用于缓冲电池的简单电容器?

电器工程 电容器
2022-01-28 23:51:34

我有一个简单的应用程序,其中 6V、2A 直流电源驱动 4 个爱好者级伺服器。在大多数情况下,这已经足够了,但在某些情况下(当所有伺服系统突然加载时)我认为功耗会在短时间内超过 2A。

有人建议我应该在电源和伺服系统之间使用一个电容器来处理这种瞬态负载。不幸的是,建议者不知道这将如何实际实施。我尝试了谷歌大学,但大部分都想出了巨型电容器被用来剧烈爆炸的视频。

有人可以指出我正确的方向,或者给我一个简单的电路示例,说明我将如何做到这一点。是否像将电容器连接到正极引线一样简单?

我应该进行哪些计算来确定合适的电容器尺寸?例如,如果我想将 3A 的峰值维持 5 秒。

3个回答

子集摘要:

I = 要提供的过电流。
T = 提供此额外电流的时间。
V = 在此期间可接受的电压降。

C = 法拉电容以满足此要求。
然后:

  • C = I x T / V

理论上,并且足够接近以在实际应用中有用:

  • 对于 1 安培负载,一法拉会在一秒钟内将电压下降一伏。

    根据需要进行缩放。

结果并不令人鼓舞:-(。

(1) 提供一个电容器来做所有事情

对于 I 安培的过电流,V 伏特随时间 T 秒(或其一部分)下降所需的电容器 C 如上所述)

  • C = I x T / V <- 给定 VIT 的上限

    即更多的电流需要更多的电容。
    更长的保持时间需要更大的电容。
    更可接受的压降 = 更小的电容。

或下垂给定 CIT 是,简单地重新排列

  • V 下垂 - (T x I) / C

或者在给定 CIV 的情况下 Cap C 将保持的时间,只需重新排列 =

  • 时间 = T = V x C / I

因此,例如 1 安培过载 1 秒和 2 伏下降

C = I x T / V = 1 x 1 x/2 = 0.5 法拉 = Um。

只要可以支持所需的峰值电流,超级电容器就可以为您节省开支。

超级解决方案

Supercap (SC) 解决方案看起来几乎是可行的。

这些3F、2.5V 超级电容器可从 Digikey 以 1.86 美元/10 美元的价格购得,制造量低于 85 美分。价格

对于 3F、2.7V 装置,1/2 Vrated 可接受的 1 秒放电率为 3.3A。由于 3A 时的 ESR,内部电阻低于 80 毫欧,允许约 0.25V 压降。

两个串联提供 1.5F 和 5.4V Vmax。3 串联提供 1 法拉、8.1V Vmax、相同的 3A 放电和 0.75V 压降,原因是 3A 时的 ESR。

这对于十分之一秒范围内的浪涌非常有效。对于指定的麦芽汁情况 3A,5 秒的要求可能需要 15 法拉。

同系列 10F,2.7V 3/10 美元,26 毫欧看起来不错。10A 允许放电。两个在 3A 时从 5.4 伏到 5 伏的串联下降给出

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

到达那里。

(2) 如果下垂导致系统复位等,并且希望避免这种情况(通常会这样做:-)),一种通常有用的解决方案是为电子设备提供一个子电源,该电源具有在辍学期间保持它们的上限。

例如,电子设备需要说 50 mA。所需的保持时间 = 说 3 秒 (!)。可接受的下降 = 2V 说。
从上面

  • C = I x T / V = 0.05 x 3 / 2
    = 0.075 法拉
    = 75,000 uF
    = 75 mF (毫法拉)

按照大多数标准,这很大,但可行。100,000 uF 的超级电容相当小。这里的 3 秒劫持是“杀手”。对于更典型的说 0.2S 辍学,所需的上限是

75,000 uF x 0.2/3 = 5000 uF = 非常可行。


(3) 出于显而易见的原因,用于电子设备的小型保持电池可能很有用。


(4) 升压转换器: 在使用 4 x C 不可充电电池的商业设计中,提供 5V、3V3 和电机驱动电池(运动设备控制器)寿命结束时 Vbattery 在电池寿命结束期间远低于所需的 5V远低于电机运行时。(最初的设计不是我的)。我添加了一个基于 74C14 hex Schmitt CMOS 逆变器封装的升压转换器,以始终为电子设备提供 5V 电压,并为微控制器提供调节的 3V3 电压。升压转换器和 2 x LDO regs 和电子器件的静态电流低于 100 uA。


