Benötigen Sie eine aufladbare kurzzeitige geregelte 15-Watt-Spannungsquelle

Ich arbeite an einem HF-Telemetrie-Nebenprojekt, bei dem ein Verstärker-IC zwischen den Ladevorgängen etwa 5 Sekunden lang betrieben werden muss. Das System ist tragbar und wird mit einer 3,3-V-Batterie betrieben, die etwa 100 mA liefern kann. Der IC läuft mit 10 V und zieht 1,5 Ampere, also 15 Watt. Ich kann nicht einfach einen Aufwärtswandler am Akku des Geräts verwenden, da er nicht annähernd so viel Strom liefern kann. Also muss ich die notwendige Ladung speichern und sie dann bei einer geregelten Spannung abgeben.

Die Ausgangsspannung meines Ladungsspeichers sollte bei 10 Volt gut geregelt sein, und ich brauche ihn, um mindestens 5 Sekunden lang konstant 1,5 Ampere liefern zu können, danach schalte ich ihn aus und lade ihn wieder auf.

Die Ziele hier sind, die Größe und die Zeit zu minimieren, die zum Aufladen des Dings benötigt wird. Ich gehe davon aus, dass die Lösung entweder eine Art Batterie oder ein Kondensator mit einer Schaltung zur Regulierung der Ausgangsspannung sein wird.

Ich weiß nicht viel über praktische Ladungsspeicherung und Leistungsregelung, aber wenn jemand einen guten allgemeinen Ansatz kennt, kann ich auf die Details eingehen.

Bearbeiten: Angenommen, Geld spielt keine Rolle, interessiert sich jemand für die Verwendung eines Super-Caps?

Antworten (2)

15 W × 5 s = 75 J. Wenn Sie das in einem Kondensator speichern möchten, benötigen Sie eine Kapazität von

C = 2 × 75 J ( 10 v ) 2 = 1.5 F

Es gibt Supercaps mit noch höheren Kapazitäten, aber Typen, die einen Strom von 1,5 A liefern können, liegen zwischen teuer und Damn Expensive™.

Eine Batterie ist die bessere Wahl. Zum Beispiel ein LiPo gefolgt von einem Aufwärtswandler , um auch bei schwankender Akkuspannung schön geregelte 10 V zu haben. Verwenden Sie einen anderen Aufwärtswandler, um die Batterie zwischen Laststößen aufzuladen; Ich würde das Ladegerät während des Sendens abschalten.

Wenn die 3,3 V 100 mA liefern können, sind das 330 mW. Angenommen, die beiden Aufwärtswandler haben einen Wirkungsgrad von 85 %, dann benötigen Sie 105 J Eingang, um die erforderliche Ausgangsleistung von 75 J zu erhalten. Bei 330 mW dauert das 315 Sekunden, das sind 5 Minuten und 15 Sekunden. Sie können also alle 5 Minuten und 20 Sekunden einen 5-Sekunden-Burst senden. Wenn Sie eine höhere Frequenz benötigen, müssen Sie eine andere Stromquelle finden.

edit
hätte ich fast vergessen: die batterie hat auch einen wirkungsgrad von unter 100 %. Du kannst nicht jedes Joule, das du reingesteckt hast, wieder rausholen. In der Praxis muss die Ladezeit also länger als die 5 Minuten sein.

Ich würde zwei LiPo-Zellen in Reihe verwenden. Dann haben Sie 7,4 V nominal, 8,4 V voll geladen. Das ist relevant, denn je näher die Spannung an 10 V liegt, desto weniger Strom wird von der Batterie benötigt. Wenn Sie bei 10 V 1,5 A ziehen, müsste eine 3,7-V-Zelle 4,8 A liefern, wenn wir die 85 % für den Booster wieder nehmen. Zwei Zellen in Reihe müssen nur 2,4 A liefern.

edit 2
Daves Ultracap scheint eine gute Alternative zu sein, aber er sollte erwähnen, dass der 3,3-V-auf-2,5-V-Regler auch ein Schaltregler sein muss, es sei denn, Sie geben sich dort mit 75 % Wirkungsgrad zufrieden. Wenn wir eBay als Preisreferenz verwenden, können Sie einen Satz von zwei 240-mAh-LiPos für 4,5-Dollar kaufen, versandkostenfrei. Das bedeutet, dass sie während des 5-s-Bursts nur um 1 % entladen werden. Während also 14 Dollar für die Kappe nicht schlecht sind und definitiv etwas, an das man sich erinnern sollte, kosten die LiPos nur ein Drittel davon.

