low-ESR-elco's voor schakelende voeding gezocht

Hallo,
voor school moeten wij een boost converter bouwen.
De ingangsbron is een brandstofcel waar tussen de 25 en 57 volt uitkomt afhankelijk van de belasting. Hier moeten wij 60 volt van maken. Wij hebben de schakeling ontworpen en gesimuleerd met LT-spice. Er kon een flink rendement gehaald worden. Het probleem is het kiezen van geschikte condensatoren.
Wij hebben berekend dat bij 100kHz en 14 Ampére er een condensator nodig is van minstens 470µf en maximaal 45mΩ ESR. Wij zijn uitgekomen op deze condensator van digikey.nl: 338-1702-ND . Dit is een condensator van 470µf met een ESR van 230mΩ als ik mij niet vergis. Wij zijn van plan vanwege de dissipatie 10 van deze condensatoren parallel te schakelen. Het probleem is dat bij digikey zoveel verzendkost worden gerekend, en wij alleen nog maar die condensatoren en wat weerstandjes moet aanschaffen. Er zijn genoeg andere winkels, maar er wordt bijna nooit een ESR-waarde gegeven. Waar kunnen wij het beste onze condensatoren halen(bij digkey is het inclusief verzendkosten bijna 42 euro)?
Alvast bedankt!

Waarschijnlijk zullen veel van jullie denken dat deze opdracht misschien iets te hoog gegrepen is. Dit klopt, maar de vorige groep heeft toch een boost converter gebouwd die tot 400 watt kon leveren(toen ontplofte hun te-klein-gekozen MOSFET). Wij hebben gezien welke ontwerpfouten deze groep heeft gemaakt(te kleine mosfet, geen goede mosfetdriver, te lange draden...) en hebben veel maatregelen getroffen om risicos te minimaliseren. Uiteraard zijn tips welkom!

Een Panasonic FC series 470u 100V heeft al een ESR van 47 milliohm en is bij RS te krijgen. Als het lukt om daar als particulier te bestellen ben je maximaal iets van 15 euro goedkoper uit (weet niet wat ze met verzenden naar particulieren doen en of ze ueberhaupt aan zomaar elke particulier leveren).

Ook RS levert nu ook aan particulieren (Bron Elektor).

Wat voor een merk brandstofcel hebben jullie dan? ik wist niet dat die een zo grootte spreiding hadden?

@RedTiger:
Fuel Cell: Ballard NexaTM Power Module(310-0027 ?) (1200 W) met 30 L 200 bar waterstofcilinder. Deze cel levert onbelast 57 Volt. Bij een belasting vanaf 1 ampére zakt de spanning meteen naar de in de datasheet vermeldde 42 volt. Het eerste deel van deze karakteristiek is een beetje een e-macht. Van 10-50 Ampére gedraagd hij zich als een spanningsbron van 33 Volt met een serieweerstand van 150mΩ. Onder nominale belasting valt de spreiding dus behoorlijk mee.

@maartenbakker:
Bedankt; ik kijk wat ik hiermee kan.

Wat betekend eigenlijk die rimpelstroom van de condensator op RS ("Ripple: ...A")

als je een condensator gebruikt in een schakelen de voeding dan loopt daar een AC stroom door. ( laden , ontladen wordt gezien als aan AC stroom )
die stroom , gepaard met de frequentie en d eESR gaat een zeker warmtedissipatie veroorzaken in de condensator.
elctroliet verdampt .. cap barst open , einde verhaal.

er is nog een probleem : de electrodes zijn berekend op een bepaalde AC stroom. als je daar meer doorpompt dan heb je kans dat de electrodes gewoon verdampen... einde verhaal voor de condensator.

dickbest heeft nu wat low ESR elco's in het assortiment.
kijk eens op de website, mischien is het wat

Op 18 januari 2010 21:20:04 schreef free_electron:
als je een condensator gebruikt in een schakelen de voeding dan loopt daar een AC stroom door. ( laden , ontladen wordt gezien als aan AC stroom )
die stroom , gepaard met de frequentie en d eESR gaat een zeker warmtedissipatie veroorzaken in de condensator.
elctroliet verdampt .. cap barst open , einde verhaal.

er is nog een probleem : de electrodes zijn berekend op een bepaalde AC stroom. als je daar meer doorpompt dan heb je kans dat de electrodes gewoon verdampen... einde verhaal voor de condensator.

Deze post krijgt een eervolle vermelding als "grootste dramatisering van de maand" :)

F_E kan 't weten... Maar het kan ook een humoristische overdrijving zijn om die supertheoretische benadering wat af te straffen...

Maar AC? Ik zou denken gepulst DC. Polariteit wisselt immers niet (zou dat wel gebeuren gaat de elco idd (deels) richting plafond)

Anyway. Volgens mij heeft zelfs conrad vaak spec's bij z'n elco's staan. Wss zijn van de elco's van Dick Best ook specificaties te vinden.