E&OE - 可能在某处有问题,很容易完成。如果是这样,有人会告诉我:-)。


添加:

查询:已经(很容易理解)建议

  • 我不确定您是否在回答用户的主要问题。

    要停止使电源过载,这似乎是不可行的。

    这不是电源切断的情况,而是希望在短时间内(大约 5 秒或更长时间)允许更高电流的情况。

    这似乎是需要另一个电源的情况

回复

相信我正在完全解决这个问题,正如所问的那样,我也在解决我认为可能是更大的问题。

因此,这里似乎有切线和不相关的材料。
我已经根据我自己在非常相似的应用程序中的经验以及一般预期来解决未提出的问题以及提出的问题。

问题是

  • “如果需求超过供应怎么办”和

  • “如果供应低于需求怎么办”。

这些在实践中是相同的,但可能有不同的原因。

请注意,我的回答 (1) 明确表示

  • “对于I 安培的过电流

他的问题是

  • “ ...但是在某些情况下(当所有伺服系统突然加载时)我认为功率消耗会在短时间内超过 2A。

即处理过电流正是他所要求的。
但是过流是由过载引起的,当看到尝试处理过流的“成本”(0.5 法拉电容或其他)时,观点很可能转向“我们可以做些什么来以不同的方式应对这种过载”。下一个最明显的“解决方案”是接受对电机性能的影响,让电源轨下降但保持本地供应以保持电子设备的健康。我没有费心解决的另一个解决方案是通过例如在所有设备同时开启时减慢伺服速度来解除系统负载。这是否可以接受取决于应用程序。

我们可以尝试解决短期过流情况的原因是电源大部分时间都有备用容量,这用于在浪涌事件之前为电容充电。帽子不会神奇地制造额外的电流,只是为了防备备用电流。

为了提供电流,电容器必须失去电压,所以我也指定了可接受的限制。我想你会发现,如果你用数字表达他的要求,然后将它们插入我的公式中,他提出的问题就会得到回答。


重新上几何柱。

  • 但不是6V*3A*5s的情况。您需要足够的电容来阻止输出下降到足以导致电源输出需要承载更多电流的程度。这真的不会以一种好的方式发生。

会发生什么在很大程度上取决于原始供应特性。
想象一下正在使用 LM350。数据表在这里这本质上是类固醇上的 LM317。在大多数情况下适用于 3A 左右,在许多情况下适用于 4.5a,在应用中很深。3A 保证。图 2 显示,对于 5V 至 15V 的 Vin-Vout 差分,它适用于 4.5A,具体取决于关于其他问题。通过良好的调节,它可以在接近其电流限制的情况下运行。如果以 3A 运行,并且如果通过它的压降不是太高并且散热良好,则它不会很热,并且将提供 4.5A 的间歇性峰值。这样做太频繁了,温度会升高,图 1、4、5 和一些未显示的事情会影响它的行为。首先,Vout 将在峰值上开始下降,输出端的电容器将帮助它为负载服务。增加 drOop 和更长的峰值,电容器将被要求做更多的事情。如果 IC 决定暂时完全切断(它不太可能这样做),只要 T x I / C 不超过可接受的电压降,则电容器将完成整个工作。将 Iout 恢复到 3A,电容器将重新充电直到下一次。

事实证明,有几种产品可以为 RC 接收器做到这一点。它们通常被指定用于消除由于短时间伺服锁定等高电流条件导致的欠压或欠压。

这是一个有代表性的单位。供应商提供具有不同存储容量的多种变体。

TURNIGY 容量设置有助于防止在您的伺服放大器出现尖峰或 Rx 故障时重置您的 Rx。它还有助于减少 ESC BEC 的负载并减少故障的可能性。只需将其插入接收器上的任何备用通道即可。

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

我发现这张表可以计算电压降 Sur 它是理论上的,但给出了一个好主意:

http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=5&vs=0&c=0%2C000470&r=3​​3&time=0%2C1