Cargando supercapacitores con convertidor Buck. ¿Necesito cortar la energía una vez que se alcanza la carga?

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Estoy tratando de construir un cargador de supercapacitadores, y como no tengo un buen control sobre los riesgos de tal cosa, estoy aquí para dar algo de información.

Estoy usando un convertidor Buck conectado a una fuente de alimentación de 12v para alimentar mis 2 supercaps de 2.7v (en serie, 5.4 es a lo que quiero limitar el cargo)

Tengo el bote en el convertidor Buck fijado a 5.4v.

¿Cuál es el riesgo en realidad de no tener un corte? No es como si las gorras de una placa base de computadora tuvieran un corte, ¿verdad? Están constantemente recibiendo un cargo.

Una vez que se carga la tapa, el amperaje debe estar cerca de nada, ¿no?

Si me sintiera obligado a cortar la alimentación a 5,4 voltios, ¿cuál sería una forma fácil de hacerlo?

    
pregunta MildotPhil

4 respuestas

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La carga de los condensadores no es muy complicada. Los condensadores se cargarán hasta el voltaje de su fuente y lo mantendrán en su lugar. Realmente no es necesario apagar la fuente una vez que los condensadores están completamente cargados. Una vez que los condensadores coincidan con el voltaje de la fuente, ya no fluirá más corriente y el sistema estará estable *.

Si deseas tener algún tipo de corte, hay varias formas de hacerlo. Un simple interruptor mecánico es probablemente la mejor opción. De esa manera, los condensadores están físicamente aislados de la fuente de energía. El interruptor podría ser algo que manipula con el dedo o en un relé que puede conmutarse electrónicamente según la lógica.

Aquí hay algunos consejos que vienen a la mente:

  1. No recomendaría cargar condensadores de 2.7V hasta 2.7V. Como cualquier otro sistema, si lo opera a su capacidad máxima nominal, puede acortar su vida útil. Además, si la fuente de voltaje fluctúa un poco alto por alguna razón, podría causar que las tapas exploten de manera espectacular. Dése un pequeño margen para jugar de forma segura.

  2. Un gran banco de condensadores sin carga se verá como un cortocircuito a tierra en el instante en que los conecte al cargador. A menos que esté trabajando con equipo pesado, el convertidor reductor que está usando probablemente no le gustará el aumento de corriente inicial. Una resistencia simple entre la fuente de voltaje y el banco de capacitores limitará la corriente, pero aún así permitirá que los capacitores se carguen completamente. Sólo tardará un poco más. Simplemente elija la corriente máxima que desee y aplique la Ley de Ohm para calcular la resistencia. ¡No olvides dar cuenta de la disipación de energía!

  3. Es de esperar que no necesite mencionar que los bancos de capacitores grandes pueden llegar a ser muy peligrosos cuando se manejan. Mucha energía almacenada y muy baja ESR es una receta para un día emocionante si no tienes cuidado.

* En realidad, habrá una pequeña cantidad de corriente de fuga, por lo que el sistema nunca alcanzará la corriente cero.

    
respondido por el Dan Laks
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Con los supercápsulas en serie (al igual que los condensadores normales), uno cargará a un voltaje más alto que el otro estadísticamente porque es poco probable que sus capacidades sean exactamente iguales. Probablemente consideraría cargarlos todos en paralelo y luego tener un circuito que los conecte en serie.

Considere que un condensador es 1.1 faradios mientras que el otro es 0.9 faradios. Si aplica 5.2 voltios en el par de la serie, el condensador del faradio 0.9 se cargará hasta 2.86 voltios, mientras que el dispositivo del faradio 1.1 se cargará a solo 2.34 voltios.

Entonces, construyes un circuito que se carga en paralelo o reduces tus 5.2 voltios a aproximadamente 4.8 voltios para acomodar las diferencias de tolerancia en los valores entre supercaps.

    
respondido por el Andy aka
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Una opción sería usar un diodo schottky de 5 V (y posiblemente un divisor de voltaje si desea cargar por encima de 5 V) que abre un relé o similar, por lo que se abre físicamente el circuito una vez que se alcanza el 5v

También querría equilibrar los voltajes entre las dos tapas, además de medirlos para tener capacidades muy similares, podría usar otro divisor de voltaje que permita que pase una pequeña corriente, de modo que cada capacitor reciba un voltaje igual a través de él. y luego use el relé de la parte anterior para desconectar este divisor de voltaje una vez que los condensadores estén cargados.

    
respondido por el user2813274
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Un simple regulador de voltaje con un límite de corriente retráctil se ajusta muy bien a la carga para cargar un supercapacitor. El voltaje para el regulador debe establecerse para el voltaje máximo que desea cargar el capacitor, que debe ser un poco más bajo que el valor nominal del capacitor. La corriente máxima debe ser razonable para su fuente de alimentación y lo suficientemente baja para no sobrecalentar el condensador. Puede utilizar la corriente de ondulación máxima del capacitor - 20% como un buen valor de corriente máxima. Es posible que los supercapacitores más pequeños no especifiquen una corriente de ondulación máxima, pero normalmente puede cargarlos a una tasa de 1 amperio siendo muy conservador. Condensadores más grandes pueden manejar 3-4 amperios.

