¿Uso simple de condensadores para amortiguar una batería?

Tengo una aplicación simple en la que una fuente de alimentación de CC de 6 V y 2 A maneja 4 servos de nivel aficionado. En la mayoría de los casos, esto es adecuado, pero hay casos (cuando todos los servos se cargan repentinamente) cuando creo que el consumo de energía excederá los 2A por un corto período de tiempo.

Me sugirieron que debería usar un condensador entre mi fuente de alimentación y los servos para manejar este tipo de carga transitoria. Lamentablemente, el proponente no sabía cómo se implementaría esto realmente. Probé en la Universidad de Google, pero en su mayoría aparecieron videos de condensadores gigantes que se usaban para explotar dramáticamente las cosas.

¿Podría alguien señalarme en la dirección correcta, o darme un ejemplo de circuito simple de cómo haría esto? ¿Es tan simple como conectar un condensador al cable positivo?

¿Qué cálculos debo hacer para determinar el tamaño apropiado del capacitor? Por ejemplo, si quisiera mantener un pico de 3A durante 5 segundos.

Resumen del subconjunto:

I = exceso de corriente que se proporcionará.
T = tiempo para proporcionar esta corriente extra.
V = caída de voltaje aceptable durante este período.

C = capacitancia en Farad para cumplir con este requisito.
Luego:

• C = I x T / V

En teoría, y lo suficientemente cerca como para ser útil en aplicaciones reales:

• Un Farad caerá en voltaje en un voltio en un segundo con una carga de 1 amperio.

  Escale según sea necesario.

Los resultados no son alentadores :-(.

(1) Proporcionar un condensador para hacer todo

Para sobrecorriente de I amperio, caída de V voltios a lo largo del tiempo T segundos (o parte del mismo) El condensador C requerido es, como se indica arriba)

• C = I x T / V <- Límite para VIT dado

  es decir, más corriente requiere más capacitancia.
  Más tiempo de espera requiere una mayor capacidad.
  Caída de voltaje más aceptable = menos capacitancia.

o caída dado que CIT es, simplemente reorganizando

• Vdroop - (T x I) / C

o el tiempo que un Cap C se mantendrá dado CIV dado, simplemente reorganizando =

• Tiempo = T = V x C / I

Entonces, por ejemplo, para una sobrecarga de 1 amperio durante 1 segundo y caída de 2 voltios

C = I x T / V = ​​1 x 1 x / 2 = 0.5 Farad = Um.

Los supercaps pueden ahorrarle mientras se admita la corriente máxima requerida.

SOLUCIÓN SUPERCAP

Una solución Supercap (SC) parece casi viable.

Estos supercaps de 3F y 2.5V están disponibles desde Digikey por $ 1.86 / 10 y por debajo de 85 centavos en volumen de fabricación. Precios

Para la unidad 3F, 2.7V, la tasa de descarga aceptable de 1 segundo a 1/2 Vrated es 3.3A. La resistencia interna es inferior a 80 miliohms, lo que permite una caída de aproximadamente 0.25 V debido a ESR a 3A.

Dos en serie dan 1.5F y 5.4V Vmax. 3 en serie proporciona 1 Faradio, 8.1V Vmax, misma descarga de 3A y 0.75V de caída debido a ESR a 3A.

Esto funcionaría bien para sobretensiones en décimas de segundo rango. Para el caso de mosto especificado 3A, se requieren 5 segundos, tal vez 15 Faradios.

La misma familia 10F, 2.7V $ 3/10, 26 milliohm se ve bien. 10A descarga permitida. Dos en serie que caen de 5.4 a 5 voltios a 3A dan

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

Llegar allí.

(2) SI la caída provoca un reinicio del sistema, etc., y uno desea evitar esto (como generalmente hace :-)), una solución a menudo útil es proporcionar un suministro secundario para la electrónica con tapa que los mantenga durante el período de deserción.

Por ejemplo, la electrónica necesita decir 50 mA. Tiempo de espera deseado = digamos 3 segundos (!). Caída aceptable = 2V, por ejemplo.
Desde arriba

• C = I x T / V = ​​0.05 x 3/2
  = 0.075 Farad
  = 75,000 uF
  = 75 mF (milliFarad)

Esto es grande para la mayoría de los estándares pero factible. Un supercap de 100.000 uF es razonablemente pequeño. Aquí el atraco de 3 segundos es "el asesino". Para un abandono más típico de 0.2S, el límite requerido es

75,000 uF x 0.2 / 3 = 5000 uF = muy factible.

(3) Una pequeña batería de retención para la electrónica puede ser útil por razones obvias.

(4) Convertidor Boost: en un diseño comercial donde se usaron 4 baterías no recargables de C, para proporcionar 5V, 3V3 y batería de accionamiento del motor (controlador del equipo de ejercicio) Vbattery se puso muy por debajo de los 5V necesarios durante el final de la vida útil de la batería y mucho mucho más abajo cuando funcionan los motores. (El diseño principal no era mío). Agregué un convertidor de refuerzo basado en un paquete de inversor Schmitt CMOS hexagonal 74C14 para proporcionar 5V a la electrónica en todo momento más 3V3 regulados al microcontrolador. Corriente de reposo del convertidor boost y 2 x LDO regs y electroncs por debajo de 100 uA.

