Papel de los condensadores electrolíticos y si pueden ser reemplazados por condensadores de película en convertidores de potencia que funcionan con baterías

1. Como han dicho otros, ambas especificaciones son importantes, y hay otras razones para querer capacitancia en las líneas eléctricas: evitar la caída de voltaje de la batería si no puede suministrar corriente rápidamente (la química de la batería afecta esto significativamente), pérdidas I * R si la batería está muy lejos, camino para los transitorios del motor (aunque esperaría diodos y tapas de cerámica más pequeñas, no electrolíticos, a través de los transistores del puente para los transitorios más rápidos).

2. Esto es cuestionable; has dejado de lado la tolerancia. Si las tapas duales tienen cada una una tolerancia de +/-20 %, y obtienes una a +20 % y otra a -20 %, no van a compartir la corriente de manera uniforme porque tienen diferentes impedancias, lo que podría provocar que una falle prematuramente , y el otro poco después, ya que es posible que no pueda manejar la carga por sí mismo. También tenga en cuenta que las tolerancias más altas tienden a agruparse cerca de los límites exteriores, porque los valores más cercanos al nominal generalmente se venden con especificaciones de tolerancia más estrictas por más dinero; es decir, no es probable que una parte de +/-20% esté dentro de la tolerancia de +/-10%, porque esas serán las partes de +/-10%, etc.

3. No se recomienda la reducción de la capacitancia. Si 15 uF fueran suficientes para la carga prevista, el diseñador original probablemente habría optado por un electrolítico de 15 uF en lugar de uno de 1500 uF; para las mismas clasificaciones de voltaje y corriente, los 15 uF serían sustancialmente más baratos y pequeños. Si está utilizando un tipo de motor diferente al que tenía en mente el diseñador original, deberá buscar usted mismo la idoneidad de la capacitancia más baja.

Si realmente está decidido a deshacerse de ese capacitor en particular, buscaría aumentar la frecuencia PWM (para que luego pueda reducir la capacitancia a granel requerida), si eso funciona con el motor que está usando (el motor tendrá sus propias constantes de tiempo mecánicas y eléctricas con las que su circuito tiene que lidiar).

Otra cosa a considerar es el impacto de la inductancia del motor que está en paralelo con esta capacitancia. La ESR más alta de un electrolítico a veces puede ser beneficiosa para amortiguar las posibles oscilaciones de LC que, de otro modo, podrían ser posibles como resultado de la potencia pulsante al motor con el puente, particularmente si la resistencia del devanado del motor es baja. Debería investigar la impedancia de los motores que desea conducir para verificar la posible resonancia.

Como nota general para referencia futura, Analog Devices (sin afiliación conmigo en el momento de esta publicación) tiene un artículo que encontré útil sobre los efectos parásitos generales de los condensadores en su "Pregunte al ingeniero de aplicaciones # 21: CAPACITANCIA Y CONDENSADORES"

Debe considerar EMI, como se ha señalado en las otras respuestas, pero esto quizás se maneje mejor con condensadores de menor valor y un buen diseño.

Está bien dividir la corriente de ondulación en la proporción en la que se divide la capacitancia, aunque debe considerar el impacto en el costo/espacio y también asegurarse de que el diseño de su PCB sea al menos tan efectivo como lo era antes.

No puede agregar condensadores adicionales de menor valor para absorber la corriente de ondulación en general; no hay nada que dirija la corriente de ondulación a su condensador "bueno", excepto otra resistencia o inductancia en el circuito.

Las baterías tienen características de CA deficientes (los procesos químicos tienen una velocidad limitada y pueden saturarse), por lo que debe intentar diseñar su circuito para aislar la ondulación de la batería. Idealmente, necesita analizar el impacto detallado de cualquier cambio de componente que esté contemplando; es demasiado simplista simplemente comparar especificaciones cuando puede haber repercusiones en la vida útil del componente, la eficiencia operativa o la EMC.

Una de las razones de un tope en el puente es minimizar la EMI. Las corrientes de pulso y de alta frecuencia deben devolverse a tierra lo más cerca posible de su origen. El condensador se puede colocar cerca del puente. Es probable que la batería no pueda. Cuanto más largo sea el camino en el que circulan las corrientes de pulso o de alta frecuencia, más EMI se emite.

Una batería no almacena energía eléctrica. Almacena energía química y la convierte en energía eléctrica cuando se presenta un circuito a través de los terminales. La química funciona mejor con una carga más suave. Las corrientes de alta frecuencia y de pulso se manejan mejor con un dispositivo eléctrico como un capacitor.

La diferencia clave entre las opciones de 1500uF y dos de 560uF es la frecuencia en la que brindan protección. Su protección comienza a cortarse en f = 1/(2PixRC) y por debajo. El 1500 tiene una frecuencia de esquina de 6245 Hz y una impedancia de alta frecuencia de 17 mohm. El paralelo 560 tiene una frecuencia de esquina de 14.217 Hz y una impedancia de alta frecuencia de 10 mohm. Entonces, los beneficios de los dos 560uF comienzan a reducirse a frecuencias por debajo de 14 kHz, mientras que el 1500uF no se reduce hasta los 6 kHz. Por lo tanto, depende de la frecuencia de la corriente de ondulación. Si toda su ondulación/ruido está muy por encima de 14 kHz, entonces los dos 560 son superiores. Si tiene conmutación o ruido por debajo de 14 kHz, probablemente el 1500 sea mejor. Sospecho que necesita 1500uF para las frecuencias más bajas.

