Función de los condensadores electrolíticos y si se pueden reemplazar por capacitores de película en convertidores de potencia operados por batería

1. Como han dicho otros, ambas especificaciones son importantes, y hay otras razones para querer capacitancia en las líneas eléctricas: evitar la caída de voltaje de la batería si no puede suministrar corriente rápidamente (la química de la batería impacta significativamente) , I * R se pierde si la batería está lejos, la ruta de los transitorios del motor (aunque esperaría diodos y tapas de cerámica más pequeñas, no electrolíticos, a través de los transistores del puente para los transitorios más rápidos).

2. Esto es cuestionable; has dejado fuera la tolerancia Si las tapas dobles tienen una tolerancia de +/- 20%, y obtienes una de + 20% y una de -20%, no compartirán la corriente de manera uniforme porque tienen diferentes impedancias, lo que podría llevar a una falla prematura y el otro poco después, ya que es posible que no pueda manejar la carga por sí solo. También tenga en cuenta que las tolerancias más altas tienden a agruparse cerca de los límites externos, ya que los valores más cercanos a los nominales normalmente se venden con especificaciones de tolerancia más estrictas por más dinero; es decir, no es probable que una parte de +/- 20% esté dentro de una tolerancia de +/- 10%, porque esas serán las partes de +/- 10%, etc.

3. No se recomienda la reducción de la capacitancia. Si 15 uF fueran suficientes para la carga prevista, el diseñador original probablemente habría optado por un electrolítico de 15 uF en lugar de un electrolítico de 1500uF; para los mismos valores de voltaje y corriente, los 15 uF serían sustancialmente más baratos y más pequeños. Si está utilizando un tipo de motor diferente al que el diseñador original tenía en mente, tendría que considerar la idoneidad de la capacitancia inferior.

Si está realmente decidido a deshacerse de ese capacitor en particular, me gustaría aumentar la frecuencia de PWM (para que luego pueda reducir la capacitancia en masa requerida), si eso funciona con el motor que está usando (El motor tendrá sus propias constantes de tiempo mecánicas y eléctricas con las que tendrá que lidiar su circuito).

Otra cosa a considerar es el impacto de la inductancia del motor que está en paralelo con esta capacitancia. La mayor ESR de un electrolítico puede ser beneficiosa a la hora de amortiguar posibles oscilaciones de LC que, de otro modo, podrían ser posibles como resultado de la pulsación de la potencia del motor con el puente, especialmente si la resistencia del devanado del motor es baja. Necesitará observar la impedancia de los motores que desea conducir para verificar la resonancia potencial.

Como nota general para futuras referencias, Analog Devices (sin afiliación conmigo mismo en el momento de esta publicación) tiene un artículo que he encontrado útil sobre los efectos parasitarios generales de los condensadores en su "Solicite al Ingeniero de Aplicaciones # 21: CAPACITANCIA Y CAPACITADORES "

Debe considerar la EMI, como se ha señalado en las otras respuestas, pero esto puede ser mejor manejado por condensadores de menor valor y un buen diseño.

Está bien dividir la corriente de rizado en la relación a la que se divide la capacitancia, aunque debe considerar el impacto de costo / espacio y también asegurarse de que la disposición de su PCB sea al menos tan efectiva como lo era antes.

No puede agregar capacitores de valor inferior adicionales para absorber la corriente de ondulación en general, no hay nada que desvíe la corriente de ondulación a su capacitor "bueno", excepto por otra resistencia o inductancia en el circuito.

Las baterías tienen características de CA deficientes (los procesos químicos están limitados en la velocidad y potencialmente saturados) por lo que debe intentar diseñar su circuito para aislar la ondulación de la batería. Idealmente, debe analizar el impacto detallado de cualquier cambio de componente que esté contemplando; es demasiado simplista simplemente comparar las especificaciones cuando puede haber impactos en cadena a través de la vida útil de los componentes, la eficiencia operativa o EMC.

Una de las razones para un límite en el puente es minimizar la EMI. Las corrientes de alta frecuencia y pulsos deben devolverse a tierra lo más cerca posible de su origen. El condensador se puede colocar cerca del puente. La batería probablemente no pueda. Cuanto más larga sea la ruta en la que circulan las corrientes de alta frecuencia o de pulso, más EMI se emitirá.

Una batería no almacena energía eléctrica. Almacena energía química y la convierte en energía eléctrica cuando se presenta un circuito a través de los terminales. La química funciona mejor con una carga más suave. La alta frecuencia y las corrientes de pulso se manejan mejor con un dispositivo eléctrico como un condensador.

La diferencia clave entre las opciones 1500uF y dos 560uF es la frecuencia en la que proporcionan protección. Su protección comienza a recortarse en f = 1 / (2PixRC) y por debajo. El 1500 tiene una frecuencia de esquina de 6,245 Hz y una impedancia de alta frecuencia de 17 mohm. El paralelo 560 tiene una frecuencia de esquina de 14,217 Hz y una impedancia de alta frecuencia de 10 mohm. Así que los beneficios de los dos 560uF's comienzan a reducirse a frecuencias inferiores a 14 kHz, mientras que el 1500uF no se reduce a 6 kHz. Depende de la frecuencia de la corriente de rizado. Si toda su ondulación / ruido está muy por encima de los 14 kHz, entonces los dos 560 son superiores. Si tiene conmutación o ruido por debajo de 14 kHz, entonces el 1500 es probablemente mejor. Sospecho que necesitas el 1500uF para las frecuencias más bajas.

