim źródłem zasilania a serwomechanizmami, aby poradzić sobie z tego rodzaju przejściowym obciążeniem. Niestety, sugestor nie wiedział, jak to faktycznie będzie zaimplementowane. Próbowałem na Uniwersytecie Google, ale głównie wymyśliłem filmy z gigantycznymi kondensatorami wykorzystywanymi do dramatycznego wybuchu rzeczy.

Czy ktoś mógłby skierować mnie we właściwym kierunku lub dać prosty przykład obwodu, w jaki sposób to zrobiłbym. Czy jest to tak proste, jak podłączenie kondensatora do dodatniego przewodu?

Jakie obliczenia należy wykonać, aby określić odpowiedni rozmiar kondensatora? Na przykład, gdybym chciał utrzymać pik 3A przez 5 sekund.

Podsumowanie podzbioru:

I = dostarczany nadmiar prądu.
T = czas na dostarczenie tego dodatkowego prądu.
V = dopuszczalny spadek napięcia w tym okresie.

C = pojemność w Farad, aby spełnić ten wymóg.
Następnie:

• C = I x T / V

Teoretycznie i wystarczająco blisko, aby był użyteczny w rzeczywistych aplikacjach:

• Jeden Farad spadnie napięcie o jeden wolt w ciągu jednej sekundy przy obciążeniu 1 ampera.

  Skaluj zgodnie z wymaganiami.

Wyniki nie są zachęcające :-(.

(1) Zapewnienie kondensatora do wszystkiego

W przypadku przetężenia ampera I wymagane jest obniżenie napięcia V w czasie T sekund (lub jego część) Wymagany kondensator C, jak wyżej)

• C = I x T / V <- Limit dla danego VIT

  tzn. więcej prądu wymaga większej pojemności.
  Dłuższy czas zatrzymania wymaga większej pojemności.
  Bardziej akceptowalny spadek napięcia = mniejsza pojemność.

lub opadanie w przypadku CIT to po prostu zmiana układu

• Vdroop - (T x I) / C

lub czas, w którym Cap C utrzyma dany CIV, po prostu przestawiając =

• Czas = T = V x C / I

Tak np. Dla przeciążenia 1 ampera na 1 sekundę i opadanie 2 woltów

C = I x T / V = ​​1 x 1 x / 2 = 0,5 Farad = Um.

Superkapsy mogą cię oszczędzać, o ile może być obsługiwany wymagany prąd szczytowy.

ROZWIĄZANIE SUPERCAP

Rozwiązanie Supercap (SC) wygląda prawie realne.

Te superkapsy 3F, 2,5V są dostępne z magazynu Digikey za 1,86 USD / 10 i poniżej 85 centów wartości produkcji. Ceny

Dla jednostki 3F, 2,7 V dopuszczalna 1-sekundowa szybkość rozładowania do 1/2 Vrated wynosi 3,3 A. Rezystancja wewnętrzna wynosi poniżej 80 miliomów, co pozwala na spadek około 0,25 V z powodu ESR przy 3A.

Dwa w szeregu daje 1,5 F i 5,4 V Vmax. 3 szeregowo daje 1 Farad, 8,1 V Vmax, takie samo rozładowanie 3A i spadek 0,75 V z powodu ESR przy 3A.

Działałoby to dobrze w przypadku skoków w dziesiątych części drugiego zakresu. Dla określonego przypadku brzeczki 3A potrzeba 5 sekund, być może potrzeba 15 Farad.

Ta sama rodzina 10F, 2,7 V 3/10 USD, 26 miliohm wygląda dobrze. 10A dozwolone rozładowanie. Dwa szeregowe opadanie od 5,4 do 5 woltów przy 3A daje

T = V x C / I = 0.4 x 5 / 3 = 0.666 seconds.  

