Tengo una aplicación alimentada por batería que ocasionalmente debe usar un servomotor (como los de los modelos de aviones, por ejemplo, Turnigy TR-1160A). Este servo se utilizará en ráfagas cortas de 1 a 2 segundos a la vez, con un tiempo de reposo (inactivo) de al menos 10 s entre usos, pero generalmente horas. La batería es lo suficientemente grande para hacer funcionar el servo durante un par de horas, pero no puede soportar la carga instantánea (p. ej., >1A) que necesita el servo; aunque podría manejar una carga continua de 200mA sin problema. No puedo usar una batería diferente, pero podría agregar algún circuito para almacenar (precargar) la energía necesaria para el servo, algo así como el sistema de flash en la mayoría de las cámaras. Entonces, mi pregunta es: ¿cuál sería la forma más simple (con menos componentes) de lograr esto, siempre que:
EDITAR:
Idealmente, la solución sería un chip existente o un módulo integrable (¡aún mejor!) con ese tipo de funcionalidad considerada (p. ej., suministro conmutado) y que necesita componentes externos mínimos además del supercap obvio.
2 amperios durante 2 segundos a 6 V son 24 julios de energía y si esto fue proporcionado por un capacitor, la capacitancia debe ser al menos 5 veces la requerida para cumplir con la ecuación de energía.
La energía en un capacitor es por lo tanto
Por lo tanto, C es 1,333 faradios, pero en realidad debe ser 5 veces mayor para que no se agote por completo durante el tiempo en que se necesita la energía en la ráfaga de 2 segundos. Se necesita más como 7 F. ¡Asegúrate de que sea del tipo ESR bajo!
Se produce un problema cuando el requisito de conducir la carga pesada se produce con demasiada frecuencia. Usted dijo en su pregunta que podría haber una brecha de 10 segundos entre los "usos" e infiero que solo hay 200 mA disponibles para restaurar la carga en el capacitor. 200 mA a 6 V durante diez segundos es una disponibilidad de energía de 12 julios y la única forma de evitar esto es tener el capacitor lo más grande posible para que incluso si ocurren dos períodos de "gran demanda" durante un período de diez segundos, todavía hay suficiente cambio residual en el condensador para dar servicio a ambos requisitos. Tal vez vaya por una gorra de 14 F.
¿Puedes conseguir estos?
Supercaps y ultracaps son muy buenos para satisfacer las necesidades energéticas a corto plazo. Por ejemplo, un capacitor de 30-50F de 3V sería más que suficiente para almacenar los 24 Joules que necesita por operación.
Para cumplir con sus otros requisitos, usaría un par de convertidores de potencia de conmutación. El primero sería un regulador reductor utilizado para cargar el condensador de la batería. Tendría un límite de voltaje que es un margen cómodo por debajo de la clasificación del capacitor y un límite de corriente establecido en 200 mA. Tenga en cuenta que este convertidor sería un poco único en el sentido de que lo configuraría para regular la corriente de la fuente en lugar de la corriente de carga. Esto minimizaría el tiempo de recarga haciendo el mejor uso de la energía disponible de la batería. Dichos reguladores pueden tener corrientes de reposo muy bajas, pero si es necesario, puede ponerlo en modo de apagado bajo el control del firmware.
El segundo convertidor sería un regulador de refuerzo que puede producir los 6V @ 2A que necesita el servo, extrayendo su energía del capacitor. Mientras que el voltaje del condensador en sí mismo "caerá" mientras el servo está activo, el voltaje de salida de este convertidor permanecerá constante. Una vez más, dicho convertidor podría ponerse en modo de apagado cuando no se necesite.
Russel McMahon
Guillermo Prandi