In batteriebetriebenen Leistungswandlern wie Motorsteuerungen ( Halbbrücke oder Vollbrücke ) wird eine Bulk - Kapazität zwischen Vdd und Gnd gelegt . Ich hielt dies für unnötig, da der Eingang Gleichstrom ist und Batterien als "große Kondensatoren" betrachtet werden können. Aber nach dem Lesen fand ich einige der Gründe:
A. Liefern Energie bei hoher Stromaufnahme beim Start und absorbieren Energie beim Stopp (erzeugt durch induktive Last).
B. Reduzieren Sie den Welligkeitsstrom, der Überhitzung und Überspannung verursacht.
Zum Beispiel: Angenommen, es gibt ein System, das 1500-uF-Kondensatoren mit 3,3 A Restwelligkeitsstrom und 17 mOhm Impedanz bei 100 kHz verwendet. Das gleiche Unternehmen bietet einen 560-uF-Kondensator mit 2,18 A Welligkeitsstrom und 20 mOhm Impedanz bei 100 kHz an.
Wenn zwei von 560uF parallel geschaltet werden, erhalten wir ungefähr 1100uF mit 4A Welligkeitsstrom. Ist dies besser oder schlechter als einzelne 1500uF im Fall einer Motorsteuerung?
Wenn der Welligkeitsstrom wichtiger ist als die Kapazität, was ist dann mit der Verwendung von Folienkondensatoren (Polypropylen), da sie sehr verlockende Eigenschaften haben? Aber sie haben eine viel geringere Kapazität von etwa 15 uF, aber einen Nennstrom von 10 A oder mehr?
Wie andere gesagt haben, sind beide Spezifikationen wichtig, und es gibt andere Gründe für den Wunsch nach Kapazität in den Stromleitungen: Verhinderung eines Spannungsabfalls von der Batterie, wenn sie keinen Strom schnell liefern kann (die Batteriechemie wirkt sich erheblich darauf aus), I * R-Verluste, wenn Die Batterie ist weit entfernt, Weg für Motortransienten (obwohl ich Dioden und kleinere Keramikkappen, keine Elektrolyte, über den Brückentransistoren für die schnelleren Transienten erwarten würde).
Dies ist fraglich; Sie haben die Toleranz ausgelassen. Wenn die Doppelkappen jeweils eine Toleranz von +/-20 % haben und Sie eine bei +20 % und eine bei -20 % erhalten, teilen sie den Strom nicht gleichmäßig, da sie unterschiedliche Impedanzen haben, was dazu führen könnte, dass eine vorzeitig ausfällt , und das andere kurz danach, da es die Last möglicherweise nicht alleine bewältigen kann. Denken Sie auch daran, dass höhere Toleranzen dazu neigen, sich in der Nähe der äußeren Grenzen zu sammeln, da Werte, die näher am Nennwert liegen, normalerweise mit engeren Toleranzspezifikationen für mehr Geld verkauft werden; Das heißt, ein +/-20 %-Anteil liegt wahrscheinlich nicht innerhalb der +/-10 %-Toleranz, da dies die +/-10 %-Anteile sein werden usw.
Die Reduzierung der Kapazität wird nicht empfohlen. Wenn 15 uF für die beabsichtigte Last ausreichen würden, hätte der ursprüngliche Designer wahrscheinlich einen 15-uF-Elektrolyt anstelle eines 1500-uF-Elektrolyts gewählt; Bei gleicher Spannung und Nennstrom wären die 15 uF wesentlich billiger und kleiner. Wenn Sie einen anderen Motortyp verwenden, als der ursprüngliche Designer im Sinn hatte, müssen Sie die Eignung der niedrigeren Kapazität selbst prüfen.
