Solución:
Como dice Madmanguruman, el condensador está en el lugar equivocado.
El opamp está tratando de mantener los voltajes en su entrada inversora igual que la entrada no inversora, que es 240mV en el ejemplo anterior. Para hacer esto con solo Rsense presente, debe mantener 480mA fluyendo a través de Rsense como usted dice.
Ahora, con la tapa en serie, realmente funcionará para cargar el condensador como lo tiene. Sin embargo, el problema es que no estará a una corriente constante, y la tapa solo se cargará a 240mV, ya que esto es lo que necesita el opamp para mantener el equilibrio.
La tapa no pasa CC, por lo que la corriente es inicialmente de 480 mA y cae exponencialmente a 0 a medida que aumenta el voltaje (y el voltaje a través de la resistencia cae)
Otra cosa que hay que entender aquí es que una simulación es tan real como usted la hace y, en algunos casos, los componentes ideales causan problemas. Es bastante común que el simulador no converja o produzca resultados extraños si no hay una ruta de CC disponible. También con una simulación transitoria, a veces es necesario establecer condiciones iniciales para observar un proceso.
Por ejemplo, si simulo el circuito anterior en LTSpice con un capacitor ideal de 1F, la simulación no converge (nunca termina) Si agrego un valor alto de resistencia en paralelo (10MΩ, esto es realmente muy conservador para un valor tan grande, probablemente ser mucho más bajo) para proporcionar una ruta de CC y (muy aproximadamente) simular una fuga de condensador imperfecta en el mundo real, la simulación funciona:
Simulación:
El 240mV es producido por el 24nA a través de la resistencia de 10MΩ (24e-9 * 10e6 = 0.24V) Sin embargo, la tapa empieza la simulación a 240 mV. ¿Es esto lo que sucederá en la vida real? Es poco probable, por lo que necesitamos simular las cosas como serán cuando se encienda la energía, o al menos con el límite comenzando con 0V a través de él. La razón por la que esto sucede (al menos en SPICE) es porque hay una simulación inicial del punto de operación de CC realizada antes de que comience la simulación transitoria.
Si hacemos la misma simulación con una condición inicial especificada, podemos ver el bit “interesante” que ocurre antes de alcanzar un estado estable:
Así que recuerde ser consciente de la diferencia entre los componentes del mundo ideal y real. Si los resultados de la simulación parecen extraños, intente agregar algo de ESR / ESL (resistencia / inductancia en serie equivalente) y resistencias paralelas a las simulaciones que se correspondan con los componentes que desea usar (la hoja de datos proporcionará valores generalmente)
También tenga en cuenta las tolerancias, para las cuales la simulación de monte carlo es muy útil.
Finalmente, aquí está el circuito con la tapa colocada en el lugar correcto (aunque es posible que desee limitar la corriente del lado alto en su circuito final):
Simulación de corriente a través de la tapa y voltaje a través de ella, observe la constante 480mA hasta que la tapa esté completamente cargada a 4.8V (condición inicial usada nuevamente para ver la tapa cargándose):
Una última cosa, asegúrese de no usar el LM741 en su circuito final, es completamente obsoleto. Elija un opamp de entrada / salida de riel a riel de uso general decente (riel a riel significa que puede oscilar hasta cada riel en la salida y manejar voltajes hasta cada riel en la entrada, muchos opamps, incluido el 741, no pueden hacer esto – otra salida del conveniente mundo de los componentes ideales)
La corriente debe fluir a través de R_sense para causar una caída de voltaje para que el circuito funcione.
EDITAR: Después de mirar por segunda vez su circuito, me di cuenta de que hay algunas limitaciones.
El voltaje máximo absoluto al que podrá cargar el capacitor es $ V_ out (OA1) – V_ th (M2) $ que no será muy útil.
$ V_ out (OA1) $ será menor que el suministro de 4.8V, ya que un amplificador operacional 741 no es una salida de riel a riel. Supongamos que puede generar 4,8 V por ahora. El umbral de puerta a fuente en el peor de los casos $ V_ th $ para un IRF530 es 4V. Esto deja solo 800 mV de voltaje del capacitor antes de que el MOSFET se pellizque (no habrá suficiente voltaje de puerta a fuente para mantenerlo encendido).
Como puede ver, puede limitar la corriente del condensador, pero el voltaje será muy bajo debido a la configuración del circuito que tiene.
El -120V es obviamente una simulación ‘oops’. El condensador debe comenzar como un corto y subir gradualmente hasta su valor final sin problemas.
He mirado la misma pregunta: ¿Cómo cargar un supercondensador rápidamente a 5V? El principal problema es que el componente de estrangulamiento, ya sea una resistencia, un MOSFET o un regulador lineal, probablemente disipe una cantidad significativa de calor. Si es un IC que limita la corriente, entonces ese componente podría fallar o apagarse temporalmente (protección térmica) y tardar más de lo esperado en cargar el supercondensador.
Sin embargo, existen algunas soluciones que generan muy poco calor o que pueden manejar el calor de manera robusta:
Solución 1: Regule la corriente con un circuito de modo de conmutación y un inductor (se generará muy poco calor). Pero el circuito de control no es trivial.
Solución 2: Utilice un IC de carga lineal especial diseñado para el trabajo. Llegué a la conclusión de que el LTC4425 es bueno para el trabajo, ya que tiene un modo en el que se cargará lo más rápido posible mientras mantiene su temperatura dentro del límite aceptable. En la hoja de especificaciones, el límite de disipación térmica fue de alrededor de 2 vatios aproximadamente. Sin embargo, eso solo se aplica si la almohadilla térmica está soldada.
El límite de disipación térmica de 2 W significa que, cuando el supercondensador está vacío, el LTC4425 se cargará inicialmente con 372 mA (ya que 5 V * 0,372 A es aproximadamente 2 W) y luego aumentará la corriente a partir de ahí. A medida que aumenta el voltaje del supercondensador, la pérdida de calor en el LTC4425 disminuye y puede cargarse más rápido, hasta los 3 amperios cuando el supercondensador ya está a 4 V o más.
Así que esto inspiró la mejor solución, en mi opinión:
Solución 3: combine el LTC4425 con una resistencia de potencia en paralelo. De esta manera, la resistencia de potencia manejará la mayor parte de la corriente y el calor de carga inicial, mientras que el LTC4425 completará la carga del supercondensador mucho más rápido que la resistencia por sí misma.
Aquí hay un cálculo que hice: si puedo extraer hasta 2 amperios de una fuente de 5 V, establecería el límite máximo de corriente del LTC4425 en 1,7 A y lo conectaría en paralelo con una resistencia de 3 ohmios. En combinación, la corriente de carga es relativamente plana cerca de 2 amperios hasta que se carga el supercondensador. Eso es tan rápido como lo permite la fuente de alimentación, sin que ninguna pieza se sobrecaliente.
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