Einfacher Kondensator zur Pufferung einer Batterie?

Ich habe eine einfache Anwendung, bei der ein 6V, 2A DC-Netzteil 4 Hobby-Servos antreibt. In den meisten Fällen ist dies ausreichend, aber es gibt Fälle (in denen alle Servos plötzlich geladen werden), in denen die Leistungsaufnahme meines Erachtens für einen kurzen Zeitraum 2A überschreitet.

Es wurde mir vorgeschlagen, einen Kondensator zwischen meiner Stromquelle und den Servos zu verwenden, um diese Art von transienter Last zu bewältigen. Leider wusste der Vorschlagende nicht, wie dies tatsächlich umgesetzt werden würde. Ich habe es an der Universität von Google versucht, habe aber meistens Videos von riesigen Kondensatoren gefunden, mit denen Dinge dramatisch explodieren.

Könnte mich jemand in die richtige Richtung weisen oder mir ein einfaches Schaltungsbeispiel geben, wie ich das tun würde. Ist es so einfach wie ein Kondensator auf die positive Leitung zu verdrahten?

Welche Berechnungen muss ich durchführen, um die geeignete Kondensatorgröße zu ermitteln? Zum Beispiel, wenn ich 5 Sekunden lang einen Spitzenwert von 3A aufrechterhalten wollte.

Zusammenfassung der Teilmenge:

I = zu liefernder Überstrom.
T = Zeit, um diesen zusätzlichen Strom bereitzustellen.
V = akzeptabler Spannungsabfall während dieser Zeit.

C = Kapazität in Farad, um diese Anforderung zu erfüllen.
Dann:

• C = I x T / V

Theoretisch und nah genug, um in realen Anwendungen nützlich zu sein:

• Bei einer Last von 1 Ampere fällt ein Farad in einer Sekunde um 1 Volt ab.

  Nach Bedarf skalieren.

Die Ergebnisse sind nicht ermutigend :-(.

(1) Bereitstellung eines Kondensators für alles

Für einen Überstrom von I Ampere ist ein Abfall von V Volt über die Zeit T Sekunden (oder ein Teil davon) erforderlich. Der Kondensator C ist wie oben beschrieben.

• C = I x T / V <- Cap für gegebene VIT

  dh mehr Strom benötigt mehr Kapazität.
  Eine längere Haltezeit erfordert eine größere Kapazität.
  Akzeptablerer Spannungsabfall = weniger Kapazität.

oder sinken gegeben CIT ist, einfach neu anordnen

• V Statik - (T x I) / C

oder Zeit, die ein Cap C bei gegebener CIV hält, einfach neu anordnen =

• Zeit = T = V x C / I

Also zB für 1 Ampere Überlast für 1 Sekunde und 2 Volt Statik

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

Supercaps können Sie so lange sparen, wie der erforderliche Spitzenstrom unterstützt werden kann.

SUPERCAP-LÖSUNG

Eine Supercap (SC) -Lösung sieht beinahe rentabel aus.

Diese 3F, 2.5V Supercaps sind ab Lager von Digikey für 1,86 USD / 10 und unter 85 Cent Herstellungsvolumen erhältlich. Preise

Für die 3F, 2,7V-Einheit beträgt die akzeptable Entladungsrate von 1 Sekunde bis 1/2 Vrated 3,3A. Der Innenwiderstand liegt unter 80 Milliohm und ermöglicht einen Abfall von ca. 0,25 V aufgrund des ESR bei 3A.

Zwei in Serie ergeben 1,5F und 5,4V Vmax. 3 in Reihe ergibt 1 Farad, 8,1 Vmax, gleiche 3A-Entladung und 0,75 V Abfall aufgrund des ESR bei 3A.

Dies würde für Spannungsstöße im Zehntelsekundenbereich gut funktionieren. Für den spezifizierten Würzefall 3A werden 5 Sekunden, möglicherweise 15 Farad benötigt.

Die gleiche Familie 10F, 2,7V $ 3/10, 26 Milliohm sieht gut aus. 10A erlaubte Entladung. Zwei in Reihe von 5,4 bis 5 Volt bei 3A sinken ergibt

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

Dahin kommen.

