Tamaño del capacitor de salida para convertidor Boost bajo carga pulsada

Tengo una carga impulsada a 24 V CC que consume una corriente muy alta durante un corto período de tiempo. La siguiente imagen es la salida de un amplificador de corriente, lee 2A/V, lo que significa que tengo que lidiar con aproximadamente un pulso de 18A que dura 50ms.

PULSO de salida, la escala vertical está en 2A/V

Hasta ahora he calculado la energía de este pulso así:

Carga gastada: 18A @ 50ms, usando Q=IT -> Q = 18*0.05 = 0.9 Culombios .

Consumo de energía: E = 0,5*V*Q = 0,5*24*0,9 = 10,8 julios .

Los 24V son generados por un convertidor elevador, supongamos que quiero que los condensadores de salida de este convertidor puedan proporcionar toda la energía:

E=0,5*C*V² -> C = 2*E / V² -> C = 2*10,8/576 = 37,5 mF o 37 500 uF .

Esa es una cantidad enorme de capacitancia para instalar @ 24V. Esto lleva a la pregunta: ¿Qué porcentaje de la energía del pulso necesito almacenar en mis capacitores de salida para no estresar demasiado mi convertidor BOOST?

Sé que podría tener que ver con la impedancia entre el capacitor de salida y la carga en sí, y también que no necesito límites de salida para poder proporcionar TODA la energía para el pulso, ya que el convertidor debería poder manejar cierta cantidad de transitorios de carga.

EDIT#1 @ Brian & Peufeu: Estoy considerando 0.9F como la respuesta correcta para mis cálculos anteriores, usando C=dV/dt, a partir de este momento. El circuito de refuerzo que genera los 24V es el siguiente:

Convertidor BOOST implementado usando el conmutador IC LM3481.

Aguas arriba de este convertidor hay una batería de iones de litio 4S3P - 12 x 18650 celdas, más que capaz de proporcionar la corriente necesaria. El cableado también se corta a la longitud mínima y se retuerce para minimizar la impedancia de los medios. En el momento del diseño, no estaba seguro de cuáles serían las corrientes máximas en el sistema, por lo que creo que ya podría haber elegido mal mi inductor ... aquí están las especificaciones:

Inductor elegido para convertidor elevador (WE - 744750340150)

AFAIC, mi interruptor y diodo son mucho más que capaces de soportar el escenario antes mencionado.

Recomiendo un aumento en el tamaño del condensador. Digamos que puede tolerar descargas de 24V a 22V durante esos 50ms... ahora dQ = C.dV, entonces C = dQ/dV = 0.9/2 = 0.45F. Para una caída de 1V, 0.9F. (Eso no parece un gran aumento, pero hay un error aritmético en 21.6/576 en la pregunta)
Gracias por las notas, Brian, pero aún así, este enfoque no es lo que estoy buscando. Algo me dice que incluso según mis cálculos (que implican el drenaje completo del capacitor) no estoy en el camino correcto aquí... Todos los cálculos asumen que el circuito BOOST aguas arriba de los capacitores de salida no proporcionará ninguna corriente durante el pulso, lo cual no es cierto.
Eso es fácil: simplemente reste la corriente de salida de refuerzo de la demanda y vuelva a ejecutar los cálculos. Si puede generar 2A (esa es una gran conversión de impulso a 24 V), el C necesita suministrar 16 A, por lo que 0.4 o 0.8F.
Espero que el impulso no esté alimentado por algo como un LiIon de 1 celda ...

Respuestas (1)

Hiciste mal el cálculo.

I = C dv/dt <=> C = I dt/dv

Pero te olvidaste dv. Digamos que quiere I=18A durante dt=50ms mientras permite que el voltaje en el capacitor caiga en dv=1V.

Por tanto, C = 0,9 faradios.

Su cálculo da como resultado que el capacitor se descargue por completo al final de dt. Por lo tanto, su 18A no durará mucho, solo estará allí al comienzo del pulso ...

De todos modos. Como insinúas, no estás en el camino correcto.