E&OE: puede haber algo en el lado equivocado en algún lugar, hecho fácilmente. Si es así, alguien me lo contará :-).

ADICIONAL:

Consulta: Se ha sugerido (bastante comprensiblemente) que

• No estoy seguro de que esté respondiendo la pregunta principal de los usuarios.

  Para evitar sobrecargar una fuente de alimentación, no parece factible.

  No es un caso de corte de la fuente de alimentación, es un caso de querer permitir una mayor corriente durante períodos cortos (del orden de 5 o más segundos).

  Esto parece un caso de necesitar otra fuente de alimentación

Respuesta

Yo creo que me estoy dirigiendo a la pregunta por completo, como se pidió, pero también me dirijo a lo que creo que es susceptible de ser la pregunta más grande también.

En consecuencia, parece haber tangentes y material irrelevante aquí.
He abordado los puntos no formulados, así como los puntos solicitados, basados ​​tanto en mis propias experiencias en aplicaciones muy análogas como en expectativas generales.

Los problemas son

• "¿Qué pasa si la demanda excede la oferta" y

• "¿Qué pasa si la oferta cae por debajo de la demanda".

Estos son uno y lo mismo en la práctica, pero pueden tener diferentes causas.

Tenga en cuenta que mi respuesta (1) dice específicamente

• "Por sobrecorriente de amperio"

y su pregunta era

• "... pero hay casos (cuando todos los servos se cargan repentinamente) cuando creo que el consumo de energía excederá los 2A por un corto período de tiempo.

es decir, lidiar con la sobrecorriente es exactamente lo que está preguntando.
PERO la sobrecorriente es causada por una sobrecarga y, cuando se ve el "costo" de tratar de lidiar con la sobrecorriente (0.5 topes de Farad o lo que sea), entonces la perspectiva bien puede pasar a "qué podemos hacer para superar esta sobrecarga de manera diferente". La siguiente "solución" más obvia es aceptar el impacto en el rendimiento del motor, dejar caer el riel de suministro PERO mantener un suministro local para mantener la electrónica en su sano juicio. Otra solución a la que no me molesté en direccionar es eliminar el sistema deloa, por ejemplo, disminuyendo la velocidad de los servos cuando todos están encendidos a la vez. Si esto es aceptable depende de la aplicación.

La razón por la que podemos TRATAR para abordar la situación de sobrecorriente a corto plazo es que el suministro tiene capacidad libre la mayor parte del tiempo y esto se usa para cargar los límites antes del evento de sobretensión. Las tapas no fabrican mágicamente corriente extra, solo ahorran corriente de repuesto para un día lluvioso.

Para suministrar corriente, el condensador DEBE perder voltaje, así que también especifico el límite aceptable para eso. Creo que descubrirá que si considera sus requisitos en números y luego los conecta a mis fórmulas, su pregunta se responderá.

Re en la publicación geometrikal.

• Pero no es un caso de 6V * 3A * 5s. Necesita suficiente capacitancia para evitar que la salida se hunda lo suficiente como para hacer que la salida de la fuente de alimentación necesite alojar más corriente. Realmente no va a suceder en el buen sentido.

Lo que sucede depende mucho de las características originales del suministro.
Imagine que se está utilizando un LM350. Hoja de datos aquí . Esto es esencialmente un LM317 con esteroides. Bueno para aproximadamente 3A en la mayoría de las condiciones y 4.5a EN MUCHOS, terminando en la aplicación. 3A garantizado. La figura 2 muestra que es bueno para 4.5A para un diferencial Vin-Vout de 5 a 15V dependiendoen otros temas Se puede ejecutar cerca de su límite actual con una buena regulación. Si se ejecuta a 3A y la caída no es demasiado alta y está bien caliente, no estará caliente y se proporcionarán picos intermitentes de 4.5A. Haga esto con demasiada frecuencia y la temperatura aumentará y los higos 1,4,5 y algunas cosas no mostradas afectarán su comportamiento. Primero, Vout comenzará a caer en picos y un condensador en la salida lo ayudará a servir la carga. El aumento de drOop y los picos más largos y el capacitor serán llamados a hacer más. Si el CI decidió cortar completamente por un momento (lo cual es poco probable que lo haga) siempre que T x I / C no exceda la caída de voltaje, lo cual es aceptable, el capacitor hará todo el trabajo. Restaure Iout a 3A y el condensador se recargará hasta la próxima vez.

Resulta que hay varios productos que hacen esto para receptores RC. Por lo general, se especifican para eliminar caídas de tensión o subtensiones debido a condiciones de alta corriente, como un bloqueo de servo por un corto período de tiempo.

Esta es una unidad representativa. El vendedor lleva varias variaciones con diferentes capacidades de almacenamiento.

El conjunto de capacidad TURNIGY ayuda a evitar que los "apagones" reinicien su Rx si su servoamplificador tiene picos de extracción o si tiene una falla de Rx. También ayudará a reducir la carga en su ESC BEC y reducirá la probabilidad de fallas. Simplemente conéctelo a cualquier canal libre en su receptor.

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

Encontré esta hoja para calcular la caída de voltaje Sur es teórica pero da una buena idea:

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