Как управлять нагрузкой с высоким током от источника среднего тока?

Справится ли с этим конденсаторная батарея и сильноточное реле?

Игнорируя на данный момент индуктивную нагрузку, поскольку это поднимает совершенно другой вопрос, просто предполагая, что вам нужно подать 20 А при 12 В в течение 5 секунд, требуемая энергия составляет:

Давайте проведем быстрый расчет, чтобы понять размер конденсаторной батареи, способной передать эту энергию за 5 секунд.

Допустим, у вас есть батарея конденсаторов, заряженная до 12 В, и вы хотите обеспечить 1200 Дж энергии. Имейте в виду, что по мере разряда батареи конденсаторов напряжение на ней должно уменьшаться. Так, например, предположим, что напряжение на конденсаторе упадет с 12 В до 11 В во время разряда. Уравнение для требуемой емкости:

Это огромная емкость, но есть ультраконденсаторы, отвечающие всем требованиям.

Например, два из них , подключенные параллельно, дают 116F при 16 В, но это обойдется вам примерно в 300 долларов. Я совершенно уверен, что вы можете найти блок питания, который может выдавать 20 А при 12 В, по значительно меньшей цене.

Я думаю, Альфред Центавр сделал правильный вывод: просто приобрести более подходящий блок питания — самый экономичный вариант. Однако я не знаю, что расчеты говорят всю историю. Действительно, самое простое, что можно сделать, это кинуть несколько конденсаторов параллельно блоку питания:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

И это правда, ваша переходная нагрузка 20А при 12В в течении 5с требует 1200Дж энергии. А если C1=104F, то можно получить эти 1200Дж, разрядив их с 12В до 11В. Тем не менее, это упускает из виду несколько вещей:

• в течение этой 5-секундной нагрузки ваш источник питания 12 В, 5 А может обеспечить$12V \cdot 5A \cdot 5s = 300J$энергии. Это энергия, которую вам не нужно хранить в конденсаторах.
• Даже после разряда до 11 В предлагаемый конденсатор 104F все еще содержит$\frac{1}{2}CV^2 = \frac{1}{2}104F(11V)^2 = 6292J$запасенной энергии. Это довольно расточительно, учитывая, что вам нужно было всего 1200 Дж.

Беда в том, что чтобы получить оставшуюся запасенную в конденсаторах энергию, нужно разрядить их ниже 11В. Ваша нагрузка, которая требует 12 В, не будет счастлива.

К счастью, есть решение: повышающий преобразователь . Это позволяет вам повышать любое напряжение до любого другого напряжения за счет получения большего тока от источника (в противном случае энергия не сохранялась бы). В нашем конкретном случае это позволило бы получить всю запасенную энергию в конденсаторе, разряжая его до упора, подавая при этом постоянные 12В.

Итак, если мы сейчас предположим (для упрощения), что у нас есть идеальные компоненты, нам просто нужно найти конденсаторы, которые могут хранить 1200 Дж энергии, за вычетом 300 Дж, которые может обеспечить блок питания. Мы могли бы сделать это с небольшой емкостью, заряженной до высокого напряжения, или с большой емкостью, заряженной до низкого напряжения, но для упрощения нашей схемы зарядки, скажем, мы собираемся зарядить конденсаторы до 12 В. Какая емкость нам нужна?

Это все еще очень большой конденсатор. И, поскольку мы предположили идеальные компоненты, нам действительно потребуется больше энергии для учета потерь. И блок питания большего размера все равно дешевле, чем конденсатор 13F, 12V и повышающий преобразователь. Кроме того, блок питания большего размера проще, проще в конструкции и, вероятно, более надежен. Таким образом, это действительно будет жизнеспособным вариантом, только если вы не можете получить блок питания большего размера, например, если ваша мощность исходит от ограниченного ресурса, такого как солнечные батареи и т. Д.

Другим вариантом было бы использование батареи, а не конденсатора. Существует множество типов аккумуляторов, которые могут подойти: свинцово-кислотные доступны по цене, но громоздки, литий-ионные имеют более высокую плотность энергии, но значительно дороже и сложнее в управляющей электронике. Но все же, если вы можете просто получить блок питания большего размера, это самый экономичный вариант.

Чтобы упростить другие ответы: энергия в конечном итоге поступает из настенной розетки, которая может обеспечить гораздо большую мощность, чем ~ 240 Вт, которые вам требуются в импульсах. (Мощность обогревателя составляет 1500 Вт.) Используйте регулятор напряжения, который может передавать его от стены к нагрузке по требованию, вместо того, чтобы накапливать столько энергии в конденсаторе или батарее. Нет необходимости сглаживать нагрузку на стенную розетку с помощью гигантского локального накопителя энергии, если только вы не беспокоитесь об отключении электроэнергии или перегрузке очень старой проводки.