Uso simples de capacitor para tamponar uma bateria?

Eu tenho uma aplicação simples em que uma fonte de alimentação de 6V, 2A DC está acionando 4 servos de nível hobby. Na maioria dos casos, isso é adequado, mas há casos (quando todos os servos são carregados repentinamente) quando penso que o consumo de energia excederá 2A por um curto período de tempo.

Foi-me sugerido que eu usasse um capacitor entre minha fonte de energia e os servos para lidar com esse tipo de carga transitória. Infelizmente, o sugeridor não sabia como isso seria realmente implementado. Eu tentei a Universidade do Google, mas a maioria veio com vídeos de capacitores gigantes sendo usados ​​para explodir drasticamente as coisas.

Alguém poderia me apontar na direção certa ou me dar um exemplo simples de como eu faria isso. É tão simples quanto conectar um capacitor ao cabo positivo?

Quais cálculos devo fazer para determinar o tamanho apropriado do capactitor? Por exemplo, se eu quisesse manter um pico de 3A por 5 segundos.

Resumo do subconjunto:

I = excesso de corrente a ser fornecida.
T = tempo para fornecer essa corrente extra.
V = queda aceitável na tensão durante esse período.

C = capacitância em Farad para atender a esse requisito.
Então:

• C = I x T / V

Em teoria, e perto o suficiente para ser útil em aplicações reais:

• Um Farad diminuirá a voltagem em um volt em um segundo com uma carga de 1 Ampere.

  Escale conforme necessário.

Os resultados não são animadores :-(.

(1) Fornecer um capacitor para fazer tudo

Para sobrecorrente de ampere, queda de voltagem V ao longo do tempo T segundos (ou parte dele) O capacitor C necessário é, como acima)

• C = I x T / V <- limite para determinado VIT

  isto é, mais corrente requer mais capacitância.
  Mais tempo de espera requer maior capacitância.
  Inclinação de tensão mais aceitável = menos capacitância.

ou inclinação dado CIT é, simplesmente reorganizando

• Vdroop - (T x I) / C

ou o tempo que um Cap C aguentará dado CIV, simplesmente reorganizando =

• Tempo = T = V x C / I

Por exemplo, para sobrecarga de 1 amp por 1 segundo e inclinação de 2 volts

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

As supercaps podem economizar, desde que seja possível suportar a corrente de pico necessária.

SOLUÇÃO SUPERCAP

Uma solução Supercap (SC) parece quase viável.

Essas supercaps de 3F e 2,5V estão disponíveis no estoque da Digikey por US $ 1,86 / 10 e menos de 85 centavos em volume de fabricação. Preços

Para a unidade 3F, 2,7V, a taxa de descarga aceitável de 1 segundo a 1/2 Vrated é de 3,3A. A resistência interna é inferior a 80 miliohms, permitindo uma queda de cerca de 0,25V devido à ESR em 3A.

Dois em série fornecem 1.5F e 5.4V Vmax. 3 em série fornece 1 Farad, 8,1V Vmáx, a mesma descarga de 3A e queda de 0,75V devido à ESR em 3A.

Isso funcionaria bem para surtos nos décimos de um segundo intervalo. Para o caso de mosto especificado 3A, é necessário um requisito de 5 segundos, talvez 15 Farad.

A mesma família 10F, 2,7V $ 3/10, 26 milliohm parece ser boa. 10A permitiu descarga. Dois em série, caindo de 5,4 a 5 volts em 3A,

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

Chegando la.

(2) SE a queda causar reinicialização do sistema, etc., e se desejar evitar isso (como normalmente ocorre :-)), uma solução frequentemente útil é fornecer um sub-suprimento para os eletrônicos com tampa que os sustentem durante o período de abandono.

por exemplo, os eletrônicos precisam dizer 50 mA. Tempo de espera desejado = diga 3 segundos (!). Inclinação aceitável = 2V, digamos.
De cima

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

Isso é grande para a maioria dos padrões, mas factível. Uma supercap de 100.000 uF é razoavelmente pequena. Aqui o assalto de 3 segundos é "o assassino". Para uma saída mais típica, digamos, 0.2S, o limite necessário é

75.000 uF x 0,2 / 3 = 5000 uF = muito factível.

(3) Uma pequena bateria de reserva para a eletrônica pode ser útil por razões óbvias.

(4) Conversor de impulso: em um design comercial em que baterias não recarregáveis ​​de 4 x C foram usadas, para fornecer bateria de 5V, 3V3 e unidade de acionamento do motor (controlador de equipamento de exercícios), fim da vida útil A Vbattery ficou bem abaixo dos 5V necessários durante o final da vida útil da bateria e muito muito abaixo quando os motores operavam. (O design principal não era meu). Adicionei um conversor de impulso baseado em um inversor 74C14 hex Schmitt CMOS para fornecer 5V à eletrônica o tempo todo, mais 3V3 regulado ao microcontrolador. Corrente de repouso do conversor de impulso e 2 x LDO regs e elétrons abaixo de 100 uA.

