Размер выходного конденсатора для повышающего преобразователя при импульсной нагрузке

У меня есть нагрузка, работающая от 24 В постоянного тока, которая потребляет очень большой ток в течение короткого периода времени. На следующем рисунке показан выход усилителя тока, он показывает 2 А/В, что означает, что мне приходится иметь дело с импульсом примерно 18 А, который длится 50 мс.

Выходной импульс, вертикальная шкала 2А/В

До сих пор я рассчитывал энергию этого импульса следующим образом:

Потраченный заряд: 18 А @ 50 мс, используя Q = IT -> Q = 18 * 0,05 = 0,9 кулона .

Потребляемая энергия: E = 0,5*V*Q = 0,5*24*0,9 = 10,8 Дж .

24 В генерируется повышающим преобразователем, допустим, я хочу, чтобы выходные конденсаторы этого преобразователя могли обеспечить всю энергию:

E=0,5*C*V² -> C = 2*E/V² -> C = 2*10,8/576 = 37,5 мФ или 37 500 мкФ .

Это огромное количество емкости для установки при 24 В. Это приводит к вопросу: какой процент энергии импульса мне нужно сохранить на моих выходных конденсаторах, чтобы не слишком сильно нагружать мой преобразователь BOOST?

Я знаю, что это может быть связано с импедансом между выходным конденсатором и самой нагрузкой, а также с тем, что мне не нужны выходные конденсаторы, чтобы иметь возможность обеспечить ВСЮ энергию для импульса, поскольку преобразователь должен быть в состоянии справиться с некоторое количество переходных процессов нагрузки.

EDIT # 1 @ Brian & Peufeu: с этого момента я рассматриваю 0,9F как правильный ответ для моих предыдущих расчетов, используя C = dV / dt. Схема повышения, которая генерирует 24 В, выглядит следующим образом:

Преобразователь BOOST реализован на микросхеме коммутатора LM3481.

На входе этого преобразователя находится литий-ионная батарея 4S3P - 12 x 18650 элементов, более чем способная обеспечить необходимый ток. Кабели также обрезаются до минимальной длины и скручиваются, чтобы свести к минимуму сопротивление среды. Во время проектирования я не был уверен в том, какими будут пиковые токи в системе, поэтому я думаю, что, возможно, уже плохо выбрал свой индуктор... вот характеристики:

Дроссель выбран для повышающего преобразователя (WE - 744750340150)

Насколько я знаю, мой переключатель и диод не в состоянии выдержать вышеупомянутый сценарий.

Я рекомендую увеличить размер конденсатора. Допустим, вы можете выдержать разрядку от 24 В до 22 В в течение этих 50 мс... теперь dQ = C.dV, поэтому C = dQ/dV = 0,9/2 = 0,45F. Для падения 1 В, 0,9F. (Это не похоже на большое увеличение, но в вопросе есть арифметическая ошибка в 21,6/576)
Спасибо за заметки, Брайан, но все же такой подход не то, что мне нужно. Что-то мне подсказывает, что даже по моим расчетам (подразумевающим полный разряд конденсатора) я здесь не на правильном пути... Все расчеты предполагают, что схема BOOST перед выходными конденсаторами не будет давать ток во время пульс, что не соответствует действительности.
Это просто: просто вычтите выходной ток форсирования из потребности и заново запустите расчеты. Если он может генерировать 2 А (это большой импульс при 24 В), C должен подавать 16 А, то есть 0,4 или 0,8 F.
Я надеюсь, что буст не питается от чего-то вроде 1-элементного LiIon ...

Ответы (1)

Вы ошиблись в расчете.

I = C dv/dt <=> C = I dt/dv

Но ты забыл дв. Допустим, вы хотите, чтобы I = 18 А в течение dt = 50 мс, позволяя напряжению на конденсаторе упасть на dv = 1 В.

Таким образом, C = 0,9 фарад.

В результате ваших расчетов конденсатор полностью разряжается в конце dt. Таким образом, ваши 18А не продержатся очень долго, они будут только в начале импульса...

В любом случае. Как вы понимаете, вы не на правильном пути.

