Selección de capacitor de entrada para SMPS

[zaratustrax]

Saludos.

Recientemente estoy construyendo una fuente conmutada en configuración PUSH-PULL.

La diseñé para 500W/200V en la salida y de momento para alimentar focos incandescentes.

La probé por 4 minutos y funcionó bien hasta que las patas de los capacitores de entrada se quemaron.

Todos los demas elementos no sufrieron daño.

Cabe señalar que dichos capacitores los compre sin tener en cuenta que eran para alta frecuencia ni su valor ESR.

En un foro de audio dicen que lo realmente importante es el V rizo que tendrá el capacitor dado su ESR y el pico de corriente en la entrada.

Ahora, tengo que el pico de corriente y la corriente promedio en mi fuente son:

Ipk = (1.56 * 500w)/11V = 71A
Idc = Ipk*Duty cicle = 71*0.8 = 57A

Ya que en DC la corriente el el capacitor es casi nula (se comporta como circuito abierto), el valor del pico de corriente será Ipk -Idc que son aprox 15A.

Si tomo en cuenta que un capacitor, que segun su hoja de datos, contempla un ESR de 0.024Ω y un pico de corriente máximo de 6A a 150ºC y tiene una capacitancia de 22000µ

Si uso dicho capacitor en la entada de mi fuente, se esperaría un rizo de

Vrizo = Ipico * ESR = 15A*0.024Ω = 360mV

Y la capacitancia requerida es C=(80E-6*Ipico)/(Vrizo) = 3000µ (El capacitor lo tiene de sobra )

De aqui mi duda:

Acaso no importa que la corriente que este pasando a través de él sea mucho mas grande que la corriente que marca su datasheet?

Dicho capacitor estaría disipando una potencia de (Ipico)²*ESR = 5W

Gracias y espero puedan ayudarme

 

[Nilfred]

segun su hoja de datos, contempla un ESR de 0.024Ω y un pico de corriente máximo de 6A a 150ºC y tiene una capacitancia de 22000µF

¿No se te escapó un 0 de mas?
Si pones capacitores en paralelo, bajas el ESR, también podes combinar diferentes tipos de capacitores. El valor mínimo sale del cálculo.
Me gustaría ver el datasheet, pero seguro ese valor de ESR que te da no es de alta frecuencia.
Si te fijas el diámetro de un fusible de 15 A y lo comparás con la patita que se fundió, vas a entender que fue lo que te pasó

 

[zaratustrax]

Saludos.

Gracias Nilfred por responder.

Los valores de capacitancia y ESR son correctos. El datasheet es este: http://www.cde.com/catalogs/SLP.pdf Su número de parte es SLP223M035H9P3

El capacitor lo obtuve del catálogo de un proveedor en el cual especifica que su aplicación es para fuentes conmutadas, sin embargo me surge la duda ya que en el datasheet solo especifica una frecuencia de 10K y superior.

Con 'superior' no se detalla hasta que valor de frecuencia puede operar.

Estuve realizando una búsqueda mas exhaustiva y encontré éste otro:
http://www.illinoiscapacitor.com/pdf/KXM.pdf. Su número de parte es 108KXM025M
Éste sí especifica que puede operar hasta 100KHZ, y el valor de su ESR es 200mΩ a 2A

Si te fijas el diámetro de un fusible de 15 A y lo comparás con la patita que se fundió, vas a entender que fue lo que te pasó

Hubo un exceso de componente de corriente de alterna:

Ipk = (1.56 * 500w)/11V = 71A
Idc = Ipk*Duty cicle = 71*0.8 = 57A
Iac_peak = 71A - 57A =14A

EL pico mas alto esta en el primer armónico, es decir:
Iac_rms = (Iac_peak/√2)*(4/Π) = 12.6A
Los capacitores que tenía no iban a soportarme los 12A si éstos eran de propósito general como creo que fue.

Como mencionas, la idea ahora es poner en paralelo varios capacitores. Si tengo en cuenta los que mencioné previamente (200mΩ a 2A) voy a necesitar 7 de esos para que soporten el pico de alterna.

 

[jllvmicrostar]

has como haCEN los fabricantes de inversores , no ponen un solo capacitor de 22000uf porque su estres en corriente seria inmensa , sino que poneen en paralelo condensadores de no mas de 1000 uf; ocupa espacio ppero si los sabes distribuir simentricamente ocuparan menos volumen que uno de 22000UF

 

[zaratustrax]

Gracias jllvmicrostar.

Algo que olvide mencionar es que realicé los cálculos para el diseño de un filtro de entrada de amortiguamiento paralelo de una etapa (Parallel Damped Single-Stage Input Filter), como se muestra en este link: http://www.subirimagenes.net/show-image.php?id=cf7e9e3eef386b771058137a2c0db50c

El problema con el que me enfrento, es que el inductor, debido a la gran cantidad de corriente de entrada, tiene que cargar mucha energía. Aunque el valor de su inductancia es bajo:20µH.
El valor de la energía en dicho choke es:

E = ½*L * Idc² -> E = ½*20µH*53² ≈ 30mJ

En este momento cuento con inductores de Micrometals que solo me soportan 10mJ máx.

Por lo que he entendido, la componente de alterna sería disipada por el resistor Rd y el stress en los capacitores sería mínimo.

Viéndolo desde un punto de vista en cuanto a cálculos, éste filtro solo me serviría para baja potencia.

 

[jllvmicrostar]

ciertamente el inductor tiene que cargar mucha energia , pero el principal problema es que tienes una componente de tension dc que lo desplaza casi a la zona de saturacion de su curva de trabajo , considera necesario choques de polvo de hierro , no fewrrita , el tamaño depènde de la cantidad de corriente que requieras ;