(2) WENN die Statik ein Zurücksetzen des Systems usw. verursacht und man dies vermeiden möchte (wie es normalerweise der Fall ist :-)), besteht eine häufig nützliche Lösung darin, eine Unterversorgung für die Elektronik mit einer Kappe vorzusehen, die sie über die Ausfallzeit aufrechterhält.

zB Elektronik braucht sagen 50 mA. Wartezeit gewünscht = sagen wir 3 Sekunden (!). Akzeptabler Abfall = 2 V sagen.
Von oben

• C = I x T / V = ​​0,05 x 3/2 =
  0,075 Farad
  = 75.000 uF
  = 75 mF (MilliFarad)

Dies ist für die meisten Standards groß, aber machbar. Ein 100.000 uF Supercap ist einigermaßen klein. Hier ist der 3 Sekunden Holdup "der Killer". Für einen typischeren Ausfall von z. B. 0,2 S ist die erforderliche Kappe

75.000 uF x 0,2 / 3 = 5000 uF = sehr gut machbar.

(3) Eine kleine Haltebatterie für die Elektronik kann aus offensichtlichen Gründen nützlich sein.

(4) Aufwärtswandler: In einem kommerziellen Design, bei dem nicht wiederaufladbare 4-fach-C-Batterien verwendet wurden, um 5-V-, 3-V- und Motorantriebsbatterien (Trainingsgeräte-Controller) am Ende der Lebensdauer zu liefern viel niedriger, wenn Motoren betrieben werden. (Das primäre Design war nicht meins). Ich habe einen Aufwärtswandler hinzugefügt, der auf einem 74C14-Hex-Schmitt-CMOS-Wechselrichterpaket basiert, um der Elektronik jederzeit 5 V und dem Mikrocontroller 3 V3 zuzuführen. Ruhestrom des Hochsetzstellers und 2 x LDO-Register und -Elektronen unter 100 uA.

E & OE - Möglicherweise ist dort irgendwo etwas auf der falschen Seite, was leicht zu tun ist. Wenn ja, wird mir jemand davon erzählen :-).

HINZUGEFÜGT:

Frage: Es wurde (verständlicherweise) vorgeschlagen, dass

• Ich bin nicht sicher, ob Sie die Hauptfrage des Benutzers beantworten.

  Es erscheint nicht machbar, ein Netzteil vor Überlastung zu schützen.

  Es handelt sich nicht um einen Stromausfall, sondern darum, kurzzeitig einen höheren Strom zuzulassen (in der Größenordnung von 5 oder mehr Sekunden).

  Dies scheint der Fall zu sein, wenn ein anderes Netzteil benötigt wird

Antwort

Ich glaube, dass ich die Frage wie gestellt vollständig anspreche, ABER ich spreche auch das an, von dem ich glaube, dass es wahrscheinlich auch die größere Frage ist.

Folglich scheint es hier Tangenten und irrelevantes Material zu geben.
Ich habe sowohl auf der Grundlage meiner eigenen Erfahrungen in sehr analogen Anwendungen als auch auf der Grundlage allgemeiner Erwartungen sowohl nicht nachgefragte als auch nachgefragte Punkte angesprochen.

Die Probleme sind

• "Was ist, wenn die Nachfrage das Angebot übersteigt" und

• "Was ist, wenn das Angebot unter die Nachfrage fällt?"

Diese sind in der Praxis ein und dasselbe, können jedoch unterschiedliche Ursachen haben.

Beachten Sie, dass meine Antwort (1) speziell sagt

• "Für Überstrom von Ampere"

und seine frage war

• "... aber es gibt Fälle (in denen alle Servos plötzlich geladen sind), in denen ich denke, dass die Leistungsaufnahme für einen kurzen Zeitraum 2A überschreitet.

dh der Umgang mit Überstrom ist genau das, was er fragt.
ABER Überstrom wird durch Überlast verursacht und wenn die "Kosten" für den Versuch, mit Überstrom umzugehen, gesehen werden (0,5 Farad-Kappen oder was auch immer), kann sich die Perspektive durchaus zu "Was können wir tun, um diese Überlast anders zu bewältigen" drehen. Die nächst naheliegendste "Lösung" besteht darin, die Beeinträchtigung der Motorleistung zu akzeptieren, die Versorgungsschiene fallen zu lassen, ABER eine lokale Versorgung aufrechtzuerhalten, um die Eektronik gesund zu halten. Eine andere Lösung, die ich nicht angesprochen habe, besteht darin, das System zu entlasten, indem z. B. die Servoraten verlangsamt werden, wenn alle auf einmal eingeschaltet sind. Ob dies akzeptabel ist, hängt von der Anwendung ab.