Wenn Sie wirklich entschlossen sind, diesen bestimmten Kondensator loszuwerden, würde ich versuchen, die PWM-Frequenz zu erhöhen (damit Sie dann die erforderliche Massenkapazität reduzieren können), wenn dies mit dem von Ihnen verwendeten Motor (dem Motor) funktioniert wird seine eigenen mechanischen und elektrischen Zeitkonstanten haben, mit denen Ihre Schaltung fertig werden muss).
Eine weitere zu berücksichtigende Sache ist die Auswirkung der Motorinduktivität, die parallel zu dieser Kapazität liegt. Der höhere ESR eines Elektrolyten kann manchmal vorteilhaft sein, um potenzielle LC-Oszillationen zu dämpfen, die andernfalls als Ergebnis einer pulsierenden Stromversorgung des Motors mit der Brücke möglich wären, insbesondere wenn der Widerstand der Motorwicklung niedrig ist. Sie müssten die Impedanz der Motoren untersuchen, die Sie antreiben möchten, um auf mögliche Resonanzen zu prüfen.
Als allgemeine Anmerkung für zukünftige Referenzen hat Analog Devices (keine Zugehörigkeit zu mir zum Zeitpunkt dieses Beitrags) einen Artikel zu den allgemeinen parasitären Effekten von Kondensatoren in ihrem „Ask The Applications Engineer # 21: CAPACITANCE AND CAPACITORS“, den ich nützlich fand .
Sie müssen EMI berücksichtigen, wie in den anderen Antworten erwähnt wurde - aber dies wird möglicherweise besser durch normalerweise kleinere Kondensatoren und ein gutes Layout gehandhabt.
Es ist in Ordnung, den Welligkeitsstrom in dem Verhältnis aufzuteilen, in dem die Kapazität aufgeteilt wird, obwohl Sie die Kosten-/Platzauswirkungen berücksichtigen und auch sicherstellen müssen, dass Ihr PCB-Layout mindestens so effektiv ist wie zuvor.
Sie können im Allgemeinen keine zusätzlichen Kondensatoren mit niedrigerem Wert hinzufügen, um den Welligkeitsstrom zu absorbieren. Es gibt nichts, was den Welligkeitsstrom zu Ihrem „guten“ Kondensator lenkt, außer anderen Widerständen oder Induktivitäten im Stromkreis.
Batterien haben schlechte AC-Eigenschaften (die chemischen Prozesse sind ratenbegrenzt und möglicherweise gesättigt), daher sollten Sie versuchen, Ihre Schaltung so zu gestalten, dass die Welligkeit von der Batterie isoliert wird. Idealerweise müssen Sie die detaillierten Auswirkungen aller Komponentenänderungen analysieren, die Sie in Betracht ziehen – es ist zu einfach, nur die Spezifikationen zu vergleichen, wenn es möglicherweise Auswirkungen auf die Lebensdauer der Komponenten, die Betriebseffizienz oder die EMV gibt.
Einer der Gründe für eine Kappe an der Brücke ist die Minimierung von EMI. Hochfrequenz- und Impulsströme sollten so nah wie möglich an ihrem Ursprung zur Erde zurückgeführt werden. Der Kondensator kann in der Nähe der Brücke platziert werden. Der Akku kann es wahrscheinlich nicht. Je länger der Weg ist, auf dem die Hochfrequenz- oder Impulsströme zirkulieren, desto mehr EMI wird emittiert.
Eine Batterie speichert keine elektrische Energie. Es speichert chemische Energie und wandelt diese in elektrische Energie um, wenn ein Stromkreis über die Anschlüsse gelegt wird. Die Chemie funktioniert besser mit einer sanfteren Belastung. Hochfrequenz- und Impulsströme werden besser von einem elektrischen Gerät wie einem Kondensator gehandhabt.