A veces se usan varios capacitores en paralelo, como agregar un polipropileno con un electrolítico. El polipropileno tiene baja ESR. Por lo tanto, proporciona beneficios de gran amplitud, picos de corta duración y ondulación de alta frecuencia. Mientras que el electrolítico proporciona beneficios a frecuencias comparativamente más bajas y picos más largos. Para obtener protección en un rango de frecuencias, se agregan diferentes tipos de límites en paralelo.

Las tapas de película en solitario solo brindan protección a frecuencias más altas. Si necesita protección de baja frecuencia, entonces también necesita los electrolíticos.

La especificación de corriente de ondulación de un capacitor solo está relacionada con la operación segura del capacitor sin sobrecalentamiento (lo que significa una vida útil más corta o incluso una falla). Y es confuso cómo intenta hacer coincidir eso con una aplicación de conducción de motores. La especificación está relacionada con una corriente alterna continua que provoca una disipación de energía encajonada por la resistencia interna. Eso, combinado con la resistencia térmica de un capacitor, provocará un aumento de temperatura en el núcleo del capacitor. Este no es el caso cuando el condensador suministra una corriente de irrupción. En realidad, la corriente de ondulación se especifica en amperios RMS.

Ahora suponga que está utilizando condensadores de corriente de ondulación de 3A. tiene una ondulación 2A, por ejemplo (causada por una señal de unidad PWM). aumentar la clasificación de corriente de ondulación del capacitor a 5A, por ejemplo, solo reducirá la temperatura central del capacitor y, por lo tanto, reducirá la "tasa de falla" del capacitor. Le sugiero que mida la corriente de ondulación con un multímetro de verdadero valor eficaz para estimar la clasificación de corriente de ondulación necesaria. Y simplemente elija un capacitor que tenga una calificación más alta.

la capacitancia está relacionada con la cantidad de energía que puede suministrar este capacitor en caso de corriente de entrada. una capacitancia más baja no tiene ningún efecto sobre la falla del capacitor. El motor obtendrá el resto de la corriente de la batería. Si la impedancia interna de la batería es alta, el voltaje caerá y el motor no generará el par completo. Entonces, creo que no puede simplemente responder "qué es más importante, la clasificación de corriente de ondulación o la capacitancia"

Solo pensé: no queremos que una batería se caliente ni que se convierta en un transmisor de radio, por lo que se necesita un filtro EMI. La batería no puede suministrar ni absorber las corrientes máximas que encontraría en el puente de control del motor, por lo que nuevamente se necesita el banco de capacitores. De hecho, los condensadores de película pueden alcanzar una edad más alta, en comparación con los electrolíticos, pero a un volumen y precio más altos. Aún así, hay buenos elec. tapas que durarán bastante tiempo y son diferentes de las que encontrará en los productos electrónicos de consumo. Ejemplo: http://en.tdk.eu/tdk-en/179690/products/application-guides/industrial---epcos-brand/power-supply---conversion/power-supplies-switch-mode-power- suministros--smps-/aluminum-electrolytic-capacitors

La naturaleza del puente H es que tiene cambios rápidos en la corriente y la elección del capacitor también depende de la longitud de la línea, tanto hacia el motor como hacia la batería. La inductancia de la línea significa que estas corrientes darán como resultado grandes excursiones de voltaje a menos que haya una ruta de corriente disponible a través de estos capacitores. Mantener las líneas cortas puede reducir la capacitancia requerida para lograr un nivel de ondulación. Si está cambiando corrientes altas, necesita una ESR baja. Si está cambiando a frecuencias relativamente bajas, necesitará una alta capacitancia. Si está conmutando a bajas frecuencias Y altas corrientes, como suele ser el caso con un motor, necesitará tanto ESR bajo como alta capacitancia.

Si usara el capacitor de película como sugirió, ciertamente tendría pérdidas bajas en el capacitor, por dos razones: la ESR más baja significa pérdidas resistivas bajas, y el valor de capacitancia más bajo significará que habrá menos corriente en el capacitor en primer lugar. Sin embargo, la corriente más baja significa que habrá más ondulación de corriente en las líneas y la ondulación de voltaje será mayor.

Los electrolíticos, con su ESR más alto, se calentarán y pueden explotar si se someten a una tensión excesiva. Elija un condensador con una ESR baja y hágalo funcionar durante un rato y vea si está caliente al tacto. Se recomiendan gafas de seguridad.

1a. Elija su capacitancia (mínima) de modo que el voltaje máximo (debido a la carga inductiva en la parada) sea menor que la clasificación del capacitor y FET.
1b. Elija su capacitancia (mínima) de modo que el voltaje de ondulación sea aceptable.

2. Luego elija el límite de ESR más bajo que pueda pagar.

Por supuesto que hay compensación. A medida que cambia de tecnología, intercambia capacitancia por ESR (y precio). En orden de capacitancia/dólar, sus opciones tecnológicas son: Alumbre Alumbre electrolítico Película de polietileno Cerámica

Si realmente necesita una ESR baja (por ejemplo, mucha corriente ondulada y calor) y tiene limitaciones de espacio (no puede usar mucho alumbre grande), tendrá que comenzar a deslizarse hacia abajo en esa escala.

Una nota adicional sobre el electrolítico de alumbre: la capacitancia y la ESR están relacionadas: a medida que aumenta el área de la placa (capacitancia), disminuye la resistencia.

Por último, puede haber una compensación al usar dos capacitancias altas, que es la creación de una conmutación de corriente distinta de cero cuando enciende sus FET.