La velocidad de carga determinará cuánto tiempo se tarda en cargar el condensador. Así que si lo necesita cargado rápidamente, necesitará una alta tasa de carga. Si no le importa qué tan rápido es, puede cargarlo a una tasa menor, lo que prolongará la vida útil de todo el sistema. A diferencia de una batería, los condensadores se cargan en una curva lineal que le brinda la capacidad de usar un truco simple para comenzar a cargar a una velocidad mayor y terminar de cargar más lentamente a medida que aumenta el voltaje. Simplemente inserte una resistencia de valor pequeño en algún lugar en la velocidad de 2 a 10 ohmios en serie con el circuito de carga. Esto es lo suficientemente bajo como para permitir una alta tasa de carga cuando el capacitor está descargado, pero disminuirá la tasa a medida que aumenta el voltaje en el capacitor. Esto le permite comenzar rápidamente pero mantener baja la temperatura del condensador a lo largo del tiempo.

Los condensadores pueden mantenerse cargados continuamente sin afectar negativamente la vida útil. Lo que mata a los condensadores es el calor y la corriente de fuga de los condensadores internamente. La fuga generalmente es de solo unos pocos miliamperios, por lo que el calor se disipa fácilmente. Sin embargo, si otros componentes del sistema generan calor y ese calor se transfiere al capacitor, esto afectará la vida útil del capacitor. Por esta razón, sugeriría utilizar un regulador de interruptor para cargar el condensador a menos que elija una tasa de carga de corriente baja (< 300 ma).

Como mencioné anteriormente, su regulador de voltaje debería tener una limitación de corriente de retorno de carpeta, lo que significa que aún intentará suministrar energía a la carga incluso cuando se alcanza el nivel de corriente máximo. El voltaje bajará pero el regulador suministrará energía a su límite de corriente máxima. Algunos reguladores se apagan por completo cuando están sobrecargados y, por lo tanto, no suministran energía a la carga. Por lo general, se vuelven a encender después de un período de tiempo, pero solo se dispararán de nuevo. Muchas veces, la limitación es solo el resultado de que el regulador haga su mejor esfuerzo hasta que se calienta demasiado y luego se apaga.

La mayoría de los reguladores de conmutación funcionan muy bien para este propósito cuando usan el ciclo para limitar la corriente. Lo que esto significa es que se encienden y comienzan a suministrar energía a la carga y si se alcanza el límite de corriente antes de que se alcance el nivel de voltaje, se apaga antes. Esto significa que el capacitor verá un voltaje promedio de solo lo suficiente para cargar el capacitor a la tasa máxima deseada. Esto también significa que la fuente de alimentación no se está calentando más de lo normal aunque el capacitor esté sobrecargando la fuente de alimentación.

Nunca aplique un voltaje más alto al capacitor para el que está calificado. No todas las partes del condensador tendrán características idénticas como fugas, resistencia en serie y constante dieléctrica. Esto significa que mientras que el capacitor no está completamente cargado, una parte del capacitor puede estar en el voltaje máximo, mientras que otras partes no lo están. Si la tensión de carga es mayor que la tensión nominal, las partes que están completamente cargadas verán la tensión completa porque no están disminuyendo parte de la tensión a través de la resistencia interna. Esto puede causar una ruptura de voltaje que daña el condensador.

Al apilar supercapacitores debes equilibrarlos porque el voltaje de ruptura es tan bajo que no permiten mucha tolerancia. A bajas corrientes de carga se puede usar un simple diodo Zener. A corrientes de carga más altas, el uso de un zener y un transistor como un regulador de derivación hará el trabajo. Otra consideración es que cuando se utiliza el capacitor para suministrar energía, el voltaje disminuirá de manera lineal, por lo que si intenta obtener 5V o 3.3V del capacitor, el tiempo de funcionamiento será limitado, menos la mitad de la energía del capacitor. porque el voltaje bajará demasiado bajo. El uso de un regulador de conmutación Boost o buck-boost para suministrar energía a la carga del capacitor le permitirá extraer la energía del capacitor a la tensión mínima que el regulador de boost puede administrar. Esto puede extender fácilmente el tiempo de ejecución al doble.

    
respondido por el Brian Nebeker

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