Простое использование конденсатора для буферизации батареи?

У меня есть простое приложение, где источник постоянного тока 6 В, 2 А управляет 4 сервоприводами для любителей. В большинстве случаев этого достаточно, но есть случаи (когда все сервоприводы внезапно загружаются), когда я думаю, что потребляемая мощность будет превышать 2А в течение короткого периода времени.

Мне было предложено использовать конденсатор между источником питания и сервоприводами, чтобы справиться с такой переходной нагрузкой. К сожалению, посредник не знал, как это будет реализовано. Я попробовал Университет Google, но в основном придумал видео с гигантскими конденсаторами, которые используются для драматического взрыва.

Может ли кто-нибудь указать мне правильное направление или привести простой пример того, как я это сделаю. Это так же просто, как подключить конденсатор к положительному выводу?

Какие расчеты я должен сделать, чтобы определить подходящий размер конденсатора? Например, если я хотел выдержать пик 3А в течение 5 секунд.

Подмножество резюме:

I = избыточный ток, который должен быть обеспечен.
T = время, чтобы обеспечить этот дополнительный ток.
V = допустимое падение напряжения в течение этого периода.

C = емкость в Фараде, чтобы удовлетворить это требование.
Потом:

• C = I x T / V

Теоретически и достаточно близко, чтобы быть полезным в реальных приложениях:

• Один Фарад будет падать напряжение на один вольт в секунду с нагрузкой 1 Ампер.

  Масштабировать по мере необходимости.

Результаты не внушают оптимизма :-(.

(1) Предоставление конденсатора, чтобы сделать все

Для перегрузки по току I ампер, падение V вольт в течение времени T секунд (или его части) требуется конденсатор C, как указано выше)

• C = I x T / V <- Cap для данного VIT

  т. е. больший ток требует большей емкости.
  Большее время задержки требует большей емкости.
  Более приемлемое падение напряжения = меньшая емкость.

или свисать заданные CIT, просто переставляя

• Vdroop - (T x I) / C

или время, когда Cap C выдержит данный CIV, просто переставляя =

• Время = T = V x C / I

Так, например, при перегрузке в 1 ампер в течение 1 секунды и падении напряжения 2 вольт

C = I x T / V = ​​1 x 1 x / 2 = 0,5 Фарад = мм.

Суперкапсы могут спасти вас, пока поддерживается необходимый пиковый ток.

SUPERCAP РЕШЕНИЕ

Решение Supercap (SC) выглядит практически жизнеспособным.

Эти 3F, 2,5 В суперкапы доступны со склада Digikey по цене 1,86 долл. США / 10 и производительностью менее 85 центов. Цены

Для блока 3F, 2,7 В допустимая скорость разряда в 1 секунду до 1/2 В составляет 3,3 А. Внутреннее сопротивление составляет менее 80 мОм, что позволяет падение примерно на 0,25 В из-за ESR при 3A.

Два в серии дают 1,5F и 5,4 В Vmax. 3 в серии дает 1 Фарад, 8,1 В Vmax, тот же разряд 3А и падение 0,75 В из-за СОЭ при 3А.

Это будет хорошо работать для всплесков в десятых долях второго диапазона. Для указанного случая сусла 3А требуется 5 секунд, возможно, 15 Фарад.

То же самое семейство 10F, 2.7V $ 3/10, 26 мОм выглядит хорошо. 10А разрешено разряжать. Два последовательных понижения от 5,4 до 5 вольт при 3А дает

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

Попасть туда.

(2) ЕСЛИ падение приводит к сбросу системы и т. Д., И каждый хочет этого избежать (как это обычно делают :-)), часто полезным решением является обеспечение дополнительного источника питания для электроники крышкой, которая удерживает их в течение периода отключения.

например, электронике нужно сказать 50 мА. Требуемое время удержания = скажем, 3 секунды (!). Допустимый спад = 2В скажем.
Сверху

• C = I x T / V = ​​0,05 x 3/2
  = 0,075 Фарад
  = 75 000 мкФ
  = 75 мФ (миллифарад)

Это большой по большинству стандартов, но выполнимый. Суперкап в 100 000 мкФ достаточно мал. Здесь 3-х секундная задержка "убийца". Для более типичного, скажем, выпадения 0,2S требуемый предел

75 000 мкФ х 0,2 / 3 = 5000 мкФ = очень выполнимо.

(3) Небольшая аккумуляторная батарея для электроники может быть полезна по очевидным причинам.

(4) Повышающий преобразователь: в коммерческом проекте, в котором использовались неперезаряжаемые аккумуляторы 4 x C, для обеспечения 5 В, 3 В 3 и батареи с электроприводом (контроллер тренажера) в конце срока службы Vbattery значительно опускался ниже необходимого 5 В в конце срока службы батареи и много намного ниже, когда двигатели работали. (Первичный дизайн был не мой). Я добавил повышающий преобразователь на основе шестнадцатеричного инвертора Schmitt CMOS 74C14 для обеспечения постоянного напряжения 5В для электроники плюс 3В3 для микроконтроллера. Ток покоя повышающего преобразователя и 2 регулятора LDO и электроны до 100 мкА.