E&OE - pode ter algo do lado errado em algum lugar, fácil de fazer. Se assim for, alguém vai me falar sobre isso :-).

ADICIONADO:

Consulta: Foi (compreensivelmente) sugerido que

• Não sei se você está respondendo à pergunta principal do usuário.

  Parar de sobrecarregar uma fonte de alimentação não parece viável.

  Não se trata de um corte na fonte de alimentação, é um desejo de permitir uma corrente mais alta por curtos períodos (da ordem de 5 ou mais segundos).

  Parece um caso de precisar de outra fonte de alimentação

Resposta

Eu acredito que estou abordando a questão completamente, como solicitado, mas também estou abordando o que eu acredito é susceptível de ser a maior questão também.

Consequentemente, parece haver tangentes e material irrelevante aqui.
Eu lidei com pontos não solicitados e também com perguntas feitas com base em minhas próprias experiências em aplicações intimamente análogas e também em expectativas gerais.

Os problemas são

• "E se a demanda exceder a oferta" e

• "E se a oferta cair abaixo da demanda".

Estes são os mesmos na prática, mas podem ter causas diferentes.

Observe que minha resposta (1) diz especificamente

• "Por excesso de corrente de ampere"

e sua pergunta foi

• "... mas há casos (quando todos os servos são carregados de repente) quando penso que o consumo de energia excederá 2A por um curto período de tempo.

ou seja, lidar com sobrecorrente é exatamente o que ele está perguntando.
MAS a sobrecorrente é causada pela sobrecarga e, quando o "custo" de tentar lidar com a sobrecorrente é visto (0,5 Farad caps ou o que for), a perspectiva pode se voltar para "o que podemos fazer para superar essa sobrecarga de maneira diferente". A próxima "solução" mais óbvia é aceitar o impacto no desempenho do motor, deixar o trilho de suprimento cair, mas manter um suprimento local para manter a eectronics sã. Outra solução que eu não me incomodei em abordar é o deloa do sistema, por exemplo, diminuindo as taxas de servo quando todos estão ligados ao mesmo tempo. Se isso é aceitável depende do aplicativo.

A razão pela qual podemos tentar resolver a situação de sobrecorrente de curto prazo é que o suprimento tem capacidade sobressalente na maior parte do tempo e isso é usado para carregar os limites antes do evento de surto. As tampas não fabricam magicamente corrente extra, apenas economizam corrente sobressalente por um dia.

Para fornecer corrente, o capacitor DEVE perder tensão, então eu especifique o limite aceitável para isso também. Acho que você descobrirá que, se você preencher os requisitos dele em números e depois conectá-los às minhas fórmulas, a pergunta dele será respondida.

Re no post geometrikal.

• Mas não é um caso de 6V * 3A * 5s. Você precisa de capacitância suficiente para impedir que a saída fique baixa o suficiente para fazer com que a saída da fonte de alimentação precise hospedar mais corrente. Realmente não vai acontecer de uma maneira boa.

O que acontece depende muito das características originais do suprimento.
Imagine um LM350 sendo usado. Folha de dados aqui . Este é essencialmente um LM317 em esteróides. Bom para cerca de 3A na maioria das condições e 4,5a EM MUITOS, com final profundo na aplicação. 3A garantido. A Figura 2 mostra que é bom para 4.5A para um diferencial de Vin-Vout de 5 a 15V, dependendoem outras questões. Pode ser executado perto do limite atual com uma boa regulamentação. Se estiver sendo executado em 3A e se a queda não for muito alta e estiver bem quente, não será quente e serão fornecidos picos intermitentes de 4,5A. Faça isso com muita frequência e a temperatura aumentará e as figuras 1,4,5 e algumas coisas não mostradas afetarão o comportamento dela. Primeiro, o Vout começará a cair em picos e um capacitor na saída o ajudará a atender a carga. O aumento do gotejamento e picos mais longos e o capacitor serão solicitados a fazer mais. Se o CI decidir cortar completamente por um momento (o que é improvável que isso aconteça), enquanto Tx I / C não exceder a queda de tensão aceitável, o capacitor fará todo o trabalho. Restaure Iout para 3A e o capacitor será recarregado até a próxima vez.

Acontece que existem vários produtos que fazem isso para receptores RC. Eles são tipicamente especificados para eliminar quedas de tensão ou subtensões devido a condições de alta corrente, como bloqueio de servo por um curto período de tempo.

Esta é uma unidade representativa. O fornecedor carrega várias variações com diferentes capacidades de armazenamento.

O conjunto de capacidade do TURNIGY ajuda a evitar que os "blecautes" redefinam o seu Rx se o seu servo amplificador aumentar ou se você tiver uma falha no Rx. Isso também ajudará a reduzir a carga nos ESCs BEC e reduzir a probabilidade de falhas. Basta conectá-lo a qualquer canal sobressalente do seu 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

Encontrei esta folha para calcular a queda de tensão Sur, é teórica, mas dá uma boa idéia:

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