Wie berechne ich den Kondensatorwert (Farad und Spannung) angesichts des Impulsstroms, der Impulsdauer und des maximal tolerierbaren Spannungsabfalls?

Ich habe ein elektronisches Bauteil mit folgenden Eigenschaften:

Operating voltage: 4.5V
Peak operating current: 2000mA for 600uS every 4000uS.

400mVDas Gerät kann während des Spitzenstromstoßes einen Spannungsabfall von bis zu tolerieren .

Ich möchte einen Kondensator (in der Nähe der Komponente platziert) verwenden, um den gesamten Spitzenbetriebsstrombedarf zu decken, damit der Burststrom nicht den ganzen Weg von der Hauptquelle zur Komponente fließen muss. Dies gibt mir auch die Möglichkeit, eine Quelle mit niedrigerer Ausgangsstromkapazität zu verwenden, anstatt eine, die Spitzenstromanforderungen bewältigen kann.

Angenommen, der ESR des Kondensators sei <= 0.1 ohm. Wie komme ich zu einer optimalen Kapazität und Nennspannung des Kondensators?

[Ich suche eine theoretische Antwort, ich werde etwas Headroom hinzufügen, während ich die Komponente tatsächlich auswähle.]

@Brian Drummond Die Problemdefinition ist kein Unsinn, es sei denn, Sie nehmen Dinge an. Das Gerät arbeitet in verschiedenen Modi. Die meiste Zeit befindet sich das Gerät im Ruhezustand. Zu diesem Zeitpunkt verbraucht es 200 mA durchschnittlichen Strom. In Momenten der Aktivität steigt der Verbrauch alle 4000 us auf 2 A 600 uS plus. Der durchschnittliche Strom während dieser Phase ist anders und ich habe ihn hier nicht angegeben (kann aber bei Bedarf aus den angegebenen Daten berechnet werden). Jedenfalls wird hier kein durchschnittlicher Stromverbrauch während der Leerlaufphase benötigt. Also werde ich es entfernen, um Verwirrung zu vermeiden.
Das macht es klarer: Es sind nur die Spitzen, die Sie bedienen müssen. Werde früheren Kommentar entfernen.

Antworten (1)

Kondensatorentladung durch Konstantstromquelle

Über den Link können Sie die Gleichung für Konstantstrom durch einen Kondensator erhalten. Dadurch können Sie für die gesamten 600 uS von einer Worst-Case-Spezifikation von 2 Ampere ausgehen.

Angenommen, Sie können den Kondensator in der Ausschaltzeit (15% Einschaltdauer) praktisch vollständig aufladen.

v ( T ) = 1 C ICH T + v ( 0 ) .

C = ICH T v ( T ) − v ( T 0 )

Wenn Sie Ihre Zahlen einstecken, ohne den ESR von 0,1 Ohm zu berücksichtigen, sollten Sie am Ende 0,003 F erhalten. Denken Sie daran, dass der Strom negativ ist, da Sie ihn entladen. Wenn 0,1 Ohm ESR 200 mV Spannung entnehmen und davon ausgehen, dass die Versorgungsspannung nur 4,5 V beträgt, bleiben nur noch 200 mV zum Spielen übrig. Wenn Sie 4,5 V bis 4,3 V anschließen, benötigen Sie am Ende 0,006 F.

Wenn Sie nicht den schlimmsten Fall für eine ohmsche Last wollen und stattdessen etwas Genaueres verwenden möchten, um Obergrenzenkosten zu sparen, können Sie die RC-Gleichung verwenden: v ( T ) = v 0 ( e − T / R C ) Damit müssten Sie es integrieren und dann nach C auflösen. Für R würden Sie 4,5 V / 2 Ampere verwenden, was Ihrer Meinung nach Ihr maximaler Strom war.

Außerdem fragt die ursprüngliche Frage, welche Spannung der Kondensator haben sollte. Gutes Design sollte 25-50 % über den Erwartungen liegen. Es sollte also mit ~ 5,6 V bis 6,75 V bewertet werden.

Was ist mit dem ESR? 2 A durch 0,1 Ohm sind 200 mV, was die Hälfte Ihres zulässigen Delta-V verbraucht.
Guter Punkt, ich werde die Antwort aktualisieren, um dies anzupassen.
Die Verwendung des exponentiellen RC-Abfalls zur Berechnung des Kondensatorwerts bringt in diesem Fall nicht viel Spielraum, wenn man nur von konstanten 2 A ausgeht, da der Strom bei 4,1 V immer noch etwa 91 % des Stroms von 4,5 V betragen würde. In Fällen, in denen der Spannungseinbruch im Vergleich zur Betriebsspannung klein ist, kann man normalerweise von einem konstanten Strom ausgehen und der wahren Antwort mit viel weniger Mathematik sehr nahe kommen. In diesem Fall werden durch die zusätzliche Mathematik nur etwa 5 % kleinere Kondensatoren gekauft.
Wie berechne ich den Kondensatorwert (Farad und Spannung) angesichts des Impulsstroms, der Impulsdauer und des maximal tolerierbaren Spannungsabfalls?
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