Es ist auch erwähnenswert, dass das Herunterschalten von 3,3 V auf 2,5 V und dann bis auf 10 V weniger effizient ist als das Hochsetzen von 3,3 V auf 7,4 V und dann auf 10 V. Das liegt daran, dass die Effizienz eines Umschalters sowohl mit dem Eingang als auch mit dem Ausgang zusammenhängt Spannungsdifferenz und deren Verhältnis.

Fantastisch. Ich dachte, ein Kondensator würde nicht funktionieren, haha. Ich werde mich mehr mit dem Laden und Verwenden von LiPo-Akkus befassen. Ich habe schon mal Aufwärtswandler verwendet. Danke!
@Jay - Danke für die Annahme, aber seien Sie damit nicht zu voreilig. Siehe meine Bearbeitung :-).
Erhöht das Ziehen von weniger Strom aus der Batterie nur die Lebensdauer, oder was?
Ähm, ich bin auch etwas verwirrt. Soll sich der Akku in den 5 Sekunden vollständig entladen? Das klingt nicht möglich/sicher.
@JayKeegan Es kann mit Kappen gemacht werden, aber Sie müssen bereit sein, die Rechnung für die Kappen zu bezahlen. Und nein, das Entladen eines gesamten LiPo-Akkus in 3 Sekunden ist nicht sicher, aber wenn Sie nur 1,5 A auf einmal benötigen, hält ein normaler Handy-Akku eine Stunde. Eine lange Lebensdauer einer Batterie zu erreichen, ist im Vergleich zu dem Problem hier sehr, sehr komplex.
@Jay - Der doppelte Strom ist das Vierfache des Leistungsverlusts im Innenwiderstand der Batterie und in der Verkabelung des Stromkreises. Schlechte Effizienz. Und ja, die höhere Verlustleistung erhöht die Temperatur der Batterie, was ihre Lebensdauer verkürzt. In der Praxis mag das vernachlässigbar sein, da sie in erster Linie für Hochstrom ausgelegt sind.

Kein Supercap, sondern ein Ultracap, der für hohe Ströme ausgelegt ist , könnte funktionieren.

Grobe Berechnung: Ultracaps haben Nennspannungen in der Größenordnung von 2,5 V, sodass Ihre 1,5 A bei 10 V (ohne Effizienzprobleme im Moment) in 6 A bei 2,5 V übersetzt werden. 6A für 5 Sekunden ist eine Ladung von 30C. Angenommen, Sie können einen Spannungsabfall von 0,1 V über die 5 s tolerieren, sodass der benötigte Kondensator 300 F betragen würde.

Um diesen Kondensator aufzuladen, benötigen Sie nur einen 2,5-V-Regler, der von Ihrer 3,3-V-Versorgung angetrieben wird, die auf 100 mA strombegrenzt ist. Um Ihren Verstärker anzusteuern, benötigen Sie einen Aufwärtswandler (Regler), der die 2,4-2,5 V vom Kondensator in 10 V bei 1,5 A umwandelt. Sie würden den Aufwärtswandler nur dann aktivieren, wenn Sie ihn brauchen, zusammen mit dem Verstärker selbst.

Das Wiederherstellen der 30 °C bei 100 mA (unter Verwendung eines linearen Reglers) würde eine Totzeit von 300 Sekunden zwischen den Übertragungen erfordern. Länger, wenn man reale Effizienzzahlen berücksichtigt. Wenn Sie jedoch einen 3,3-V-auf-2,5-V-Schaltregler verwenden, der Ihnen fast 130 mA ausgeben sollte, reduziert sich die nominelle Wiederaufladezeit auf 227 Sekunden.

Ich habe gerade bei Ebay nachgesehen, und Sie können einen einzelnen Maxwell 350 Farad Ultrakondensator, der ungefähr die Größe einer D-Zelle hat, für etwa 14 US-Dollar bekommen.