¿Qué sucede cuando la hora Amperios (Ah) y la regulación de voltaje van juntas a la fiesta?

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Esta es la primera vez que pregunto en el sitio de Ingeniería Eléctrica de Stack Exchange, por favor siéntase libre de desmembrar mi pregunta.

Tenga en cuenta: estoy pensando en el caso ideal hipotético (100% de eficiencia, sin pérdida de energía) y los voltajes y corrientes que se indican aquí son valores hipotéticos. Si hay implicaciones en los voltajes específicos (como los tipos de baterías, o cualquier otra cosa), realmente lo agradecería si me lo dijera en su respuesta.

Supongamos que tengo los siguientes requisitos con respecto a la energía para una aplicación eléctrica que estoy desarrollando:

  • 2.5V DC
  • 1000A (todo el tiempo, no pico).
  • portátil. Duración de la batería: 1 hora

En un mundo ideal, compraría una batería de 2.5V 1000Ah y estaría bien. Sin embargo, imagine que encontré una batería de 5V 500Ah (y puedo proporcionar 500A de manera continua). Mi suposición es que, si disminuyo el voltaje a 1V, será capaz de proporcionar un amperaje más alto en el exterior del circuito de regulación (sin superar la salida de potencia anterior, que fue de 5V * 500A = 2500 W).

Mis dudas son:

  1. ¿Cómo regularías el voltaje? Estoy bastante seguro de que un divisor de voltaje no funcionará, y creo que un regulador de voltaje funcionaría, pero con un amperaje tan alto no estoy seguro de las limitaciones, tengo poca experiencia con los circuitos de alimentación.
  2. Con esa solución, si la tensión se reduce a la mitad, ¿se duplicaría el amperaje en la salida del circuito de regulación? (Eso significa que podría usar la fuente de voltaje de 5V 500Ah). De nuevo, sobre componentes "ideales". Entiendo que habría pérdida de energía.

Gracias de antemano!

    
pregunta Mr. Crystal

3 respuestas

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¿Soldadora portátil con una pequeña carretilla de baterías?

El artículo que estás buscando es un "convertidor buck". Eso realiza una conversión de baja pérdida de un voltaje a un voltaje más bajo a una corriente más alta. Sin embargo, 2.5kW es un reto de diseño.

Tenga en cuenta que estos pueden ser eficientes para una reducción importante, por lo que podría tener pilas de baterías de 12 V o 48 V y reducir el ancho del cableado requerido.     

respondido por el pjc50
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La respuesta corta es SÍ, funciona así. Sin embargo, todos los reguladores no son creados iguales.

Algunos reguladores, como los reguladores lineales, básicamente convierten todo el voltaje adicional en calor. Esto no funcionará. ¡Solo obtendrá 500Ah a 2.5v, y el regulador disipará 1250W!

Un regulador pasivo como un divisor de voltaje será aún peor.

Lo que necesitas es un regulador de conmutación. Este tipo de regulador hará uso del voltaje adicional en lugar de simplemente convertirlo en calor. Si fuera 100% eficiente, funcionaría exactamente como lo describe, suministrando 1000Ah a 2.5 de su paquete de 5v 500Ah. En realidad no será 100% eficiente.

Ahora, volviendo a la realidad ... es posible que tenga dificultades para encontrar un regulador de conmutación que pueda apagar ese tipo de corriente. Creo que puede tener mejor suerte al convertir el voltaje de su batería en CA, y luego pasarlo por un transformador grande (como un transformador de horno de microondas). Puede rectificarlo después de eso, o si lo está utilizando para soldar puede dejarlo como corriente alterna.

Editar: También, nota al margen. Probablemente esté al tanto de esto, pero el voltaje de la batería no se mantendrá en el voltaje nominal (5v) en todo el 500Ah, y luego de repente bajará a cero. En realidad, disminuirá ligeramente a medida que la batería se descargue antes de "caerse de un precipicio" cerca del final. El regulador compensará esto, por lo que no debería causar un problema, sino algo que se debe tener en cuenta cuando se observan voltajes de deserción y otras cosas.

    
respondido por el Drew
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No existe tal cosa como un almuerzo gratis, y no puede obtener más energía para su carga que la cantidad de energía que toma de la batería. La energía (en julios) es igual a la potencia multiplicada por el tiempo $$ P \ veces t $$ o, en su caso, podría usar $$ V \ times I \ times t $$ Para su aplicación, desea entregar $$ 2.5 \ times 1000 \ veces 60 min / hora \ veces 60 s / min = 9 \ mathrm {MJ} $$

Una batería ideal de 5V y 500Ah podría proporcionar $$ 5 \ veces 500 \ veces 60 \ veces 60 = 9 \ mathrm {MJ} $$ Entonces, si tiene un ideal batería y un regulador de voltaje de conmutación que es 100% eficiente, entonces puede cumplir con sus requisitos.

En el mundo real, necesita conocer la tasa de descarga especificada (generalmente dada como una fracción o múltiplo de C ) que se usó para obtener la calificación de mAh de la batería. Si consume una corriente de descarga mayor, la capacidad de la batería disminuirá.

Del mismo modo, debe determinar la eficiencia alcanzable para el regulador de conmutación. Si realmente necesita 1000 A en lugar de 1000 mA, no obtendrá ese producto de las fuentes habituales de hobby, por lo que realmente no sé qué debería esperar.

    
respondido por el Elliot Alderson

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