E & OE - возможно, где-то там что-то не так, легко сделать. Если так, кто-нибудь скажет мне об этом :-).

ДОБАВЛЕНО:

Вопрос: Было (вполне понятно) предположить, что

• Я не уверен, что вы отвечаете на главный вопрос пользователей.

  Остановить перегрузку источника питания не представляется возможным.

  Это не случай отключения электропитания, это случай, когда требуется разрешить более высокий ток в течение коротких периодов (порядка 5 или более секунд).

  Это похоже на случай необходимости другого источника питания

отклик

Я полагаю, что я полностью отвечаю на этот вопрос, как и было задано, НО я также обращаю внимание на то, что, по моему мнению, также может быть более масштабным вопросом.

Следовательно, здесь, похоже, есть касательные и не относящиеся к делу материалы.
Я рассмотрел вопросы, которые не задавались, а также вопросы, которые задавались, основываясь как на моем собственном опыте в аналогичных приложениях, так и на общих ожиданиях.

Проблемы

• «Что делать, если спрос превышает предложение» и

• «Что делать, если предложение падает ниже спроса».

Это одно и то же на практике, но может иметь разные причины.

Обратите внимание, что мой ответ (1) конкретно говорит

• "За перевес Я ампер"

и его вопрос был

• «... но есть случаи (когда все сервоприводы внезапно загружаются), когда я думаю, что потребляемая мощность будет превышать 2А в течение короткого периода времени.

т.е. иметь дело с перегрузкой по току именно то, что он просит.
НО перегрузка по току вызвана перегрузкой, и, когда видна «стоимость» попыток справиться с перегрузкой по току (0,5 Фарада или что-то в этом роде), тогда перспектива может превратиться в «что мы можем сделать, чтобы преодолеть эту перегрузку по-другому». Следующее наиболее очевидное «решение» заключается в том, чтобы принять удар по производительности двигателя, позволить шине подачи питания упасть, НО поддерживать локальное питание, чтобы сохранить вменяемость электроники. Другое решение, которое я не удосужился решить, - это отключить систему, например, замедляя скорость серво, когда все включены одновременно. Приемлемо ли это, зависит от приложения.

Причина, по которой мы можем ПОПРОБОВАТЬ, чтобы справиться с кратковременной ситуацией перегрузки по току, заключается в том, что источник питания в большинстве случаев имеет запасную емкость, и это используется для зарядки крышек до события помпажа. Колпачки волшебным образом не производят дополнительный ток, просто копят запасной ток на дождливый день.

Для подачи тока конденсатор ДОЛЖЕН терять напряжение, поэтому я также указываю приемлемый предел для этого. Я думаю, вы обнаружите, что если вы сформулируете его требования в цифрах, а затем включите их в мои формулы, на его вопрос будет дан ответ.

Перехожу на геометрический пост.

• Но это не случай 6V * 3A * 5s. Вам нужна достаточная емкость, чтобы предотвратить провисание выхода на достаточно низком уровне, чтобы на выходе блока питания потребовалось больше тока. Это действительно просто не произойдет в хорошем смысле.

То, что происходит, очень сильно зависит от исходных характеристик поставки.
Представьте, что LM350 использовался. Лист данных здесь . Это по сути LM317 на стероидах. Хорошо для 3А в большинстве условий и 4,5А В МНОГИХ, глубокого применения. 3А гарантировано. На рис. 2 показано, что он хорош для 4,5 А для дифференциала Vin-Vout от 5 до 15 В в зависимости отпо другим вопросам. Он может работать вблизи своего текущего предела с хорошим регулированием. Если он работает при 3 А и если его падение не слишком велико и он хорошо нагревается, он не будет горячим, и будут обеспечены периодические пики в 4,5 А. Делайте это слишком часто, и температура поднимется, и фиг. 1,4,5 и несколько не показанных вещей повлияют на его поведение. Во-первых, Vout начнет падать на пиках, а конденсатор на выходе поможет ему обслуживать нагрузку. Увеличение drOop и более длинные пики и конденсатор будут призваны сделать больше. Если микросхема решила полностью отключиться на мгновение (что вряд ли когда-либо будет), пока T x I / C не превысит падение напряжения, которое является приемлемым, конденсатор выполнит всю работу. Восстановите Iout до 3А, и конденсатор будет заряжаться до следующего раза.

Оказывается, есть несколько продуктов, которые делают это для приемников RC. Они обычно предназначены для устранения провалов и пониженного напряжения из-за сильных токов, таких как сервоблокировка в течение короткого периода времени.

Это представительская единица. Поставщик несет несколько вариантов с различной емкостью хранения.

Набор мощностей TURNIGY помогает предотвратить «коричневые выходы», сбрасывающие Rx, если ваш сервоусилитель нарастает или у вас возникает сбой Rx. Это также поможет снизить нагрузку на ваши ESCs BEC и снизить вероятность глюков. Просто подключите его к любому свободному каналу на вашем приемнике.

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

Я нашел этот лист для расчета падения напряжения. Это теоретически, но дает хорошее представление:

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