Penggunaan kapasitor sederhana untuk buffering baterai?

Saya memiliki aplikasi sederhana di mana catu daya DC 6V, 2A mengendarai 4 servos kelas wahid. Dalam kebanyakan kasus ini memadai, tetapi ada beberapa kasus (ketika semua servos tiba-tiba dimuat) ketika saya pikir daya menarik akan melebihi 2A untuk periode waktu yang singkat.

Disarankan kepada saya bahwa saya harus menggunakan kapasitor antara sumber daya saya dan servos untuk menangani beban transien semacam ini. Sayangnya penasehat tidak tahu bagaimana ini akan benar-benar dilaksanakan. Saya mencoba Universitas Google, tetapi sebagian besar muncul dengan video kapasitor raksasa yang digunakan untuk meledakkan sesuatu secara dramatis.

Dapatkah seseorang mengarahkan saya ke arah yang benar, atau memberi saya contoh rangkaian sederhana tentang bagaimana saya akan melakukan ini. Apakah sesederhana kabel kapasitor ke ujung positif?

Perhitungan apa yang harus saya buat untuk menentukan ukuran kapasitor yang sesuai? Misalnya, jika saya ingin mempertahankan puncak 3A selama 5 detik.

Ringkasan subset:

I = kelebihan arus yang harus disediakan.
T = waktu untuk menyediakan arus ekstra ini.
V = penurunan tegangan yang dapat diterima selama periode ini.

C = kapasitansi dalam Farad untuk memenuhi persyaratan ini.
Kemudian:

• C = I x T / V

Secara teori, dan cukup dekat untuk berguna dalam aplikasi nyata:

• Satu Farad akan jatuh tegangan satu volt dalam satu detik dengan beban 1 Ampere.

  Skala sesuai kebutuhan.

Hasilnya tidak menggembirakan :-(.

(1) Menyediakan kapasitor untuk melakukan segalanya

Untuk arus lebih dari I ampere, terkulai V volt dari waktu ke waktu T detik (atau bagiannya) Kapasitor C yang diperlukan adalah, seperti di atas)

• C = I x T / V <- Cap untuk VIT yang diberikan

  yaitu lebih banyak arus membutuhkan lebih banyak kapasitansi.
  Lebih banyak waktu penahanan membutuhkan kapasitansi yang lebih besar.
  Tegangan droop yang lebih dapat diterima = kapasitansi lebih kecil

atau terkulai diberikan CIT, cukup menata ulang

• Vdroop - (T x I) / C

atau waktu Cap C akan menahan diberikan CIV, cukup mengatur ulang =

• Waktu = T = V x C / I

Jadi misal untuk kelebihan 1 amp selama 1 detik dan 2 volt terkulai

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

Supercaps dapat menyelamatkan Anda selama arus puncak yang dibutuhkan dapat didukung.

SOLUSI SUPERCAP

Solusi Supercap (SC) terlihat hampir layak.

Ini 3F, 2.5V supercaps adalah availale ex saham dari Digikey untuk $ 1,86 / 10 dan di bawah 85 sen dalam pembuatan volume. Harga

Untuk unit 3F, 2.7V, laju debit 1 detik yang dapat diterima hingga 1/2 Vrated adalah 3.3A. Resistansi internal di bawah 80 miliohm memungkinkan penurunan 0,25V karena ESR pada 3A.

Two in series memberikan 1.5F dan 5.4V Vmax. 3 dalam seri menghasilkan 1 Farad, 8.1V Vmax, debit 3A yang sama dan penurunan 0.75V karena ESR pada 3A.

Ini akan bekerja dengan baik untuk lonjakan dalam sepersepuluh dari rentang kedua. Untuk Wort case 3A yang ditentukan, persyaratan 5 detik mungkin 15 Farad diperlukan.

Keluarga 10F yang sama, 2,7V $ 3/10, 26 miliohm terlihat bagus. 10A debit yang diizinkan. Dua seri terkulai dari 5,4 hingga 5 volt pada 3A memberi

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

Hampir disana.