En anders: Meten is Weten. School heeft vast een mooie ESR meter... (of scope en functiegenerator). Gewoon voldoende caps parallel tot ESR goed is. (Hmm, dan is de capaciteit weer te hoog misschien...)

Leuk projectje. Wou dat ik dat had... 400W boost converter. Lijkt me best pittig...

Als een ESR van 230 milliohm per condensator is berekend en je kan al een redelijk standaard low-ESR condensator vinden met 47 milliohm, dan heb je goede kans dat de low-ESR van Conrad of Dick Best ook wel goed genoeg zijn. Zeker als het geen jaren mee hoeft te gaan (de Panasonic elco staat gespecificeerd op 5000 uur, goedkopere vaak op 2000 of iets dergelijks). Zelfs met een Jd maak je nog kans.

Op 18 januari 2010 21:55:37 schreef riktw:
dickbest heeft nu wat low ESR elco's in het assortiment.
kijk eens op de website, mischien is het wat

Capxon, een merk die je vaak opgebarsten terugvindt op moederborden.

Op 18 januari 2010 22:28:11 schreef Lucky luke:
Maar AC? Ik zou denken gepulst DC. Polariteit wisselt immers niet

Een AC-component kan gesuperponeerd zijn op een DC-component, zodat het signaal nooit van polariteit verwisselt. Toch is de AC-component er.

Hoeveel vermogen denken jullie dat condensatoren van 16*40mm kunnen dissiperen(bij bijv. 20 graden temperatuursverschil)?
Als we dit weten kunnen wij berekenen hoeveel elcos er parallel moeten.

Die elcos van dickbest hebben acceptabele specs, maar de spanning is te laag; (de 60 + 5%afwijking + rimpel + inschakelpiek + onverwacht iets door wet van murphy + redelijke overdimensionering)>63

Op 18 januari 2010 22:51:08 schreef critiacrof:
Hoeveel vermogen denken jullie dat condensatoren van 16*40mm kunnen dissiperen(bij bijv. 20 graden temperatuursverschil)?

Het is een schoolvragen topic dus alleen wat een hint:
-Wat is de ESR van de elco's?

Daarmee kan je de boel uitrekenen.

Op 18 januari 2010 22:16:31 schreef joopv:
[...]
Deze post krijgt een eervolle vermelding als "grootste dramatisering van de maand" :)

niks dramatisering. dat is gewoon wat er gebeurt in werkelijkheid, en waarom die AC parameters worden opgegeven en wat je er mee doet.

het is di/dt die , samen met de esr , bepaald hoeveel je eigenlijk dissipeert in de condensator. En dissipatie is pure warmte.

Afhankelijk van je duty cycle en frequentie verandert je gemiddelde vermogen.

Hetzelfde geldt voor electrodes. dis zijn eigenlijk gemaakt door het opdampen van een geleider op het dielectricum. die dingen zijn heel dun , lang en smal, en liggen opgerold in de elco.
voor hoge frequenties krijg je last van skineffect in dat ding. het is lastig om de lading tot aan het einde van de strook te krijgen. ( dat is de reden waarom condensator waardes afnemen bij stijgende frequentie)

je kan maar zoveel electronene per vierkante millimeter persen vooraleer je in de problemen komt. en dat electrodemateriaal heeft ook een weerstand. als jij 20 ampere door een draadje van 0.1 x 0.1 mm perst dan gloeit het ook op als een zaklamp. hetzelfde geldt voor de condensatoren.

multilayer caps hebben minder problemen met hoge frequenties en pulsstromen , simpelweg omdat je daar geen opgerolde sliert hebt. daardoor zijn ze veel stabieler.

als de Ac stroom te groot wordt dan branden die electodes gewoon kapot.

[Bericht gewijzigd door free_electron op (11%)]

Op 18 januari 2010 22:28:11 schreef Lucky luke:
Maar AC? Ik zou denken gepulst DC. Polariteit wisselt immers niet (zou dat wel gebeuren gaat de elco idd (deels) richting plafond)

FE heeft het over stroom en niet over spanning. Door een condensator KAN alleen maar wisselstroom lopen.

Stroom is ook datgeven wat warmte ontwikkeling veroorzaakt in een condensator - samen met de inwendige (ESR) weerstand.

Op 18 januari 2010 22:28:11 schreef Lucky luke:
Maar AC? Ik zou denken gepulst DC. Polariteit wisselt immers niet (zou dat wel gebeuren gaat de elco idd (deels) richting plafond)

AC: Alternating current. Opladen, ontladen, herhaal!

