Por que os acionamentos de motor têm vários capacitores de barramento de capacitância de pequeno valor em vez de um único capacitor de barramento de grande valor?

Todos os controladores profissionais de motores DC, BLDC ou PMSM que eu vi ( Sevcon , etc.) possuem um grande número de capacitores de barramento CC conectados em paralelo. Suas capacitâncias variam em torno de 100 µF - 220 µF. Um único capacitor de grande valor, como 4700 µF ou 10000 µF, não seria mais conveniente?

É por causa da grande corrente de surto sempre que esses controladores são conectados a baterias ou outras fontes de energia de alta corrente?

Certamente, ter capacitância suficiente é um parâmetro. Mas os capacitores têm resistência em série, o que limita a quantidade de corrente de pico que pode ser extraída de um capacitor. Os capacitores também têm indutância em série, o que limita a rapidez com que você pode obter o pico de corrente. Ter vários capacitores menores em paralelo reduz a resistência e a indutância em série.

Maior capacidade de corrente de ondulação, menor VHS e, às vezes, melhor fator de forma (por exemplo, menor) para caber em um local conveniente no gabinete são razões prováveis.

Mais área de superfície do capacitor significa mais capacidade de dissipação de energia, todas as outras coisas sendo iguais.

Outras respostas já mencionaram os principais fatores que determinam essa escolha: menor VHS total, menor indutância total, melhor capacidade de manipulação de calor, etc.

Vou acrescentar mais um aspecto que foi negligenciado: confiabilidade .

Se você tiver apenas um capacitor grande, uma vez que ele falhar, você ficará com um sistema não funcional. Além disso, uma tampa maior pode causar mais danos aos componentes próximos se falhar espetacularmente.

Ter vários limites em paralelo ajuda a atenuar os efeitos que você tem quando um limite falha, pois os outros ainda estarão lá. Você pode até projetar o sistema com redundância em mente, ou seja, adicionar mais limites do que o mínimo necessário, dadas as outras restrições.

Também há problemas com resistência a vibrações (isso é particularmente relevante ao lidar com grandes motores). Um único capacitor grande pode ser sobrecarregado mecanicamente com mais força quando sujeito a vibrações. A grande massa da tampa pode ressonar mecanicamente e exercer uma tensão maior em seus terminais ou pontos de montagem, levando à falha mecânica da própria tampa ou do PCB ao qual está conectada.

Capacitores menores, por terem menos massa, menos inércia, experimentam e causam menos estresse mecânico devido a vibrações ou choques. Portanto, também é mais fácil (e mais barato) projetar alívio de tensão apropriado para evitar tensões mecânicas e choques que causam problemas.

Os capacitores ajudam a filtrar e dissociar o ruído. Mas cada valor único do capacitor é bom apenas em uma frequência específica. Possui menos ESR (maior capacidade de atenuar ruídos). O uso de uma faixa de valores fornece uma boa capacidade de filtragem em uma ampla faixa de frequência.

Aquecimento reduzido devido a ESR . À medida que as correntes de ondulação fluem pelos capacitores de um lado para o outro, o ESR se opõe ao fluxo de corrente (semelhante ao resistor). Quanto maior a ESR significa maior dissipação de energia (como calor). Isso aumenta efetivamente a temperatura dos capacitores. Quanto mais alta a temperatura, menor a capacitância que eles podem fornecer. Portanto, um baixo ESR na faixa de múltiplas frequências é um parâmetro desejado que pode ser efetivamente recebido combinando vários capacitores que um único capacitor de inseto.

Isso também pode ser uma coisa de otimização da produção. Se um produto já usa capacitores de 220uF, usá-los em vez de 4700uF adicionais pode fazer sentido (embora a substituição de uma tampa por 20 pareça um pouco extremada). É provável que uma tampa de 4700uF seja orifício passante e, se for o único componente de orifício passante em um produto, você salva uma etapa inteira da fabricação, se puder evitá-lo. Mesmo que não seja, seu estoque se torna mais fácil de gerenciar, porque há menos tipos de peças a serem solicitados e você reduz o risco de reprojetar um produto, porque esse modelo de capacitor fica fora de produção.

Um único capacitor personalizado otimizado para as necessidades dessa unidade provavelmente teria algumas vantagens, se esse fosse o único produto que você estava construindo. Mas se você construir dezenas de unidades diferentes, como todos os fabricantes de unidades, você deseja otimizar a cadeia de suprimentos em toda a linha de produtos . Isso significa padronizar o mínimo possível de componentes e usá-los em várias combinações para obter as classificações de tensão e capacitância necessárias.

Esse modelo precisa de dois limites em paralelo, outro precisa de dois em série, outro precisa de quatro, outro precisa de vinte, mas você ainda precisa estocar uma parte . Você obtém economias de escala na compra, menor probabilidade de ficar sem uma peça necessária e menores custos de estoque em geral. Pontos de bônus se for a mesma parte que uma dúzia de outros fabricantes de unidades estão usando, pois provavelmente estão criando exatamente os mesmos tamanhos de chassi de unidade que você.

Agora, se pudéssemos fazer com que a indústria de magnética de potência funcionasse dessa maneira ...

Eu acho que é a melhor opção para o fabricante. Afinal, o que custar menos, acho que será a opção preferida.