Si tengo una fuente de alimentación que puede suministrar 5A @ 12V y necesito poder suministrar una carga inductiva con 20 + A @ 12V, ¿cómo puedo hacer esto?
Necesito una ráfaga de corriente durante unos 2-5 segundos.
¿Lo harán un banco de condensadores y un relé de alta corriente?
¿Lo harán un banco de condensadores y un relé de alta corriente?
Ignorar la carga inductiva por el momento ya que plantea una pregunta completamente diferente, simplemente suponiendo que necesita suministrar 20A a 12V durante 5 segundos, la energía requerida es:
$$ 12V \ cdot 20A \ cdot 5s = 1200J $$
Hagamos un cálculo rápido para tener una idea del tamaño del banco de condensadores para entregar esta energía en 5 segundos.
Diga que tiene un banco de condensadores cargado a 12V y desea suministrar 1200J de energía. Comprenda que, a medida que el banco de capacitores se descarga, el voltaje a través debe disminuir. Entonces, por ejemplo, suponga que el voltaje del capacitor disminuirá de 12V a 11V durante la descarga. La ecuación para la capacitancia requerida es:
$$ \ dfrac {C} {2} (12 ^ 2 - 11 ^ 2) V ^ 2 = 1200J \ rightarrow C = 104F $$
Esa es una capacitancia enorme pero hay ultracapacitores disponibles que cumplen con los requisitos.
Por ejemplo, dos de estos en paralelo arroja 116F @ 16V pero le costará alrededor de $ 300. Estoy bastante seguro de que podría encontrar una fuente de alimentación que pueda entregar el 20A a 12V por mucho menos que eso.
Creo que Alfred Centauri tiene la conclusión correcta: simplemente obtener una fuente de alimentación mejor adaptada es la opción más económica. Sin embargo, no sé que los cálculos cuentan toda la historia. De hecho, lo más sencillo es lanzar algunos condensadores en paralelo con la fuente de alimentación:
Y es cierto, su carga transitoria de 20A a 12V durante 5s requiere 1200J de energía. Y, si C1 = 104F, entonces puede obtener ese 1200J descargándolos de 12V a 11V. Sin embargo, esto pasa por alto algunas cosas:
El problema es que para obtener la energía almacenada restante en los condensadores, es necesario descargarlos por debajo de 11V. Su carga, que requiere 12V, no estará feliz.
Afortunadamente, hay una solución: un boost converter . Esto le permite aumentar cualquier voltaje a cualquier otro voltaje, a costa de extraer más corriente de la fuente (de lo contrario, la energía no se conservaría). En nuestro caso particular, nos permitiría obtener toda la energía almacenada en el condensador, descargándolo por completo, y suministrando una constante de 12V.
Entonces, si asumimos (para simplificar) que tenemos componentes ideales disponibles, solo necesitamos encontrar condensadores que puedan almacenar 1200J de energía, menos los 300J que la fuente de alimentación puede entregar. Podríamos hacer eso con una pequeña capacitancia cargada a un alto voltaje, o una gran capacitancia cargada a un bajo voltaje, pero para mantener nuestro circuito de carga simple, digamos que vamos a cargar los capacitores a 12V. ¿Cuánta capacitancia necesitamos?
$$ \ require {cancel} \ begin {align} 1200J - 300J & = \ frac {1} {2} C (12V) ^ 2 \\ 900J & = \ frac {1} {2} C \ cdot 144V ^ 2 \\ \ frac {900J \ cdot 2} {144V ^ 2} & = C \\ \ frac {1800 \ cancel {V} As} {144 \ cancel {V} V} & = C \\ 12.5F & = C \ end {align} $$
Esto sigue siendo un condensador realmente grande. Y, dado que asumimos los componentes ideales, necesitaremos más almacenamiento de energía para tener en cuenta las pérdidas. Y, una fuente de alimentación más grande sigue siendo más barata que un condensador de 13 V, 12 V y un convertidor elevador. Y, una PSU más grande es más simple, más fácil de diseñar y probablemente más confiable. Por lo tanto, esto realmente solo sería una opción viable si usted no pudiera obtener una PSU más grande, como si su energía provenga de un recurso limitado, como paneles solares, etc.
Otra opción sería usar una batería, en lugar de un condensador. Hay muchos tipos de baterías que podrían ser adecuadas: el plomo-ácido es asequible pero voluminoso, el Li-ion tiene una mayor densidad de energía pero un costo y una complejidad considerablemente mayores en la electrónica de control. Pero aún así, si puedes obtener una PSU más grande, esa es la opción más económica.
Para simplificar en exceso las otras respuestas: la energía proviene en última instancia del tomacorriente de pared, que puede suministrar mucha más energía que los ~ 240 vatios que necesita en impulsos. (Un calentador de espacio es de 1500 vatios). Use un regulador de voltaje que pueda pasarlo desde la pared a la carga según se requiera, en lugar de acumular tanta energía en un capacitor o batería. No hay necesidad de suavizar la carga en el tomacorriente de pared con un gigantesco almacenamiento de energía local, a menos que esté preocupado por operar a través de apagones o sobrecargar cables muy viejos.
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