¿Una buena forma de almacenar / precargar energía para ráfagas cortas de consumo?

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Tengo una aplicación que funciona con baterías que deben usar ocasionalmente un servomotor (como las de los aviones modelo, por ejemplo, Turnigy TR-1160A). Este servo se usará en ráfagas cortas de 1 ~ 2 segundos a la vez, con un tiempo de descanso (inactivo) de al menos 10 segundos entre usos, pero generalmente horas. La batería es lo suficientemente grande para operar el servo durante un par de horas, pero no puede soportar la carga instantánea (por ejemplo, > 1A) que necesita el servo; Aunque podría gestionar una carga continua de 200mA sin problemas. No puedo usar una batería diferente, pero podría agregar algún circuito para almacenar (precargar) la energía necesaria para el servo, como el sistema de flash en la mayoría de las cámaras. Por lo tanto, mi pregunta es: ¿cuál sería la forma más sencilla (menor cantidad de componentes) de lograr esto, siempre que:

  • El voltaje de salida es 6V; la corriente está entre 1A ~ 2A.
  • El consumo de corriente no debe exceder de 100 ~ 200 mA.
  • No debería ser demasiado ineficiente.
  • Debe tener un consumo de energía muy bajo cuando no esté en uso (< 100µA).
  • Debería proporcionar el voltaje de salida en una regulación suficientemente buena hasta que se agote (un simple condensador, por supuesto, no sería lo suficientemente bueno).
  • Está bien que necesite un tiempo de precarga proporcional justo antes de cada uso.
  • El voltaje de la batería está entre 6 y 14V; hay disponible una salida regulada conmutada de 3.5V.

EDITAR:

Idealmente, la solución sería un chip existente o un módulo integrable (¡aún mejor!) con ese tipo de funcionalidad considerada (por ejemplo, suministro conmutado) y que necesita componentes externos mínimos además del supercappo obvio.

    
pregunta Guillermo Prandi

2 respuestas

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2 amperios durante 2 segundos a 6V son 24 julios de energía y si esto fue proporcionado por un capacitor, la capacitancia debería ser al menos 5 veces la requerida para cumplir con la ecuación de energía.

La energía en un capacitor es \ $ \ dfrac {C \ cdot V ^ 2} {2} \ $ por lo tanto \ $ \ dfrac {2 \ cdot 24} {6 ^ 2} = C \ $

C es, por lo tanto, 1.333 faradios pero, en realidad, debe ser 5 veces más para que no se agote totalmente durante el tiempo en que se necesita energía en la ráfaga de 2 segundos. Más como 7 F es necesario. Asegúrate de que sea un tipo de ESR bajo!

Se produce un problema cuando el requisito para conducir la carga pesada ocurre con demasiada frecuencia. Usted dijo en su pregunta que podría haber una brecha de 10 segundos entre los "usos" e infiero que solo 200 mA están disponibles para restaurar la carga en el condensador. 200 mA a 6 V durante diez segundos es una disponibilidad de energía de 12 julios y la única forma de evitar esto es tener el condensador lo más grande posible, de modo que incluso si se producen dos períodos de "gran demanda" durante un período de diez segundos, todavía hay suficiente cambio residual En el condensador para dar servicio a ambos requerimientos. Tal vez vaya a por una tapa de 14 F.

¿Puedes conseguir estos?

    
respondido por el Andy aka
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Los supercápsulas y los ultracaps son muy buenos para satisfacer las necesidades energéticas a corto plazo. Por ejemplo, un condensador de 30-50F clasificado a 3V sería más que suficiente para almacenar los 24 julios que necesita por operación.

Para cumplir con sus otros requisitos, usaría un par de convertidores de potencia de conmutación. El primero sería un regulador de dólar usado para cargar el condensador de la batería. Tendría un límite de voltaje que es un margen cómodo por debajo de la capacidad del capacitor, y un límite de corriente que se establece en 200 mA. Tenga en cuenta que este convertidor sería un poco único ya que lo configuraría para regular la fuente actual en lugar de la carga actual. Esto minimizaría el tiempo de recarga al hacer el mejor uso de la energía disponible de la batería. Dichos reguladores pueden tener corrientes de reposo muy bajas, pero si es necesario, puede ponerlo en modo de apagado bajo el control del firmware.

El segundo convertidor sería un regulador de impulso que puede producir el 6V @ 2A que necesita el servo, extrayendo su energía del condensador. Mientras que el voltaje del capacitor en sí mismo "caerá" mientras el servo esté activo, el voltaje de salida de este convertidor permanecerá constante. Nuevamente, tal convertidor podría ponerse en modo de apagado cuando no sea necesario.

    
respondido por el Dave Tweed

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