Выходной колпачок должен быть достаточно большим, чтобы его можно было выдержать только в течение нескольких циклов вашего преобразователя постоянного тока. После этого повышающий преобразователь, надеюсь, отрегулируется и начнет обеспечивать необходимую вам мощность. Таким образом, нам нужно изучить ускоритель... а также его источник питания. Потому что повышение должно удерживать, не разрушая полевой МОП-транзистор, и, конечно, все, что отключается, должно поставлять требуемую энергию.

Поэтому, пожалуйста, предоставьте всю информацию об этом усилении и о том, что его приводит в действие, и мы продолжим.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Итак, если предположить, что батарея LiIon в порядке с током, который составляет не менее 24/Вбат = 25А...

C29 следует заменить на самую низкую крышку ESR, которую вы можете получить, попробуйте, например, Nichicon LF, C27 использует самую высокую емкость MLCC, которая соответствует занимаемой площади (лично я бы поставил около 10 MLCC...)

C34 рассчитан на пульсирующий ток 2,3 А, он потребляет более 20 ампер ... он выдержит 50 мс, но напряжение будет грязным, как указано выше, несколько полимеров со сверхнизким ESR, таких как 10 мОм, с несколькими параллельными MLCC будут будь лучше.

Средний ток индуктора не имеет значения, он не успеет нагреться за 50 мс, однако важен ток насыщения, и здесь у нас есть проблема, потому что, когда индуктор насыщается, ток будет всплеском, что приведет к срабатыванию ШИМ. контроллер для защиты полевого транзистора, если резистор датчика тока и другие пороговые значения установлены правильно.

Итак, вам нужен еще один индуктор... Используя уравнения здесь :

Vin = 10 В (худший случай) Vвых = 24 В

Рабочий цикл D=0,66

Пульсации дросселя Di = 0,95 А

=> Катушка индуктивности имеет слишком высокое значение, используйте меньшую индуктивность, 10 мкГн приведет к пульсациям 1,4 А, вы можете даже использовать 4,7 мкГн. Не бойтесь доводить пульсации тока индуктора до высоких значений. Итак, 4,7 мкГн.

И... максимальный ток индуктора 55 ампер.

Проверка в реальных условиях:

Vin=10В, Vвых=24В, D=0,66, средний ток индуктора= Iвых/(1-D) = 54А. Неудача.

Увеличьте Vin до 4S, чтобы 4 * 3,4 В = 13,6 В.

Vin=13,4 В, Vвых=24 В, D=0,5, средний ток дросселя= 35 А...

Это очень плохо пахнет из-за того, что потери RI ^ 2 находятся в квадрате I. Полевой транзистор и диод выглядят достаточно круто, чтобы выдержать 50 мс, но это действительно подталкивает его к повышению.

Я предлагаю уменьшить катушку индуктивности еще немного, чтобы получить модель, которая может работать с огромным током без насыщения.

Поскольку выходные колпачки слишком малы, чтобы справиться с этим, похоже, что вам предстоит респин доски ...

В этом случае я предлагаю перемонтировать батарею 4S3P, чтобы обеспечить большее напряжение, и использовать понижающий преобразователь.

Черт, если ваша батарея может обеспечить 25 В, вы можете полностью отказаться от переключателей и использовать устройство линейного прохода.

Исходный вопрос обновлен с учетом вашего комментария.
хорошо, смотрите мои правки, но это выглядит не очень хорошо
Пожалуйста. Извините, что испортил вашу схему ;) кстати, какая нагрузка?
Ничего страшного. Моя нагрузка - бесщеточный двигатель постоянного тока. Самое смешное, что драйвер нагружен большой емкостью, что-то вроде 3 мФ. Хотя, похоже, это не сокращается, по крайней мере, на один бит.
Почему вы хотите отправить только один импульс тока в двигатель?
На самом деле двигатель потребляет значительный ток в режиме . Дело в том, что при старте с холостого хода зверь высасывает тот дурацкий импульс, к которому я не был готов. Даже емкость, предусмотренная в драйвере HW (который является сторонним), не смогла справиться с этим ... имхо, дерьмовая конструкция драйвера. - Вещь рассчитана на максимальный ток 3А.
хорошо, вы действительно должны использовать аккумуляторную батарею с подходящим напряжением, привод двигателя от преобразователя постоянного тока всегда приводит к фейспалму ...