(2) JIKA droop menyebabkan reset sistem dll dan orang ingin menghindari ini (seperti biasanya :-)) solusi yang sering berguna adalah menyediakan sub persediaan untuk elektronik dengan penutup yang menahannya selama periode putus.

misalnya elektronik perlu katakan 50 mA. Waktu penahanan yang diinginkan = katakan 3 detik (!). Droop yang dapat diterima = 2V katakan.
Dari atas

• C = I x T / V = ​​0,05 x 3/2
  = 0,075 Farad
  = 75,000 uF
  = 75 mF (miliFarad)

Ini besar menurut sebagian besar standar tetapi bisa dilakukan. Supercap 100.000 uF cukup kecil. Di sini perampokan 3 detik adalah "si pembunuh". Untuk mengatakan dropout 0,2S yang lebih umum, tutup yang diperlukan adalah

75.000 uF x 0,2 / 3 = 5000 uF = sangat bisa dilakukan.

(3) Baterai holdup kecil untuk elektronik dapat berguna karena alasan yang jelas.

(4) Boost converter: Dalam desain komersial di mana 4 x C baterai yang tidak dapat diisi ulang digunakan, untuk menyediakan baterai 5V, 3V3 dan drive motor (pengontrol peralatan olahraga) akhir masa pakai, Vbattery berada jauh di bawah 5V yang dibutuhkan selama masa pakai baterai dan banyak jauh di bawah ketika motor dioperasikan. (Desain utama bukan milikku). Saya menambahkan boost converter berdasarkan paket inverter hexitt CMIT 74C14 hex untuk memberikan 5V ke elektronik setiap saat ditambah 3V3 yang diatur ke mikrokontroler. Arus diam dari boost converter dan 2 x LDO regs dan elektroncs di bawah 100 uA.

E&OE - mungkin ada sesuatu yang salah di suatu tempat di sana, mudah dilakukan. Jika demikian, seseorang akan memberi tahu saya tentang hal itu :-).

TAMBAH:

Pertanyaan: Telah (cukup dimengerti) menyarankan itu

• Saya tidak yakin Anda menjawab pertanyaan utama pengguna.

  Untuk berhenti membebani catu daya secara berlebihan, itu tampaknya tidak layak.

  Ini bukan kasus pemutusan pasokan listrik, ini adalah kasus yang ingin memungkinkan arus yang lebih tinggi untuk periode singkat (pada urutan 5 detik atau lebih).

  Sepertinya ini membutuhkan catu daya lain

Tanggapan

Saya percaya bahwa saya menjawab pertanyaan sepenuhnya, seperti yang ditanyakan, TETAPI saya juga menjawab apa yang saya yakini dapat menjadi pertanyaan yang lebih besar juga.

Akibatnya, tampaknya ada garis singgung dan materi yang tidak relevan di sini.
Saya telah membahas poin yang tidak diminta serta poin yang diminta berdasarkan pada pengalaman saya sendiri dalam aplikasi analog yang erat dan juga pada harapan umum.

Masalahnya adalah

• "Bagaimana jika permintaan melebihi penawaran" dan

• "Bagaimana jika pasokan jatuh di bawah permintaan".

Ini adalah satu dan sama dalam praktiknya tetapi mungkin memiliki penyebab yang berbeda.

Perhatikan bahwa jawaban saya (1) secara khusus mengatakan

• "Untuk kelebihan arus I ampere"

dan pertanyaannya adalah

• "... tapi ada kasus (ketika semua servos tiba-tiba dimuat) ketika saya pikir daya menarik akan melebihi 2A untuk waktu yang singkat.

yaitu berurusan dengan arus lebih adalah apa yang dia tanyakan.
TETAPI kelebihan arus disebabkan oleh kelebihan dan, ketika "biaya" untuk mencoba mengatasi kelebihan arus terlihat (0,5 batas Farad atau apa pun) maka perspektif mungkin beralih ke "apa yang bisa kita lakukan untuk mengatasi kelebihan beban ini secara berbeda". "Solusi" paling jelas berikutnya adalah menerima pukulan pada kinerja motor, biarkan rel pasokan jatuh TETAPI mempertahankan pasokan lokal untuk menjaga eectronics tetap waras. Solusi lain yang saya tidak repot-repot mengalamatkan adalah untuk deloa sistem dengan misalnya memperlambat laju servo ketika semua aktif sekaligus. Apakah ini dapat diterima tergantung pada aplikasi.

