(Ultra) condensador Serie vs. Paralelo con convertidor de refuerzo (Buck-)

Bueno, a menos que se use algún tipo de equilibrador de carga, la mayoría de los tipos de dispositivos de almacenamiento de energía en serie (baterías, condensadores, etc.) se cargarán de manera desigual. Como un supercap puede tener una capacidad de +/- 10% en capacidad, imagine lo que sucede cuando se ensarta y carga en serie: el que tiene las capacidades de capacitancia del -10% primero, y el voltaje a través de él va más alto que los otros. La mayoría de las supercápsulas son bastante exigentes con el voltaje máximo, y violar esto acortará su vida. Ahora la ecualización de carga se puede hacer en un conjunto de series, como KA7OEI's blog. Hablan sobre un paquete de fosfato de litio-hierro que no se estaba cargando correctamente y cómo lo "arreglaron" utilizando un circuito de palanca para cada celda. Cualquier número de variantes podría ser empleado aquí. Por lo tanto, no importa mucho el número que se coloque en serie, cualquiera en serie está tomando un riesgo.

En cuanto al mejor tipo de convertidor, en general, un convertidor DC-DC siempre será mejor que dos, ya que siempre hay más pérdidas con más componentes. Por lo tanto, si es posible, el buck o boost son generalmente más eficientes que SEPIC u otros conversores combinados simplemente porque hay uno de ellos.

Usar los condensadores en paralelo con un convertidor elevador resolvería el problema de la ecualización y no requeriría ningún equilibrio de carga, por lo que parece la ruta más simple. A primera vista.

Tenga en cuenta que 12v * 0.75A = 9W de potencia de salida. Suponiendo una eficiencia de impulso del 90%, el consumo de corriente de los supercaps sería un mínimo de (9W + 10% = 9.9W, digamos 10W), P = EI, 10W = 2.7v * I, I = 10W / 2.7v, I = 3.7 A. Algunos supercápsulas no pueden suministrar mucha corriente, o lo hacen con poca eficiencia y mucha pérdida. Así que asegúrese de que las tapas elegidas puedan manejar mucho más que esta corriente. Cuando las tapas se descargan, su voltaje cae ... entonces la ley de Ohm dicta que para sacar 9W del regulador de refuerzo a un 10% de voltaje del capacitor (0.27v), 10W = 0.27v / I, I = 10W / 0.27v, I = 37A! Eso requerirá un buen diseño de circuito de impulso. Además, cualquier cosa que se use para cargar los límites, debe regularse para que nunca supere los 2.7v.

Ahora, 600F suena como una gran capacidad y es ... pero en términos de densidad de energía en masa, los supercaps pueden dejarte decepcionado. Si se construye, eventualmente puede decidir que una batería de plomo de 12v duraría más y costaría mucho menos. La tasa de auto descarga de dichos tapones es bastante alta, por lo que no retendrán energía durante años o incluso meses. Por supuesto, si esto es para un escenario de batería de respaldo que normalmente tiene energía y carga, entonces sería más razonable.

Cada ultracap almacenará la misma cantidad de energía. Por lo tanto, en principio no importa si están conectados en serie o en paralelo.

En la práctica, debido a las pérdidas en los convertidores de la fuente de alimentación, los umbrales de diodo y resistivos, tienden a funcionar un poco más eficientemente con un mayor voltaje y una corriente más baja. Una corriente más baja es generalmente más fácil de cablear externamente también. Para el chip controlador del mismo tamaño, podrá procesar más energía a voltajes más altos.

Por lo tanto, apile sus gorras en serie (para las cuales debe emplear algún tipo de protección contra sobretensión y tensión inversa, incluso si no llega al equilibrio de carga completo). Una vez que esté en el rango de 12v a 24v, ese es probablemente el punto óptimo para los convertidores disponibles. No subas por encima de 36v, empiezas a preocuparte por aislar altos voltajes por encima de eso. No descienda por debajo de 5v, las corrientes comienzan a subir y la eficiencia realmente cae por debajo de eso.

Para atenuar su entusiasmo por las diferentes configuraciones, recuerde que solo está hablando de algunos puntos porcentuales de eficiencia, no de diferencias de energía 2x o 5x.

¡Resulta que hago este tipo de cosas para vivir! A voltajes y corrientes mucho más altos, pero el principio es el mismo. Dejé caer varios condensadores de sus especificaciones en nuestras calculadoras para ver qué pasaría. Hay algunos datos críticos que necesitará antes de que pueda responder su pregunta.

1) ¿Cuál es el voltaje de deserción de su regulador? Si su regulador se apaga a una entrada de .1V, no hay grandes pérdidas. Pero si su regulador se apaga a 10 V, entonces tiene un número de mayúsculas por encima de eso, y la gran mayoría de la energía seguirá estando en los topes cuando deje de operar.

2) La ESR de las tapas quema parte de su energía y, a una potencia constante, la ecuación para calcular cuánto se convierte en una ecuación diferencial no lineal. (Solución aquí .) Comparando cinco en paralelo con Cinco en serie, ¡eso es un cambio de 25x en ESR! Suponiendo que un regulador 100% eficiente se reduzca a .1V, 5 de estas en paralelo le da 120 segundos de operación, y 5 en serie le da solo 20 segundos! (Suponiendo valores de final de vida). ¡La diferencia se debe casi en su totalidad a la ESR!

3) ¿Puede su regulador abrumarse y aumentar? Si solo puede aumentar, y necesita exactamente 12V (no 12V o más), poner sus capuchas en serie para obtener 13.5V a plena carga hace que la topología de su regulador se aleje de una topología de refuerzo directo. SEPIC sería mi elección para eso.

4) ¿Cuál es la eficiencia de su regulador en diferentes puntos de operación? Existe una buena posibilidad de que esté optimizado alrededor de un voltaje de entrada particular, y la eficiencia disminuye a medida que se aleja de ese voltaje. Por lo tanto, en igualdad de condiciones, cuanto menos cambie su voltaje, mejor estará.

En base a todo eso, probablemente obtendrá los mejores resultados al optimizar un regulador de impulso para que funcione y se desconecte a un voltaje extremadamente bajo, y al usar las tapas en paralelo. El retorno puede ser una buena topología para ese tipo de nivel de potencia y aplicación