Algunas veces uno usa una cantidad de capacitores en paralelo, como agregar un polipropileno con un electrolítico. El polipropileno tiene baja ESR. Por lo tanto, proporciona beneficios para grandes amplitudes, picos de corta duración y ondulaciones de alta frecuencia. Mientras que el electrolítico proporciona beneficios en frecuencias comparativamente más bajas y picos más largos. Para obtener protección en un rango de frecuencias, uno agrega diferentes tipos de mayúsculas en paralelo.

Las tapas de la película en solitario solo protegen a frecuencias más altas. Si necesita una protección de frecuencia más baja, también necesita electrolíticos.

La especificación de la corriente de rizado de un capacitor solo está relacionada con la operación segura del capacitor sin sobrecalentamiento (lo que significa una vida más corta o incluso una falla). Y es confuso cómo está tratando de hacer coincidir eso con una aplicación de conducción de motor. La especificación se relaciona con una corriente continua de CA que causa una disipación de potencia generada por la resistencia interna. Eso, combinado con la resistencia térmica de un capacitor, causará un aumento de la temperatura del núcleo del capacitor. Este no es el caso cuando el condensador suministra una corriente de arranque. En realidad, la corriente de rizado se especifica en amperios RMS.

Ahora suponga que está utilizando un condensador de corriente de onda 3A. tiene una ondulación de 2A, por ejemplo (causada por una señal de unidad PWM). el aumento de la corriente nominal de ondulación del condensador a 5A, por ejemplo, solo reducirá la temperatura del núcleo del condensador y, por lo tanto, reducirá la "tasa de falla" del condensador. Le sugiero que mida la corriente de rizado utilizando un multímetro de verdadero RMS para estimar la clasificación de la corriente de rizado necesaria. Y simplemente elige un condensador que tenga una calificación más alta.

la capacitancia está relacionada con la cantidad de energía que este capacitor puede suministrar en caso de corriente de arranque. La menor capacitancia no tiene efecto en la falla del capacitor. El motor obtendrá el resto de la corriente de la batería. Si hay una alta impedancia interna de la batería, la tensión disminuirá y el motor no generará el par completo. Así que creo que no se puede simplemente responder "lo que es más importante, la capacidad o capacitancia de la corriente de rizado"

Mi pensamiento: no queremos que la batería se caliente ni que se convierta en un transmisor de radio, por lo que se necesita un filtro EMI. La batería no puede suministrar o hundir las corrientes máximas que encontraría en el puente de control del motor, por lo que nuevamente se necesita el banco de condensadores. De hecho, los condensadores de película pueden alcanzar una antigüedad mayor en comparación con los electrolíticos, pero a mayor volumen y precio. Aún así, hay buenos elec. Gorras que durarán bastante tiempo y son diferentes de las que encontrará en la electrónica de consumo. Ejemplo: enlace

La naturaleza del puente H es que usted tiene cambios rápidos en la corriente y la elección del capacitor también se controla por la longitud de la línea, tanto al motor como a la batería. La inductancia de la línea significa que estas corrientes darán lugar a grandes desviaciones de voltaje a menos que haya una ruta de corriente disponible a través de estos condensadores. Mantener las líneas cortas puede reducir la capacitancia requerida para alcanzar un nivel de ondulación. Si está cambiando corrientes altas, necesita un ESR bajo. Si está cambiando a frecuencias relativamente bajas, necesitará una alta capacitancia. Si está cambiando a bajas frecuencias Y altas corrientes, como suele ser el caso con un motor, necesitará tanto ESR bajo como alta capacitancia.

Si tuviera que usar el capacitor de película como sugirió, seguramente tendría bajas pérdidas en el capacitor, por dos motivos: el menor ESR significa bajas pérdidas de resistencia, y el menor valor de capacitancia significará que habrá menos corriente En el condensador en primer lugar. Sin embargo, la corriente más baja significa que habrá una mayor ondulación de corriente en las líneas y la ondulación de voltaje será mayor.

Los electrolíticos, con su mayor ESR, se calentarán y pueden explotar si se someten a una tensión excesiva. Elija un condensador con una ESR baja y póngalos en funcionamiento durante un breve periodo de tiempo para ver si están calientes al tacto. Se recomiendan gafas de seguridad.

1a. Elija su capacitancia (mínimo) de modo que la tensión máxima (debido a la carga inductiva en la parada) sea menor que la calificación del capacitor y el FET.
1b. Elija su capacitancia (mínimo) de modo que la tensión de ondulación sea aceptable.

2. Luego, elija el límite de ESR más bajo que pueda pagar.

Por supuesto que hay una compensación. A medida que cambia la tecnología, cambia la capacitancia por ESR (y precio). En orden de capacitancia / dólar sus opciones tecnológicas son: Alumbre Electrolitica Alumbre Poly Película Cerámica

Si realmente necesitas una ESR baja (por ejemplo, mucha corriente de rizado y calor), y tienes espacio limitado (no puedes usar mucha Alum grande), tendrás que comenzar a bajar esa escala.

Otra nota sobre el electrolítico de alumbre: la capacitancia y la ESR están relacionadas: a medida que aumenta el área de la placa (capacitancia), disminuye la resistencia.

Por último, puede haber una compensación al ir con dos capacitancias altas, que es la creación de una conmutación de corriente no cero cuando se encienden los FET.