Alasan bahwa kita dapat MENCOBA untuk mengatasi situasi arus pendek jangka pendek adalah bahwa pasokan memiliki kapasitas cadangan sebagian besar waktu dan ini digunakan untuk mengisi tutup sebelum acara lonjakan. Tutupnya tidak secara ajaib menghasilkan arus ekstra, hanya menghemat waktu luang untuk hari pertama.

Untuk memasok arus kapasitor HARUS kehilangan tegangan jadi saya menentukan batas yang dapat diterima untuk itu juga. Saya pikir Anda akan menemukan bahwa jika Anda menuliskan persyaratannya dalam angka dan kemudian memasukkannya ke dalam rumus saya bahwa pertanyaannya yang ditanyakan akan dijawab.

Kembali pada posting geometrik.

• Tetapi ini bukan kasus 6V * 3A * 5s. Anda memerlukan kapasitansi yang cukup untuk menghentikan output dari kendur yang cukup rendah untuk menyebabkan output dari catu daya perlu menampung lebih banyak arus. Ini benar-benar tidak akan terjadi dengan cara yang baik.

Apa yang terjadi sangat tergantung pada karakteristik pasokan asli.
Bayangkan sebuah LM350 sedang digunakan. Datasheet di sini . Ini pada dasarnya adalah LM317 pada steroid. Baik untuk sekitar 3A di sebagian besar kondisi dan 4,5a DALAM BANYAK, mendalam pada aplikasi. 3A dijamin. Gambar 2 menunjukkan bahwa itu baik untuk 4.5A untuk diferensial Vin-Vout dari 5 hingga 15V tergantungpada masalah lain. Itu bisa dijalankan di dekat batas saat ini dengan peraturan yang baik. Jika dijalankan pada 3A dan jika drop di atasnya tidak terlalu tinggi dan heatsunk baik itu tidak akan panas dan puncak 4.5A yang terputus-putus akan disediakan. Lakukan ini terlalu sering dan suhunya akan naik dan ara 1,4,5 dan beberapa hal yang tidak ditampilkan akan mempengaruhi bagaimana perilakunya. Pertama Vout akan mulai terkulai di puncak dan kapasitor pada output akan membantu melayani beban. Meningkatkan drOop dan puncak yang lebih lama dan kapasitor akan dipanggil untuk melakukan lebih banyak. Jika IC memutuskan untuk benar-benar berhenti sejenak (yang tidak mungkin pernah dilakukan) selama T x I / C tidak melebihi tegangan jatuh yang dapat diterima kapasitor akan melakukan seluruh pekerjaan. Kembalikan Iout ke 3A dan kapasitor akan mengisi ulang hingga waktu berikutnya.

Ternyata ada beberapa produk yang melakukan ini untuk penerima RC. Mereka biasanya ditentukan untuk menghilangkan brownout atau undervoltage karena kondisi saat ini yang tinggi seperti penguncian servo untuk waktu yang singkat.

Ini adalah unit yang representatif. Penjual membawa beberapa variasi dengan kapasitas penyimpanan yang berbeda.

Set kapasitas TURNIGY membantu mencegah "brown out" mengatur ulang Rx Anda jika servo amp draw Anda lonjakan atau Anda memiliki kesalahan Rx. Ini juga akan membantu mengurangi beban pada ESC Anda BEC dan mengurangi kemungkinan gangguan. Cukup sambungkan ke saluran cadangan di receiver Anda.

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

Saya menemukan lembar ini untuk menghitung drop tegangan Sur itu adalah teori tetapi memberikan ide yang bagus:

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