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要素技術

・コンデンサを使った瞬間停電対策

今日,コンデンサを使って瞬間停電対策をしました.
現在ロボットにLi-Feバッテリーを使っているのですが,

電圧がMAX6.8Vから始まり,しばらくの間6.4V(90%)~6V(10%)まで下がっていき,

残り容量10%になると,一気に電圧が下がります.
なかなか良い特性です.

ただし困った事があります.リチウムポリマーよりもだいぶ電圧が低いので,
レギュレータの電圧生成が安定しません.

そこで,瞬間停電対策をしました.今日いろいろ考えこみました.

Photo
コイルとコンデンサを用いて,電圧過度応答の時定数を伸ばすやり方です.
停電時閉回路とみなせるので,コンデンサ・コイル・負荷が直列に繋がります.
ここで,停電時に回路に蓄えられているエネルギーは,

W=1/2LI^2
W=1/2CV^2

となります,ただ厄介なのは現存する部品で作らないといけないということです.
電圧を5Vとし
コンデンサ(キャパシタ)は1F(耐圧5.5V),
コイルは100mH(許容電流200mA)とします.
どっちも同じくらいデカイと思います.

エネルギーの式と比べると厄介なことが解りますが,
コンデンサには耐圧,コイルは許容電流という制約がそれぞれあります.
物理法則のやつら,いちいち邪魔してきますね.

稼動時に5Vの回路に100mA流れていたと仮定します.
マイコン,LED,周辺機器でこれくらいが妥当でしょう.

W=1/2LI^2
   =0.5X100mX100m^2
   =0.5mJ

W=1/2CV^2
   =0.5X1X5
   =2.5J

エネルギーだけ着目すると,コンデンサのほうが5000倍溜まります.
うん,コイルは無視しよう・・・

コイルは常に大電流を流す回路なら大きなエネルギーが溜まるのですが,
コイルに溜まったエネルギーって,スパイク電圧になるんですよね・・・
リレー回路には必ずと言っていいほどスパイク電圧対策のダイオードが入っています.
なんだか厄介なので,考えない.

ただし,コンデンサに溜まっている電荷はすべてが有効となる訳ではありません.
たとえばSHマイコンの動作範囲は5.5V~4Vまでなので,
コンデンサの電圧が4Vを下回ると無効なエネルギーになります.
2
5Vの電圧を1Fのキャパシタにかけると,5Cの電荷が溜まります.
電圧∝電荷量なので,電荷が4Cを下回るとごみになります.

有効に使える電荷は,最大でも1Cだけです.

1Cは1Aを1秒流せる量なので,
100mA消費する回路なら10秒間保持できる計算になります.

以外に1Fは優秀.

ただしこれは理論値です.実際にマイコンに実装してみたところ,
あまり長時間保持してくれません.

あくまでも「瞬間」停電対策ですね.

回路って難しいね.

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