Tutti i controller motore DC, BLDC o PMSM professionali che ho visto ( Sevcon , ecc.) Hanno un gran numero di condensatori del bus DC collegati in parallelo. Le loro capacità variano tra 100 µF e 220 µF. Un singolo condensatore di grande valore, come 4700 µF o 10000 µF, non sarebbe più conveniente?
È a causa della grande corrente di picco ogni volta che questi controller sono collegati a batterie o altre fonti di alimentazione ad alta corrente?
Risposte:
Sicuramente avere abbastanza capacità è un parametro. Ma i condensatori hanno una resistenza in serie che limita la quantità di corrente di picco che può essere prelevata da un condensatore. I condensatori hanno anche induttanza in serie che limita la velocità con cui è possibile ottenere la corrente di picco. Avere più condensatori più piccoli in parallelo riduce sia la resistenza che l'induttanza in serie.
Sono probabilmente le ragioni di una maggiore capacità di corrente di ripple, di un ESR inferiore e di un fattore di forma talvolta migliore (ad es. Più corto) per adattarsi in un posto conveniente nella custodia.
Più superficie del condensatore significa maggiore capacità di dissipazione di potenza, a parità di tutte le altre cose.
Altre risposte hanno già menzionato i principali fattori che determinano tale scelta: minore ESR totale, minore induttanza totale, migliore capacità di gestione del calore, ecc.
Aggiungerò un altro aspetto che è stato trascurato: l' affidabilità .
Se hai un solo grande condensatore, una volta che fallisce, ti rimane un sistema non funzionante. Inoltre, un tappo più grande può causare più danni ai componenti vicini se fallisce in modo spettacolare.
Avere più tappi in parallelo aiuta a mitigare gli effetti che hai quando un tappo non si apre, perché gli altri saranno ancora lì. Potresti persino progettare il sistema pensando alla ridondanza, ovvero aggiungendo più limiti del minimo necessario, dati gli altri vincoli.
Ci sono anche problemi con la resistenza alle vibrazioni (questo è particolarmente rilevante quando si tratta di motori di grandi dimensioni). Un singolo grande condensatore può essere sottoposto a sollecitazioni meccaniche più pesanti se sottoposto a vibrazioni. La grande massa del cappuccio può risuonare meccanicamente ed esercitare una maggiore sollecitazione sui suoi terminali o sui suoi punti di montaggio, causando un guasto meccanico del cappuccio stesso o del PCB a cui è fissato.
Condensatori più piccoli, poiché hanno meno massa, hanno meno inerzia, quindi si verificano e causano meno stress meccanici dovuti a vibrazioni o urti. Pertanto, è anche più facile (ed economico) progettare adeguati pressacavi per evitare stress meccanici e urti che causano problemi.
I condensatori aiutano a filtrare e disaccoppiare il rumore. Ma ogni singolo valore di condensatore è buono solo con una particolare frequenza. Ha un ESR minimo (maggiore capacità di mitigare il rumore) L'uso di un intervallo di valori fornisce una buona capacità di filtraggio su un ampio intervallo di frequenze.
Riscaldamento ridotto grazie all'ESR . Mentre le correnti di ondulazione fluiscono attraverso i condensatori avanti e indietro, l'ESR si oppone al flusso di corrente (simile alla resistenza). L'ESR più elevato significa una maggiore dissipazione di potenza (come calore). Ciò aumenta efficacemente la temperatura dei condensatori. Maggiore è la temperatura, minore è la capacità che possono fornire. Pertanto, un basso ESR su più bande di frequenza è un parametro desiderato che può essere effettivamente ricevuto combinando più condensatori di un singolo condensatore di bug.
Questa potrebbe anche essere una cosa di ottimizzazione della produzione. Se un prodotto utilizza già condensatori da 220 uF, può essere logico utilizzarli al posto di un ulteriore 4700 uF (anche se sostituire un tappo con 20 sembra un po 'estremo). È probabile che un tappo da 4700 uF sia un foro passante e, se è l'unico componente del foro passante in un prodotto, si risparmia un'intera fase di produzione se è possibile evitarlo. Anche se non lo è, il tuo magazzino diventa più facile da gestire perché ci sono meno tipi di parti da ordinare e riduci il rischio di dover riprogettare un prodotto perché quel modello di condensatore va fuori produzione.
Un singolo condensatore personalizzato ottimizzato per le esigenze di quell'unità avrebbe probabilmente alcuni vantaggi, se quello fosse l'unico prodotto che stavi costruendo. Ma se costruisci dozzine di unità diverse, come fanno tutti i produttori di unità, desideri ottimizzare la catena di approvvigionamento nell'intera linea di prodotti . Ciò significa standardizzare il minor numero possibile di elementi costitutivi e utilizzarli in varie combinazioni per ottenere i valori di tensione e capacità necessari.
Questo modello ha bisogno di due tappi in parallelo, un altro ne ha due in serie, un altro ne ha bisogno di quattro, un altro ne ha bisogno di venti, ma è comunque necessario conservare solo una parte . Ottieni economie di scala negli acquisti, minori probabilità di esaurire una parte di cui hai bisogno e costi di stoccaggio complessivamente inferiori. Punti bonus se è la stessa parte utilizzata da una dozzina di altri produttori di unità, poiché probabilmente stanno costruendo esattamente le stesse dimensioni del telaio dell'unità.
Ora, se solo potessimo far funzionare l'industria della magnetica di potenza in questo modo ...
Penso che sia l'opzione migliore per il produttore. Dopotutto, qualunque sia il costo in meno penso che sarà l'opzione preferita per questo.