Extraer la mayor cantidad de energía de un condensador

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Tengo un supercondensador de 5 V del que estoy tratando de extraer la mayor cantidad de energía de la manera más eficiente posible. Este condensador está conectado a la entrada de algún regulador (que es la pregunta de este poste) que está regulando un (digamos) un riel de salida de 2.5V @ ~ 1mA. Algo a lo largo de estas líneas.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

He investigado partes de compañías de semiconductores comunes (Linear, TI, etc.), y parece que puedo seguir dos caminos con este regulador misterioso:

  1. Use un regulador de aumento (como LTC3530 ).
  2. Primero aumente el voltaje a un voltaje ligeramente superior a 2.5V (como LTC3400-1 ) y luego aumente el voltaje hasta 2.5V (por ejemplo, LTC3406A ). Cuando el voltaje del capacitor de entrada es mayor que 2.5V, el regulador de refuerzo se anula y solo la cola está activa. A la inversa, cuando el voltaje de la tapa de entrada es menor que 2.5V, el refuerzo está activo, genera un voltaje mayor que 2.5V (por ejemplo, 3.3V), y el buck luego baja el voltaje a 2.5V.

(Nota: las partes seleccionadas anteriormente son solo para fines ilustrativos).

La opción 1 me daría un rango efectivo de voltaje de entrada de (5V-1.8V) = 3.2V, mientras que la opción 2 daría un rango más amplio de (5V-0.8V) = 4.2V. Si tengo un límite de entrada de 1F, estos rangos corresponden a 10.88J y 12.18J de energía utilizable respectivamente.

Inicialmente, parece que la opción 2 es el método preferido, pero agregar dos etapas de potencia (boost, luego buck) en lugar de usar una sola etapa combinada (regulador de buck-boost) agrega más pérdidas, que es donde la ganancia es utilizable. La energía de la Opción 2 se convierte en un lavado.

He intentado procesar los números utilizando los gráficos de eficiencia proporcionados en las hojas de datos (para dichas partes y otras partes de otro fabricante), pero hay muchas de variables que afectan estos valores, que Puede cambiar drásticamente qué opción es más beneficiosa. También hay otros factores a considerar, como las pérdidas en el inductor y los condensadores, que estoy descuidando imprudentemente.

¿La opción 1 extrae más energía del capacitor de entrada que la opción 2? O, ¿cómo puedo hacer que la Opción 2 sea más eficiente en el uso de la energía para que supere a la Opción 1?

    
pregunta TRISAbits

1 respuesta

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Tiene cálculos incorrectos: en el primer caso, la energía utilizable es 10.88J; En el segundo caso - 12.18J. (La energía completa del condensador cargado a 5V es 12.5J) $$ E_ {inicio} = U_0 ^ 2.C / 2 $$ $$ E_ {final} = U_1 ^ 2.C / 2 $$ $$ E_ {utilizable} = E_ {inicio} - E_ {fin} = (U_0 ^ 2 - U_1 ^ 2) .C / 2 $$

Entonces, la diferencia no es tan grande. Un ejemplo más, si usa solo el regulador de presión que descarga el condensador a 2.5 V, la energía será 9.375J.

Por lo tanto, la eficiencia puede ser muy importante en este caso. Si tiene un regulador con una eficiencia del 85%, la ganancia final es 10.88J * 0.85 = 9.248J

Pero si tiene dos etapas en un 85%, tendrá 12.18J * 0.85 * 0.85 = 8.8J

Entonces, para reanudar: para usar el regulador de dos etapas, necesita que cada etapa tenga una eficiencia superior al 90%.

Incluso si usa una etapa, el regulador de dólar y la descarga a 2,5 V puede ser una buena solución si tiene un regulador con la eficiencia suficiente.

Aviso de baja potencia: Como regla general, la eficiencia de los reguladores se degrada en bajas potencias. Los reguladores de propósito general generalmente no están optimizados para corrientes de salida extremadamente bajas. (Aunque 1mA todavía no es tan pequeña en la actualidad, aún puede existir una solución estándar).

Si la corriente necesaria es muy pequeña (por ejemplo, 5uA), sugeriría diseñar su propio regulador de conmutación, donde el consumo del regulador podría reducirse lo suficiente para no afectar la eficiencia. Consulte "El arte de la electrónica": hay un buen ejemplo de diseño de micro potencia.

    
respondido por el johnfound

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