Jak się tam dostać

(2) JEŻELI opadanie spowoduje zresetowanie systemu itp. I chce się tego uniknąć (jak zwykle :-)), często użytecznym rozwiązaniem jest zapewnienie dodatkowego zasilania elektroniki z pokrywą, która utrzymuje je w okresie zaniku.

np. elektronika musi powiedzieć 50 mA. Pożądany czas podtrzymania = powiedzmy 3 sekundy (!). Dopuszczalne opadanie = 2 V.
Z góry

• C = I x T / V = ​​0,05 x 3/2
  = 0,075 Farad
  = 75 000 uF
  = 75 mF (milliFarad)

Jest to duży jak na większość standardów, ale wykonalny. Superkaps 100 000 uF jest dość mały. Tutaj 3 sekundowa blokada to „zabójca”. Dla bardziej typowego powiedzenia, 0.2S, wymagane jest ograniczenie

75 000 uF x 0,2 / 3 = 5000 uF = bardzo wykonalne.

(3) Mała bateria podtrzymująca dla elektroniki może być użyteczna z oczywistych powodów.

(4) Konwerter doładowania : w projekcie komercyjnym, w którym zastosowano akumulatory 4 x C, aby zapewnić 5 V, 3 V 3 i akumulator napędu silnikowego (kontroler sprzętu do ćwiczeń) koniec żywotności Bateria spadła znacznie poniżej potrzebnego poziomu 5 V pod koniec żywotności baterii i znacznie znacznie poniżej, gdy działały silniki. (Podstawowy projekt nie był mój). Dodałem przetwornicę podwyższającą opartą na pakiecie inwertera sześciokątnego Schmitt CMOS 74C14, aby przez cały czas dostarczać do elektroniki 5V oraz 3V3 regulowane do mikrokontrolera. Prąd spoczynkowy przetwornika podwyższającego i 2 x regresy LDO i elektrony poniżej 100 uA.

E&OE - może gdzieś tam coś było po złej stronie, łatwe do zrobienia. Jeśli tak, ktoś mi o tym opowie :-).

DODANY:

Pytanie: Zostało (całkiem zrozumiale) zasugerowane

• Nie jestem pewien, czy odpowiadasz na główne pytanie użytkowników.

  Aby przestać przeciążać zasilacz, nie wydaje się to możliwe.

  Nie chodzi o odcięcie zasilania, chodzi o to, że chcemy pozwolić na większy prąd przez krótki czas (rzędu 5 lub więcej sekund).

  Wydaje się, że to wymaga innego źródła zasilania

Odpowiedź

Uważam , że odpowiadam na to pytanie całkowicie, jak zadawano, ALE odpowiadam również na to, co moim zdaniem może być również większym pytaniem.

W związku z tym wydają się istnieć styczne i nieistotny materiał.
Odniosłem się do kwestii niezadawanych, a także do pytań zadawanych zarówno na podstawie własnych doświadczeń w ściśle analogicznych zastosowaniach, jak i ogólnych oczekiwań.

Problemy są

• „Co jeśli popyt przewyższy podaż” i

• „Co jeśli podaż spadnie poniżej popytu”.

W praktyce są one takie same, ale mogą mieć różne przyczyny.

Zauważ, że moja odpowiedź (1) wyraźnie mówi

• „Dla prądu ponad od I amper”

a jego pytanie brzmiało:

• „... ale zdarzają się przypadki (gdy nagle wszystkie serwomechanizmy są nagle ładowane), kiedy myślę, że pobór mocy przekroczy przez krótki czas 2A.

tzn. radzenie sobie z nadprądem jest dokładnie tym, o co prosi.
ALE przeciążenie prądem jest spowodowane przeciążeniem, a kiedy widzi się „koszt” próby radzenia sobie z nadprądem (limity 0,5 Farada lub cokolwiek innego), perspektywa może się zwrócić do „co możemy zrobić, aby wyjść z tego przeciążenia inaczej”. Kolejnym najbardziej oczywistym „rozwiązaniem” jest zaakceptowanie uderzenia w wydajność silnika, pozwolenie na upadek szyny zasilającej, ALE utrzymanie lokalnego zaopatrzenia w celu utrzymania rozsądnej eectronics. Innym rozwiązaniem, któremu nie zawracałem sobie głowy adresowaniem, jest deloa systemu, np. Spowolnienie prędkości serwomechanizmu, gdy wszystkie są włączone jednocześnie. To, czy jest to dopuszczalne, zależy od zastosowania.