REW zit juist.
het gaat om schakelende voedingen.

spoel wordt geladen met stroom. transistor schakelt af. stroom wordt gedumpt in de condensator. stroom loopt de condensator IN.

transistor schakelt in om de spoel terug te laden. op dit moment moet de condensator stroom leveren aan de belasting. de stroom loopt de condensator terug uit... als je de stroompijlen tekent weet je hoe laat het is. je spanning over de cap is DC.... maar de stroom door de cap is wel degelijk AC ! die verandert van teken !

en het is die stroom die hitte opwekt ( afhankelijk van grootte, ESR , schakelfrequentie , duty cycle en de waarde van de condensator ( 1/2 pi f c ... ). als je dat ding in resonantie krijgt kunnen er heel dramatische dingen gebeuren...

Op 18 januari 2010 23:00:04 schreef Henry S.:
[...]
Het is een schoolvragen topic dus alleen wat een hint:
-Wat is de ESR van de elco's?

Daarmee kan je de boel uitrekenen.

Ik snap uw opmerking niet. Met de ESR kun je uitrekenen hoeveel vermogen er gedissipeert wordt, niet hoeveel vermogen er gedissipeert mag worden. Of is het goed als je onder de opgegeven rimpelstroom blijft?

Voorbeeld:

Bij 14 Ampére beslastingsstroom en 50% duty cycle loopt er volgens de wetten van K. de ene helft van de tijd 14 ampére naar de C en de andere helf 14 van de C. Vermogen is dus 14^2*ESR. Bij het verdubbelen van de C d.m.v. C//C , halvereer je de stroom en wordt het gedissipeert vermogen 4 keer kleiner. De vraag is dus; hoeveel vermogen mag er door zo'n ding gedissipeert worden. Ik heb al een tabel gemaakt met aan de ene kant hoeveel C er parallel zijn geschakeld en aan de andere kant de specificaties. Ik hoef dus alleen te weten hoevel vermogen.

Volgens mij specificeren ze een rimpelstroom inderdaad met het doel om de dissipatie in de hand te houden. Als je daar onder blijft zit je goed.

Het zou natuurlijk veel beter zijn als ze de thermische weerstand zouden specificeren. Dan kan je uitrekenen wat het max is, en ook de afhankelijkheid van de buitentemp kan je dan uitrekenen. Nu zullen ze het wel uitgerekend hebben voor "worst case", maar als je de rest van de schakeling toch moet koelen met een fan, dan gaan die condensatoren vanzelf mee, en had je misschien 2x minder condensatoren nodig gehad.

Op 18 januari 2010 18:41:59 schreef Henry S.:
Ook RS levert nu ook aan particulieren (Bron Elektor).

Scholen kunnen gewoon overal bestellen toch? Dan zijn er tig mogelijkheden, ook zonder verzending of minimale order (ik roep maar wat: Farnell).

Kijk eens naar de ZL serie van rubycon, die zal vast ook niet erg moeilijk te krijgen zijn in nederland.

http://www.rubycon.co.jp/en/catalog/e_pdfs/aluminum/e_zl.pdf

Ik zou wat groter dan 470 pakken, heb je kleinere ESR en dus hogere maximale rimpelstroom.

Op 19 januari 2010 07:14:01 schreef critiacrof:
Ik snap uw opmerking niet. Met de ESR kun je uitrekenen hoeveel vermogen er gedissipeert wordt, niet hoeveel vermogen er gedissipeert mag worden.

Even langer nadenken, zo weet je ook hoe warm je groep elco's wordt en of dat acceptabel is.

Op 19 januari 2010 13:05:32 schreef Red_Arrow:
Ik zou wat groter dan 470 pakken, heb je kleinere ESR en dus hogere maximale rimpelstroom.

Je moet kijken hoe het totaal uitvalt. Er zal een optimum zijn. 2 grote elco's hebben bijna zeker slechtere eigenschappen dan 10 kleine.

Jakkes. Als ik een ESL van 100pH toevoeg aan de 4700µf elcobank, dan krijg ik in mijn simulatie al allemaal nare piekjes op de elcos(minder dan 100ns, een paar volt). Is dit te verwachten als wij de schakeling gaan opbouwen? Als ik namelijk de elcobank in tweeën splits en tussen de helften een 10nH spoeltje met 1mΩ weerstand plaats zijn de piekjes weg. Kan ik verwachten dat de aansluitingen tussen de condensatoren(ga uit van 2cm tussen de condensatoren) deze piekjes wegdempen of moet ik extra maatregelen treffen(ferrietkernje om de kabel ofzo)? Volgens deze calculator: http://www.consultrsr.com/resources/eis/induct5.htm kan ik al 10nH verwachten voor twee centimeter draad.

@Henry S.: bedoeld u de termische weerstand van de behuizing van de elcos? Dit is namelijk niet gegeven, daarom vraag ik het.