Der Grund, warum wir VERSUCHEN können, die kurzfristige Überstromsituation anzugehen, besteht darin, dass die Versorgung die meiste Zeit über Kapazitätsreserven verfügt und diese verwendet werden, um die Kappen vor dem Stoßereignis aufzuladen. Die Kappen produzieren nicht auf magische Weise zusätzlichen Strom, sondern sparen nur Reservestrom für einen Regentag.

Um Strom zu liefern, MUSS der Kondensator die Spannung verlieren, daher gebe ich auch dafür die akzeptable Grenze an. Ich denke, Sie werden feststellen, dass, wenn Sie seine Anforderung in Zahlen formulieren und diese dann in meine Formeln einfügen, seine gestellte Frage beantwortet wird.

Re auf geometrikal Pfosten.

• Es handelt sich jedoch nicht um 6V * 3A * 5s. Sie benötigen genügend Kapazität, um zu verhindern, dass der Ausgang so weit nachgibt, dass der Ausgang des Netzteils mehr Strom aufnehmen muss. Es wird einfach nicht gut gehen.

Was passiert, hängt stark von den ursprünglichen Versorgungseigenschaften ab.
Stellen Sie sich vor, ein LM350 würde verwendet. Datenblatt hier . Dies ist im Wesentlichen ein LM317 auf Steroiden. Gut für ca. 3A unter den meisten Bedingungen und 4,5a IN VIELEN, tiefgreifend bei Anwendung. 3A garantiert. Fig. 2 zeigt, dass es für 4,5 A für ein Vin-Vout-Differential von 5 bis 15 V je gut istzu anderen Themen. Es kann bei guter Regelung nahe seiner Stromgrenze gefahren werden. Wenn es mit 3A betrieben wird und der Abfall nicht zu hoch ist und es gut gekühlt ist, wird es nicht heiß und es werden intermittierende Spitzen von 4,5 A bereitgestellt. Tun Sie dies zu oft und die Temperatur steigt und Feigen 1,4,5 und ein paar Dinge, die nicht gezeigt werden, beeinflussen, wie es sich verhält. Als Erstes beginnt Vout, bei Spitzen zu sinken, und ein Kondensator am Ausgang hilft ihm, die Last zu versorgen. Wenn Sie drOop und längere Peaks erhöhen, muss der Kondensator mehr tun. Wenn sich der IC entschlossen hat, für einen Moment vollständig abzuschalten (was wahrscheinlich nie der Fall ist), solange T x I / C den Spannungsabfall nicht überschreitet, der akzeptabel ist, erledigt der Kondensator die ganze Arbeit. Stellen Sie Iout auf 3A wieder her und der Kondensator wird bis zum nächsten Mal wieder aufgeladen.

Es stellt sich heraus, dass es mehrere Produkte gibt, die dies für RC-Empfänger tun. Sie sind in der Regel zur Beseitigung von Spannungsabfällen oder Unterspannungen aufgrund hoher Stromverhältnisse wie einer Servosperre für einen kurzen Zeitraum vorgesehen.

Dies ist eine repräsentative Einheit. Der Anbieter führt verschiedene Varianten mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten.

Das TURNIGY-Kapazitätsset verhindert, dass Ihr Rx durch "Brown Outs" zurückgesetzt wird, wenn Ihr Servoverstärker Spitzen zieht oder Sie einen Rx-Fehler haben. Es wird auch dazu beitragen, die Belastung Ihres ESCs BEC zu verringern und die Wahrscheinlichkeit von Störimpulsen zu verringern. Schließen Sie es einfach an einen beliebigen Ersatzkanal Ihres Receivers an.

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

Ich habe dieses Blatt gefunden, um den Spannungsabfall zu berechnen. Sur es ist theoretisch, gibt aber eine gute Idee:

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