¿Puede un circuito dinámico extraer toda la energía de un ultra capacitor?

  

[...] para permitir que toda la energía en el Ultra Condensador se utilice [...]

No. Lo más cerca que puede estar de eso es usar un convertidor de refuerzo síncrono (si su voltaje máximo siempre es más bajo que su voltaje de salida objetivo), o un convertidor de aumento / aceleración síncrono (si su voltaje máximo puede estar por encima y por debajo del voltaje de salida objetivo).

Un convertidor síncrono utiliza solo interruptores controlados, en lugar de interruptores controlados más diodos. El beneficio es la reducción de pérdidas, porque la corriente principal no causa una caída de voltaje (relativamente grande) en ningún diodo. Solo a través de Rds_on de los interruptores controlados, que pueden estar en el rango de miliohmios, y causarán caídas de voltaje mucho menores (y, por lo tanto, pérdidas de energía).

A medida que Vin se acerca a cero, Iin tendrá que crecer sustancialmente, para mantener a Vin · Iin por encima de Pout (que generalmente querrá mantener constante). Esas altas corrientes de entrada eventualmente causarán que su voltaje Vin solo caiga sobre los primeros dispositivos de su convertidor. Por lo tanto, por debajo de un cierto umbral para Vin, no podrá entregar más potencia a la salida. El convertidor aún drenará su tapa, pero esa energía no servirá de nada más en la salida.

  

Pero, ¿es posible crear un convertidor que pueda presentar continuamente un voltaje constante a la carga usando un circuito dinámico de dc a dc para permitir que se utilice toda la energía en el Ultra Capacitor, incluso si la corriente cae?

¿Toda la energía? No. Pero debería poder extraer la mayor parte con el enfoque que describió.

Supongamos que tiene una salida de 5 V y el condensador es de 0.5F 5 V abs máx. por lo que comienza con 4.5 V en el condensador, y puede usar un convertidor de refuerzo que operará de 0,8 V a 6 V, por lo que el condensador es el restricción para el voltaje superior, y el convertidor elevador es la restricción para el voltaje más bajo.

La energía extraída del capacitor es 1/2 0.5F * (4.5V ^ 2 - 0.8V ^ 2) = 4.9J; la energía restante en el condensador es 1/2 * 0.5F * 0.8V ^ 2 = 0.16J.

La cantidad de energía presentada a su circuito es 4.9J * la eficiencia del convertidor; puede obtener convertidores de CC / CC que operan en el rango de más del 90% con bastante facilidad en estos días.

Puedes "asíntote hacia cero" pero nunca puedes llegar.
 En la práctica, obtener el 95% + de la energía disponible es "bastante fácil".

La energía en la tapa es proporcional a V ^ 2.
 Diga Vstart = Vs, Vfinish = Vf.  Entonces

• La energía final como una fracción de la energía de inicio es (Vf / Vs) ^ 2.

  por ejemplo

  5V - > 1V tienes (1/5) ^ 2 = 1/25 = 4% restante
  5V - > 0.5V = (0.5 / 5) ^ 2 = 0.25 / 25 = 1% restante

Si realmente realmente DEBES sacar toda la energía posible, puedes usar circuitos de "recolección de energía" que acepten quizás 10 mV y aumentarlos para decir 5V PERO la eficiencia es poco probable que sea mayor que el 50% y la energía Disponible es muy pequeño.

Si comienza a, por ejemplo, 5V, la parada en 0.5V = 1% es probablemente muy amplia en la mayoría de los casos, y 1V / 4% es a menudo aceptable.

Mi compañía hace tal cosa por retener el bus de CC de una unidad de frecuencia variable durante un apagón Exactamente lo que está describiendo: use un convertidor elevador para presentar la carga con un voltaje fijo, incluso cuando el voltaje de la tapa cae. Entiendo que esto también se hace en muchas otras aplicaciones de menor potencia.

Como señalan otros, el problema es que usar all no es práctico. El primer problema es la eficiencia; siempre habrá alguna pérdida, por lo que no puede poner toda la energía en la carga. Pero más allá de eso, las relaciones de refuerzo involucradas se vuelven poco prácticas más allá de un cierto voltaje de entrada bajo.

Algunos de los componentes de un convertidor de refuerzo están dimensionados según la corriente de entrada al convertidor, incluidos el estrangulador y el interruptor de refuerzo. Si asume una corriente de carga fija, eso significa que un convertidor de refuerzo que realiza un aumento de 10: 1 tiene que ser mucho más potente que un convertidor de refuerzo que realiza un aumento de 2: 1. ¡Hacer un aumento de 10: 1 significa que su corriente de entrada es 10 veces su corriente de salida!

Y con los condensadores, cuanto más baja es la tensión, menos energía se obtiene. Por ejemplo, nuestros convertidores de refuerzo tienen una potencia nominal de ~ 2: 1, por lo que normalmente solo agotamos las tapas a la mitad del voltaje, lo que significa que hemos eliminado 3/4 de la energía disponible (1/2 C V ^ 2). Podríamos obtener más energía, por ejemplo, vaciando las tapas a 1/4 de voltaje. Pero tendríamos que calificar al convertidor para un aumento de 4: 1, lo que significaría que todos nuestros componentes tendrían que ser de mayor tamaño para mayores corrientes de pico. El control de un convertidor elevador a una alta relación de refuerzo también se vuelve problemático. Y todo lo que obtendríamos por nuestro gasto adicional sería otro 12.5% de la energía disponible. Disminución de rendimientos.

Ahora, eso fue solo para pasar de 2: 1 a 4: 1. Imagínese haciendo eso a un aumento de 10: 1. Obtienes incluso menos energía, pero ahora tienes que escalar tus componentes por un factor de diez . Y no importa qué tan bajo vayas, aún te queda algo de energía en las tapas, porque llega un punto en el que tu convertidor elevador simplemente no tirará más debido a la no idealidad del interruptor.

Entonces, ¿puedes sacar todos la energía? No.

¿Deberías incluso intentar obtener la mayor cantidad de energía posible teóricamente? No.

¿Sigue siendo útil usar un convertidor boost para obtener una salida de voltaje fijo de un ultracap? Absolutamente.