¿Cómo calculo el valor del capacitor (faradios y voltaje) dada la corriente de pulso, la duración del pulso y la caída de voltaje máxima tolerable?

Tengo un componente electrónico con las siguientes características:

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

El dispositivo puede tolerar una caída de voltaje de hasta 400mVdurante la ráfaga de corriente máxima.

Quiero usar un capacitor (colocado cerca del componente) para suministrar todos los requisitos de corriente máxima de funcionamiento para que la corriente de ráfaga no tenga que fluir desde la fuente principal hasta el componente. Además, esto me dará la opción de usar una fuente de menor capacidad de corriente de salida en lugar de una que pueda manejar los requisitos de corriente máxima.

Suponiendo que la ESR del capacitor sea <= 0.1 ohm. ¿Cómo obtengo una capacitancia óptima y una clasificación de voltaje del capacitor?

[Estoy buscando una respuesta teórica, agregaré algo de margen mientras selecciono el componente].

@Brian Drummond La definición del problema no tiene sentido a menos que asuma cosas. El dispositivo funciona en diferentes modos. La mayor parte del tiempo el dispositivo está en modo inactivo. En ese momento consume 200mA de corriente promedio. En momentos de actividad, el consumo se dispara hasta 2A 600uS más cada 4000us. La corriente promedio durante esta etapa es diferente y no la he especificado aquí (pero se puede calcular si es necesario a partir de los datos proporcionados). De todos modos, aquí no se requiere el consumo promedio de corriente durante la etapa inactiva. Así que lo eliminaré para evitar confusiones.
Eso lo deja más claro: son solo los picos los que debe atender. Eliminaré el comentario anterior.

Respuestas (1)

Descarga del capacitor a través de una fuente de corriente constante

Desde el enlace, puede obtener la ecuación de corriente constante a través de un condensador. Esto le permite asumir una especificación en el peor de los casos de 2 amperios para todo el 600uS.

Suponiendo que pueda cargar virtualmente por completo el condensador en el tiempo de inactividad (ciclo de trabajo del 15%).

v ( t ) = 1 C I t + v ( 0 ) .

C = I t v ( t ) − v ( t 0 )

Conectando sus números, sin tener en cuenta la ESR de 0,1 ohmios, debería terminar con 0,003F. Tenga en cuenta que la corriente es negativa ya que la está descargando. Con 0,1 ohm ESR extrayendo 200 mV de voltaje y asumiendo que el voltaje de suministro es de solo 4,5 V, solo le quedarán 200 mV para jugar. Conectando 4.5V-4.3V terminará necesitando 0.006F.

Si no desea el peor de los casos para una carga resistiva y, en cambio, desea optar por algo más preciso para ahorrar en costos de capitalización, puede usar la ecuación RC: V ( t ) = V 0 ( mi − t / R C ) Con eso, tendría que integrarlo y luego resolver para C. Para R, usaría 4.5V / 2Amps, lo que insinuó que era su corriente máxima.

Además, la pregunta original pregunta qué voltaje debe tener el capacitor. Un buen diseño debe calificarse entre un 25 y un 50 % por encima de lo esperado. Por lo tanto, debe tener una clasificación de ~ 5,6 V a 6,75 V.

¿Qué pasa con la VSG? 2A a 0,1 ohmios son 200 mV, lo que consume la mitad de su delta-V permitido.
Buen punto, actualizaré la respuesta para ajustar esto.
El uso del decaimiento RC exponencial para calcular el valor del capacitor no dará mucho margen en este caso en comparación con solo asumir una constante de 2A, ya que a 4,1 V la corriente aún sería aproximadamente el 91 % de lo que era a 4,5 V. En los casos en que la caída de voltaje es pequeña en comparación con el voltaje de trabajo, generalmente se puede asumir una corriente constante y acercarse mucho a la respuesta verdadera con mucho menos matemáticas. En este caso, las matemáticas adicionales solo comprarán un condensador un 5% más pequeño.
¿Cómo calculo el valor del capacitor (faradios y voltaje) dada la corriente de pulso, la duración del pulso y la caída de voltaje máxima tolerable?
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