Negreba 2 июн 2022 в 07:29

Нужно ли усреднять импульсную нагрузку на источник электропитания?

5 мин

5.9K

Производство и разработка электроники*Схемотехника*Энергия и элементы питания

Из песочницы

+11

Комментарии 28

Hlad 2 июн 2022 в 08:54

Начинаем считать. Нужно в течение 1 мс выгружать 80А@8В. 640Вт за 1 мс — это энергия 0,64Дж. Эту энергию надо запасти в конденсаторах. E=(U^2) * C/2, откуда C = 2*E/(U^2). Подставляя значения, получим 2*0,64/64 = 0,02Ф или 20 тысяч микрофарад. Это ёмкость, в которой в принципе можно запасти 0,64Дж, при разряде до нуля. Дальше — ещё интереснее: нужно, чтобы за время импульса напряжение не просело ниже какого-то уровня. Допустим, не ниже 7В. То есть, после того, как потребитель высосет свои 0,64Дж, в кондёрах должно остаться ещё 0,49 Дж. Получается, что для того, чтобы конденсаторы сами по себе что-то решали, нужна ёмкость порядка 37 тысяч микрофарад. По хорошему — в этом опыте надо было ставить электролит на 33 тысяч микрофарад, и дополнительно накидывать тысяч пять микрофарад тантал-полимеров и пару сотен микрофарад керамики на сдачу. В этом случае были бы хоть какие-то шансы на то, что конденсаторы чем-то помогут. Это без учёта омических потерь и т.д. В статье мы видим, как доблестные инженеры Аедона пытаются справиться сначала электролитами на 200 мкФ (в ДВЕСТИ раз меньше, чем нужно), потом досыпают ещё 2800мкФ (итоговая ёмкость — 3000 мкФ, в 12 раз меньше, чем нужно), и удивляются, что конденсаторы не помогают?

Насколько помню, все вышеупомянутые формулы изучаются в старших классах школы. Возникает справедливое сомнение в квалификации инженеров компании.

Negreba 2 июн 2022 в 09:28

Всё так, почти верно. Там, конечно, ещё и сам модуль будет свою энергию поддавать в нагрузку во время импульса, с учётом работы в режиме перегрузки это ещё примерно 0,4 Дж.

В этом эксперименте мы наглядно показали потребителю, что в его заданном объёме работать в режиме усреднения не получится. На необходимость использования десятков тысяч микрофарад в системах с усреднением мощности мы также регулярно обращаем внимание потребителей и такой набор "банок" я показывал в статье в "Силовой Электронике" https://power-e.ru/power_supply/elektropitaniya-afar-chast-2/:

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Hlad 2 июн 2022 в 09:37

Тогда в статье категорически не хватает последнего эксперимента: той самой батареи конденсаторов, со словами «вот такая ёмкость минимально необходима...». Без него, увы, статья выглядит, как памятник вопиющей инженерной неграмотности.

GarryC 2 июн 2022 в 09:59

А он (последний эксперимент) действительно необходим ? Автор показал, что при "разумных" значениях конденсатора задачу не решить (хотя согласен, что расчетным путем провести подобный эксперимент проще), а "неразумные" решения рассматривать не стал, предложив альтернативу. Так что насчет памятника Вы, по моему, погорячились.

Hlad 2 июн 2022 в 10:08

Эмм, а почему вы считаете, что 33 тысячи мкФ — это неразумная ёмкость? Для рабочего напряжения в 12 или 16 вольт — это относительно небольшие конденсаторы, которые вполне можно впихнуть вместо второго модуля, который предложил топикстартер. И обойдётся этот конденсатор примерно в сто раз дешевле второго модуля питания. Опять таки, можно батареей набрать из более мелких номиналов, так даже правильнее будет.