Powodem, dla którego możemy SPRÓBOWAĆ rozwiązanie krótkoterminowej sytuacji nadprądowej, jest to, że podaż ma wolne moce przez większość czasu i służy to do naliczania limitów przed wystąpieniem wzrostu. Czapki nie wytwarzają magicznie dodatkowego prądu, wystarczy zaoszczędzić zapasowy prąd na cały dzień.

Aby dostarczyć prąd, kondensator MUSI utracić napięcie, dlatego też określam dopuszczalny limit dla tego. Myślę, że przekonasz się, że jeśli przeanalizujesz jego wymagania liczbowe, a następnie włączysz je do moich wzorów, odpowiedź na zadane pytanie zostanie udzielona.

Re na geometrikal post.

• Ale to nie jest przypadek 6V * 3A * 5s. Potrzebujesz wystarczającej pojemności, aby powstrzymać opadanie mocy wyjściowej na wystarczająco niskim poziomie, aby spowodować, że moc wyjściowa zasilacza będzie musiała pomieścić więcej prądu. To naprawdę nie wydarzy się w dobry sposób.

To, co się stanie, zależy w dużej mierze od pierwotnej charakterystyki dostaw.
Wyobraź sobie, że używany był LM350. Arkusz danych tutaj . Jest to zasadniczo LM317 na sterydach. Dobry dla około 3A w większości warunków i 4,5a WIELE, głębokie w aplikacji. 3A gwarantowana. Figura 2 pokazuje, że to jest dobry dla 4.5A dla VIN Vout różnicowym 5 do 15 V , zależniew innych sprawach. Można go uruchomić w pobliżu aktualnego limitu przy dobrej regulacji. Jeśli zostanie uruchomiony przy 3 A i jeśli spadek w poprzek nie jest zbyt wysoki i jest dobrze ogrzany, nie będzie gorący i zapewnione będą okresowe piki 4,5A. Rób to zbyt często, a temperatura wzrośnie i figury 1,4,5, a kilka rzeczy, które nie zostaną pokazane, wpłynie na to, jak się zachowa. Po pierwsze, Vout zacznie opadać na szczyty, a kondensator na wyjściu pomoże mu utrzymać obciążenie. Zwiększenie drOop i dłuższe szczyty i kondensator zostaną wezwane do zrobienia więcej. Jeśli układ scalony zdecyduje się na chwilę całkowicie odciąć (co jest mało prawdopodobne), o ile T x I / C nie przekroczy spadku napięcia, co jest dopuszczalne, kondensator wykona całą pracę. Przywróć Iout do 3A, a kondensator naładuje się do następnego razu.

Okazuje się, że istnieje kilka produktów, które robią to dla odbiorników RC. Zazwyczaj są one stosowane w celu wyeliminowania przerw w dostawie prądu lub zbyt niskiego napięcia spowodowanych wysokimi prądami, takimi jak blokowanie serwonapędu na krótki okres czasu.

To jest reprezentatywna jednostka. Sprzedawca oferuje kilka wariantów o różnych pojemnościach magazynowych.

Zestaw pojemności TURNIGY pomaga zapobiec „brązowym wyłączeniom” resetującym Rx, jeśli twoje serwowzmacniacze pobudzają kolce lub masz usterkę Rx. Pomoże to również zmniejszyć obciążenie BEC ESC i zmniejszyć prawdopodobieństwo usterki. Po prostu podłącz go do dowolnego wolnego kanału w odbiorniku.

Operating Voltage : 3.2V - 11.1V (1s ~ 3s LiPo)
Capacitor voltage: 15v
Storage Capacity: 783333uf
Data on a 3A load spike typically seen when large retracts jam:
Supply 6v with a voltage drop to 4.7v over 0.88sec
Supply 6v with a voltage drop to 3.0v over 3.0sec (3.0v minimum voltage of the OrangeRx 6ch)

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=17100

Znalazłem ten arkusz do obliczenia spadku napięcia Sur jest teoretyczny, ale daje dobry pomysł:

http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=5&vs=0&c=0%2C000470&r=33&time=0%2C1