Warum haben Motorantriebe mehrere Buskondensatoren mit kleiner Kapazität anstelle eines einzelnen Buskondensators mit großem Wert?

Bei allen professionellen DC-, BLDC- oder PMSM- Motorcontrollern ( Sevcon usw.) ist eine große Anzahl von DC-Bus-Kondensatoren parallel geschaltet. Ihre Kapazitäten liegen zwischen 100 µF und 220 µF. Wäre ein einzelner Kondensator mit einem großen Wert wie 4700 µF oder 10000 µF nicht praktischer?

Liegt es an dem hohen Stoßstrom, wenn diese Steuerungen an Batterien oder andere Hochstromquellen angeschlossen werden?

Sicher, dass genügend Kapazität vorhanden ist, ist ein Parameter. Kondensatoren haben jedoch einen Serienwiderstand, der begrenzt, wie viel Spitzenstrom einem Kondensator entnommen werden kann. Kondensatoren haben auch eine Serieninduktivität, die begrenzt, wie schnell der Spitzenstrom ausgegeben werden kann. Wenn mehrere kleinere Kondensatoren parallel geschaltet sind, werden sowohl der Serienwiderstand als auch die Induktivität verringert.

Höhere Ripple-Strom-Fähigkeit, niedrigerer ESR und manchmal besserer Formfaktor (z. B. kürzer), um an einer geeigneten Stelle im Gehäuse zu passen, sind wahrscheinliche Gründe.

Mehr Oberfläche des Kondensators bedeutet mehr Verlustleistung bei sonst gleichen Bedingungen.

Andere Antworten haben bereits die Hauptfaktoren genannt, die diese Wahl bestimmen: geringerer Gesamt-ESR, geringere Gesamtinduktivität, bessere Wärmehandhabungsfähigkeit usw.

Ich werde noch einen Aspekt hinzufügen, der vernachlässigt wurde: Zuverlässigkeit .

Wenn Sie nur einen großen Kondensator haben und dieser ausfällt, bleibt Ihnen ein funktionsloses System übrig. Darüber hinaus kann eine größere Kappe in der Nähe befindliche Komponenten stärker beschädigen, wenn sie spektakulär versagt.

Wenn Sie mehrere Kappen gleichzeitig verwenden, können Sie die Auswirkungen verringern, die beim Öffnen einer Kappe auftreten, da die anderen Kappen weiterhin vorhanden sind. Sie können das System sogar mit Blick auf Redundanz entwerfen, indem Sie mehr Kappen hinzufügen, als Sie aufgrund der anderen Einschränkungen mindestens benötigen würden.

Es gibt auch Probleme mit der Beständigkeit gegen Vibrationen (dies ist insbesondere bei großen Motoren von Bedeutung). Ein einzelner großer Kondensator kann durch Vibrationen mechanisch stärker beansprucht werden. Die große Masse der Kappe kann mechanisch mitschwingen und eine größere Spannung auf ihre Anschlüsse oder Befestigungspunkte ausüben, was zu einem mechanischen Versagen der Kappe selbst oder der Leiterplatte führt, an der sie angebracht ist.

Kleinere Kondensatoren haben, da sie weniger Masse haben, weniger Trägheit, so dass sie aufgrund von Vibrationen oder Stößen weniger mechanische Beanspruchung erfahren und verursachen. Daher ist es auch einfacher (und billiger), geeignete Zugentlastungen zu konstruieren, um mechanische Belastungen und Stöße zu vermeiden, die Probleme verursachen.

Die Kondensatoren helfen beim Filtern und Entkoppeln von Rauschen. Jeder einzelne Kondensatorwert ist jedoch nur bei einer bestimmten Frequenz gut. Es hat die geringste ESR (höhere Fähigkeit zur Geräuschreduzierung). Die Verwendung eines Wertebereichs bietet diese gute Filterfähigkeit über einen weiten Frequenzbereich.

Reduzierte Erwärmung durch ESR . Während die Welligkeitsströme durch die Kondensatoren hin und her fließen, wirkt der ESR dem Stromfluss entgegen (ähnlich wie bei einem Widerstand). Der höhere ESR bedeutet eine höhere Verlustleistung (als Wärme). Dies erhöht effektiv die Temperatur der Kondensatoren. Je höher die Temperatur, desto geringer die Kapazität, die sie bereitstellen können. Daher ist ein niedriger ESR über mehrere Frequenzbänder ein gewünschter Parameter, der effektiv durch Kombinieren mehrerer Kondensatoren als ein einzelner Bug-Kondensator empfangen werden kann.

Dies könnte auch eine Sache zur Produktionsoptimierung sein. Wenn ein Produkt bereits 220 uF-Kondensatoren verwendet, kann die Verwendung dieser Kondensatoren anstelle von zusätzlichen 4700 uF sinnvoll sein (obwohl das Ersetzen einer Kappe durch 20 ein wenig extrem erscheint). Bei einer 4700uF-Kappe handelt es sich wahrscheinlich um eine Durchgangsbohrung. Wenn es sich um die einzige Durchgangsbohrungskomponente in einem Produkt handelt, können Sie einen ganzen Fertigungsschritt einsparen, wenn Sie dies vermeiden können. Selbst wenn dies nicht der Fall ist, ist Ihr Lager einfacher zu verwalten, da weniger Teiletypen bestellt werden müssen, und Sie verringern das Risiko, ein Produkt neu entwerfen zu müssen, da dieses Kondensatormodell aus der Produktion ausfällt.

Ein einzelner, für die Anforderungen dieses Laufwerks optimierter Kondensator hätte wahrscheinlich einige Vorteile, wenn dies das einzige Produkt wäre , das Sie gebaut haben. Wenn Sie jedoch wie alle Laufwerkshersteller Dutzende verschiedener Laufwerke bauen, möchten Sie die Lieferkette über die gesamte Produktlinie hinweg optimieren . Das bedeutet, möglichst wenige Bausteine ​​zu standardisieren und in verschiedenen Kombinationen zu verwenden, um die von Ihnen benötigten Spannungs- und Kapazitätswerte zu erhalten.

Dieses Modell benötigt zwei Kappen parallel, ein anderes benötigt zwei in Serie, ein anderes benötigt vier, ein anderes benötigt zwanzig, aber Sie müssen immer noch nur ein Teil lagern . Sie erzielen Skaleneffekte beim Einkauf, senken die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teil, das Sie benötigen, ausgeht, und senken die Lagerkosten insgesamt. Bonuspunkte, wenn es sich um den gleichen Teil handelt, den ein Dutzend andere Laufwerkshersteller verwenden, da sie wahrscheinlich genau dieselben Laufwerksrahmengrößen wie Sie herstellen.

Wenn wir nur die Kraftmagnetindustrie dazu bringen könnten, auf diese Weise zu arbeiten ...

Ich denke, es ist die beste Option für den Hersteller. Was auch immer weniger kostet, ich denke es wird die bevorzugte Option dafür sein.