GarryC 2 июн 2022 в 10:33

Я видел электролит на 100 000 мкФ и увиденное меня нисколько не порадовало. Хотя это было 30+ лет назад и, вполне возможно, конденсаторы уменьшились в размерах и цене, хотя насчет "в сто раз дешевле" - все таки преувеличение, не упоминая габариты обоих решений.
У каждого разработчика свои представления о разумном и его антитезу, особенно если разработчик рекламирует производимую серийную продукцию.
Но это все спорные моменты, мне просто не понравилась Ваша реплика о "вопиющей инженерной безграмотности", не вполне справедливая.

Hlad 2 июн 2022 в 10:43

100 000 микрофарад на сколько вольтах? Там очень большая зависимость размеров от напряжения.

GarryC 2 июн 2022 в 10:45

Конечно на 6.3В, ведь это был 30+ лет назад.

Hlad 2 июн 2022 в 11:04

Возможно, это был неполярный конденсатор. Электролит на 33 тысячи мкФ имеет достаточно скромные размеры. Посмотрите, например, UKW1C333MRD

Negreba 2 июн 2022 в 13:34

только сколько он проработает с такой пульсацией тока? )

wilczek 2 июн 2022 в 22:48

Полагаю, долго. Вот навскидку - 10 конденсаторов типа UHW1A562MHD - 5600.00х10В, 3.3А эфф. тока пульсаций каждый. Итого - суммарная емкость сборки 56000 мкФ, эфф. ток пульсаций - 33А, цена вопроса - 22 бака, размер - 65х40х25мм. Имеем - ожидаемые рмс ток пульсаций при условии, что 340 Вт БП имеет импульсную мощность 400 Вт, т.е. 50 А выходного тока, - <20А, пульсации - ~0.5В. Вуаля.

sim2q 8 июн 2022 в 04:46

Я видел электролит на 100 000 мкФ и увиденное меня нисколько не порадовало.

у меня есть

да-да.. они до сих пор "свежак" , аж 120% ёмкости!
вот что живительный ромбик делает :)

жаль нет рядом ничего для ощущения размера - длинна этой сборки - почти метр

diakin 2 июн 2022 в 10:19

Ну можно без энергии )
1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт: 1 Ф = 1 Кл / 1 В.
Iи=80 А, tи=1 мс, скважность=5) 80 a= 80 Q/сек За 1 мс заряд будет 0.8 кулон. Соответственно на конденсаторе 1 ф при разряде током 80А за 1 мс напряжение уменьшится на 0.8 вольта

diakin 2 июн 2022 в 11:12

Вру, 0.08 кулон, соответственно 0.08 вольта

KbRadar 5 июн 2022 в 15:53

При таких емкостях сильнее ESR скажется на итоговой форме выходного напряжения.

diakin 5 июн 2022 в 20:12

Это просто иллюстрация к расчету потребной емкости.

aamonster 2 июн 2022 в 11:39

Эксперимент там, где легко считается – это, конечно, странно.
Но, кстати, если поставить конденсатор достаточной ёмкости – возникает вопрос (помимо цены и габаритов): как себя поведёт БП сразу после включения, когда ему надо этот конденсатор заряжать.

Hlad 2 июн 2022 в 11:45

Кстати, как ни странно, допустимая ёмкостная нагрузка в документации на упомянутый модуль никак не нормируется в даташите, кстати.

Negreba 2 июн 2022 в 11:55

по ТУ 8000 мкФ

Hlad 2 июн 2022 в 12:00

Если добавите эту информацию в даташиты — будет заметно удобнее.

sim2q 8 июн 2022 в 04:39

Спасибо за расчёты, но что вы ожидали в статье от:

Наша компания занимается разработкой и производством источников и систем электропитания самого различного назначения.

Тут нужно же продать большой БП который будет большую часть времени "простаивать."
А задачу на вскидку можно решать если время и скважность импульса позволяет не перегревать компоненты и успевать рассеивать тепло за время паузы. И главное что бы позволяла топология, т.к. из fly back как я понимаю - просто физически не вытащить при заданном типоразмере сердечника.