Der Hauptunterschied zwischen den 1500-uF- und zwei 560-uF-Optionen ist die Frequenz, bei der sie Schutz bieten. Ihr Schutz beginnt bei f = 1/(2PixRC) und darunter abzuschneiden. Der 1500 hat eine Eckfrequenz von 6.245 Hz und eine Hochfrequenzimpedanz von 17 MOhm. Der 560 parallel hat eine Eckfrequenz von 14.217 Hz und eine Hochfrequenzimpedanz von 10 mOhm. Die Vorteile der beiden 560uF beginnen also bei Frequenzen unter 14 kHz abzuschneiden, während die 1500uF bis 6 kHz nicht abschneiden. Es hängt also von der Welligkeitsstromfrequenz ab. Wenn Ihre gesamte Welligkeit/Rauschen deutlich über 14 kHz liegt, sind die beiden 560er überlegen. Wenn Sie Schalt- oder Rauschen unter 14 kHz haben, ist der 1500 wahrscheinlich besser. Ich vermute, Sie brauchen die 1500uF für die niedrigeren Frequenzen.
Manchmal verwendet man mehrere Kondensatoren parallel, wie z. B. das Hinzufügen eines Polypropylens mit einem Elektrolyten. Das Polypropylen hat einen niedrigen ESR. Es bietet also Vorteile für große Amplituden, kurzzeitige Spitzen und hochfrequente Welligkeit. Wohingegen die Elektrolyse Vorteile bei vergleichsweise niedrigeren Frequenzen und längeren Spitzen bietet. Um einen Schutz über einen Bereich von Frequenzen zu erhalten, fügt man parallel verschiedene Arten von Kappen hinzu.
Die Solo-Folienkappen bieten nur Schutz bei höheren Frequenzen. Wenn Sie einen Niederfrequenzschutz benötigen, benötigen Sie auch die Elkos.
Die Welligkeitsstromspezifikation eines Kondensators bezieht sich nur auf den sicheren Betrieb des Kondensators ohne Überhitzung (was eine kürzere Lebensdauer oder sogar einen Ausfall bedeutet). Und es ist verwirrend, wie Sie versuchen, dies mit einer Motorantriebsanwendung in Einklang zu bringen. Die Spezifikation bezieht sich auf einen kontinuierlichen Wechselstrom, der eine Verlustleistung verursacht, die durch den Innenwiderstand ummantelt ist. Dies in Kombination mit dem thermischen Widerstand eines Kondensators führt zu einem Temperaturanstieg des Kondensatorkerns. Dies ist nicht der Fall, wenn ein Einschaltstrom durch den Kondensator geliefert wird. Tatsächlich wird der Welligkeitsstrom in Ampere RMS angegeben.
Angenommen, Sie verwenden einen 3-A-Welligkeitsstromkondensator. Sie haben beispielsweise eine Welligkeit von 2 A (verursacht durch ein PWM-Antriebssignal). Eine Erhöhung des Nennwelligkeitsstroms des Kondensators auf beispielsweise 5 A verringert nur die Kerntemperatur des Kondensators und verringert daher die "Ausfallrate" des Kondensators. Ich schlage vor, dass Sie den Ripple-Strom mit einem True-RMS-Multimeter messen, um den erforderlichen Ripple-Stromwert abzuschätzen. Und wählen Sie einfach einen Kondensator mit einer höheren Nennleistung.
Die Kapazität hängt davon ab, wie viel Energie dieser Kondensator im Falle eines Einschaltstroms liefern kann. Eine geringere Kapazität hat keinen Einfluss auf den Kondensatorausfall. Den restlichen Strom bezieht der Motor aus der Batterie. Bei hoher Innenimpedanz der Batterie fällt die Spannung ab und der Motor erzeugt nicht das volle Drehmoment. Ich denke also, Sie können nicht einfach antworten, "was wichtiger ist, der Ripple-Strom oder die Kapazität".