El límite de salida solo debe ser lo suficientemente grande como para sostener durante unos pocos ciclos de su convertidor DC-DC. Después de esto, es de esperar que el convertidor elevador se haya ajustado y comience a proporcionar la potencia que necesita. Por lo tanto, debemos examinar el impulso... y también su fuente de energía. Porque el impulso deberá mantenerse sin romper un MOSFET y, por supuesto, lo que sea que se apague deberá entregar la energía requerida.

Por lo tanto, brinde toda la información sobre este impulso y qué lo impulsa, y continuaremos.

EDITAR

Bien, suponiendo que el paquete LiIon esté bien con la corriente, que es al menos 24/Vbat = 25A...

C29 debe reemplazarse por el límite de ESR más bajo que pueda obtener, pruebe Nichicon LF, por ejemplo, C27 use la capacitancia MLCC más alta que se ajuste a la huella (personalmente, habría puesto como 10 MLCC ...)

C34 tiene una clasificación de corriente de ondulación de 2.3A, consume más de 20 amperios ... sobrevivirá durante 50 ms, pero el voltaje estará sucio, igual que arriba, varios polímeros de ESR ultra bajo como 10 mOhms con varios MLCC en paralelo lo harían ser mejor

La clasificación de corriente promedio del inductor no importa, no tendrá tiempo de calentarse en 50 ms, sin embargo, la corriente de saturación sí importa, y ahí tenemos un problema, porque cuando el inductor se satura, la corriente aumentará, lo que activará el PWM. controlador para proteger el FET si la resistencia de detección de corriente y otros umbrales están configurados correctamente.

Entonces necesitas otro inductor ... Usando las ecuaciones aquí :

Vin = 10V (peor caso) Vout = 24V

Ciclo de trabajo D=0,66

Ondulación del inductor Di = 0.95A

=> El inductor tiene un valor demasiado alto, use una inductancia más baja, 10 µH dará como resultado una ondulación de 1,4 A, incluso podría usar 4,7 µH. No tenga miedo de llevar la corriente de ondulación del inductor a valores altos. Entonces, 4.7 µH.

Y... la corriente máxima del inductor es de 55 amperios.

Verificación de la realidad:

Vin=10V, Vout=24V, D=0,66, Corriente media del inductor= Iout/(1-D) = 54A. Fallar.

Aumente Vin a 4S para que 4 * 3.4V = 13.6V

Vin = 13,4 V, Vout = 24 V, D = 0,5, corriente media del inductor = 35 A...

Esto huele muy mal, debido a que las pérdidas RI^2 están en el cuadrado de I. El FET y el diodo se ven lo suficientemente malos como para sobrevivir durante 50 ms, pero esto realmente lo está impulsando.

Sugiero bajar un poco más el inductor para obtener un modelo que pueda manejar la enorme corriente sin saturarse.

Dado que los límites de salida son demasiado pequeños para manejar esto, parece que te espera un giro de tablero...

En este caso, sugiero volver a cablear la batería 4S3P para proporcionar más voltaje y usar un convertidor reductor.

Demonios, si su batería puede proporcionar 25 V, puede dejar los conmutadores por completo y usar un dispositivo de paso lineal.

La pregunta original se actualizó teniendo en cuenta tu comentario.
ok, mira mis ediciones, pero no se ve bien
De nada. Perdón por destrozar tu circuito;) por cierto, ¿cuál es la carga?
Está bien. Mi carga es un motor de CC sin escobillas. Lo curioso es que el controlador está cargado con capacitancia a granel, algo así como 3mF. Sin embargo, no parece cortarlo al menos un poco.
¿Por qué querrías enviar un solo pulso de corriente a un motor?
En realidad, el motor consume una corriente considerable en régimen. Lo que pasa es que cuando arranca de ralentí, la bestia me quita ese pulso estúpido para el que no estaba preparado. Ni siquiera la capacitancia provista en el controlador HW (que es de terceros) no fue capaz de lidiar con eso ... en mi humilde opinión, el diseño del controlador es de mierda. - La cosa tiene una corriente máxima de 3A.
ok, realmente debería usar un voltaje de paquete de batería que sea adecuado, conducir un motor desde un convertidor CC-CC siempre da como resultado una palmada en la cara ...
Tamaño del capacitor de salida para convertidor Boost bajo carga pulsada
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