Uso de condensadores cargados de bajo voltaje para alimentar componentes integrados

  

Sé que los capacitores tienen tasas de carga y descarga bien definidas.

Sí. Esa tasa es:

$$ V (t) = \ frac {Q (t)} {C} = \ frac {1} {C} \ int_ {t_0} ^ t I (\ tau) \ mathrm {d} \ tau + V (t_0) $$

En términos prácticos, esto significa que el condensador se descargará de acuerdo con la corriente que la carga extrae de él, en una tasa definida por la capacitancia C . La mayoría de los libros de texto van desde allí al habitual caso especial del circuito RC:

$$ V (t) = V_0 \ left (1 - e ^ {- \ frac {t} {\ tau_0}} \ right) $$

Pero este no refleja un circuito de corriente constante como el que usted describe. Para su circuito, tendría que hacer V (t0) = 4 V y I (τ) = -0.0005 A y usar la primera ecuación para averiguar cuándo obtendría 2V de salida. Esto resultará ser una línea recta hacia abajo . La rapidez con la que bajará dependerá de C .

Otro punto importante es que la mayoría de los capacitores tienen una fuga intrínseca que los descargará incluso cuando no estén siendo utilizado. Este es un factor importante para las aplicaciones de bajo consumo.

La corriente que se toma del capacitor solo será la corriente que necesita la carga. Es la ley de ohmios. Si el condensador está cargado a (digamos) 3 voltios y la carga normalmente toma 1 mA a 3 voltios (3000 ohmios), entonces es lo mismo cuando se conecta esa carga de 3000 ohmios a través de un condensador cargado. El condensador no emite mágicamente varios amperios el segundo en que algo se acerca. Considérelo como una batería con una curva de descarga de voltaje muy definida.

Considere también que podría obtener más vida si usa un regulador de voltaje y carga un voltaje significativamente más alto en el condensador que alimenta el regulador de voltaje. Use un regulador de baja potencia para una vida aún mayor entre cargas. ¡Haz los cálculos!

Tal vez este regulador de dólar: -

Funcionaráconunvoltajedeentradatanbajocomo2,5voltiosyhasta15voltioseintroduciráunapérdidadepotenciadeaproximadamente0,33mW.Dadoquelacargaesdeaproximadamente1mW,laspérdidasparecenserbastantealtas,perosielcondensadorestácargadoparadecir12voltios,creoquehaygananciassignificativas.

Sitieneunasupercapadadefaradio1cargadaa12voltios,puedecalculareltiempodedescargaenfuncióndeQ=CV.

\$\dfrac{dQ}{dt}=C\dfrac{dV}{dt}\$yestoesigualaactual.

Entonces,conunacorrientegeneralde1mA,dv/dt=0.001(lacapacitanciaes1faradio).Lasdescargasdevoltajeaunavelocidaddeaproximadamente1mVporsegundo.Enunahora,los12voltioshabráncaídoen3,600mVa8,4voltios.Despuésdedoshoras(ignorandoelhechodequelacorrientesereduciráinevitablementeamásde0.75mA),elvoltajeseráde4.8voltios.Otros30minutosyelvoltajedelterminalesde3voltios.

Porlotanto,demaneraconservadora,deberíaobtenerunasombrademásde2,5horasconunasupercapillade1faradiocargadaa12voltios.

Dadoelbajorequerimientodecorriente,tambiéndeberíafuncionarconunreguladorLDOlinealcomoelLT1761-2(versiónde2voltios):-

Hay una versión de salida fija de 2 voltios que funcionará hasta un voltaje de entrada de 2.5 voltios. La corriente de reposo del dispositivo es de 20 uA, por lo que se ve ideal para lo que usted desea. El voltaje de entrada máximo es de 20 voltios, pero si utilizamos el límite de 12 voltios como se usó anteriormente, la corriente de descarga total es de 520 uA y no el supuesto de 1 mA. Esto casi duplica el tiempo de descarga de un supercap de 1 faradio cargado a 12 voltios.

Sin embargo, encontrar un supercap de 12 voltios va a ser problemático y parece más probable que uno clasificado a 5.5 voltios. 1 faradio cargado a 5 voltios descargados con 0,52 mA reducirá su voltaje terminal en 0,52 mV cada segundo. Entonces, en una hora la reducción total será de 1.872 voltios, reduciendo los 5 voltios a aproximadamente 3.1 voltios.

Probablemente lograría 1.5 horas usando un regulador de voltaje LDO lineal de baja potencia (como el LT1761-2) y una supercapada de faradio de 5.5 voltios 1.