Nur mein Gedanke: Wir wollen nicht, dass sich eine Batterie erwärmt oder dass sie zu einem Funksender wird, also wird ein EMI-Filter benötigt. Die Batterie kann keine Spitzenströme liefern oder aufnehmen, die Sie in der Motorsteuerbrücke finden würden, daher wird wieder die Kondensatorbank benötigt. Zwar können die Folienkondensatoren im Vergleich zu den Elktrolytkondensatoren ein höheres Alter erreichen, jedoch bei höherem Volumen und Preis. Trotzdem gibt es gute elektr. Kappen, die ziemlich lange halten und sich von denen unterscheiden, die Sie in der Unterhaltungselektronik finden. Beispiel: http://en.tdk.eu/tdk-en/179690/products/application-guides/industrial---epcos-brand/power-supply---conversion/power-supplies-switch-mode-power- liefert - smps-/Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren
Die Natur der H-Brücke ist, dass Sie schnelle Stromänderungen haben und die Wahl des Kondensators auch von der Leitungslänge sowohl zum Motor als auch zurück zur Batterie bestimmt wird. Die Induktivität der Leitung bedeutet, dass diese Ströme zu großen Spannungsausschlägen führen, wenn kein Strompfad durch diese Kondensatoren verfügbar ist. Wenn Sie die Leitungen kurz halten, kann die erforderliche Kapazität reduziert werden, um einen Welligkeitspegel zu erreichen. Wenn Sie hohe Ströme schalten, benötigen Sie einen niedrigen ESR. Wenn Sie bei relativ niedrigen Frequenzen schalten, benötigen Sie eine hohe Kapazität. Wenn Sie bei niedrigen Frequenzen UND hohen Strömen schalten, wie es häufig bei einem Motor der Fall ist, benötigen Sie sowohl einen niedrigen ESR als auch eine hohe Kapazität.
Wenn Sie den von Ihnen vorgeschlagenen Folienkondensator verwenden würden, hätten Sie aus zwei Gründen mit Sicherheit geringe Verluste im Kondensator: Der niedrigere ESR bedeutet niedrige Widerstandsverluste, und der niedrigere Kapazitätswert bedeutet, dass im Kondensator weniger Strom fließt an erster Stelle. Der niedrigere Strom bedeutet jedoch, dass die Stromwelligkeit in den Leitungen größer und die Spannungswelligkeit höher ist.
Elektrolyte mit ihrem höheren ESR erhitzen sich und können bei Überbeanspruchung platzen. Wählen Sie einen Kondensator mit niedrigem ESR und lassen Sie ihn kurz laufen und prüfen Sie, ob er sich warm anfühlt. Eine Schutzbrille wird empfohlen.
1a. Wählen Sie Ihre Kapazität (Minimum) so aus, dass die maximale Spannung (aufgrund der induktiven Last beim Stoppen) geringer ist als die Nennleistung des Kondensators und des FET.
1b. Wählen Sie Ihre Kapazität (Minimum) so aus, dass die Brummspannung akzeptabel ist.
2. Wählen Sie dann die niedrigste ESR-Obergrenze, die Sie sich leisten können.
Natürlich gibt es einen Kompromiss. Wenn Sie die Technologie wechseln, tauschen Sie Kapazität gegen ESR (und Preis). In der Reihenfolge der Kapazität / des Dollars sind Ihre technischen Optionen: Alaun-Elektrolyt-Alaun-Polyfilm-Keramik
Wenn Sie wirklich einen niedrigen ESR (z. B. viel Welligkeitsstrom und Wärme) benötigen und nur wenig Platz haben (kann nicht viel großes Alaun verwenden), müssen Sie anfangen, diese Skala nach unten zu rutschen.
Eine weitere Anmerkung zu Alum Electrolytic: Kapazität und ESR hängen zusammen: Wenn Sie die Plattenfläche (Kapazität) vergrößern, verringern Sie den Widerstand.
Schließlich kann es einen Kompromiss geben, wenn Sie mit zwei hohen Kapazitäten arbeiten, was die Erzeugung eines Stromschaltens ungleich Null ist, wenn Sie Ihre FETs einschalten.
Lundin