Comutação suave entre baterias de 12 V, com uma chave seletora

Eu tenho vários instrumentos (12 volts, consumindo algumas centenas de miliamperes) que ocasionalmente precisam ser trocados entre uma das duas baterias de ácido-chumbo de 12 volts.

A chave de alternância é break-before-make, portanto, há uma fração de segundo de interrupção no fornecimento que faz com que alguns instrumentos sejam reinicializados.

Os instrumentos são caixas pretas, e eu não sei o que há neles ou como eles funcionam.

Como posso suavizar a queda de energia durante a alternância e impedir a reinicialização? Um capacitor e resistor em série no lado da carga da chave seletora serão adequados?

As características internas dos instrumentos são desconhecidas para mim (isso faz parte do problema), então não sei que tipo de interrupção no fornecimento é aceitável. Além disso, existem vários instrumentos que podem ou não estar ativados no momento, o que aumenta a complexidade do problema. Por isso, estou procurando a solução mais genérica mais simples que não exija muita sofisticação - foi por isso que eu estava pensando em apenas um capacitor e resistor de 12 V no interruptor.

Um pouco de matemática simples:

Em uma carga do condensador, Q, e tensão, V, estão relacionados por $Q = CV$ .

Corrente é a taxa de fluxo de carga, portanto, a diferenciação nos dá $I = \frac {dQ}{dt} = C \frac {dV}{dt}$

Você deseja calcular sua queda de tensão durante a transferência do comutador, para reorganizarmos como

Então, considerando algumas figuras grosseiras, diremos que você está consumindo 250 mA, você pode tolerar uma queda de 0,8 V e seu switch leva 50 ms para lançar

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Figura 1. O circuito.

@Jasen afirma que "um capacitor grande o suficiente pode danificar sua chave". O ponto aqui é que um capacitor age como um curto-circuito quando conectado pela primeira vez a uma fonte de alimentação, porque está completamente descarregado. Como resultado, haverá um aumento de corrente inicial através do interruptor já fechado. Você pode usar um interruptor robusto ou adicionar um resistor limitador de corrente em série com C1.

Uma vez carregada inicialmente, a corrente de comutação ficará próxima da corrente de carga durante cada transição do comutador.

Você poderia adicionar dois diodos Schottky ao comutador, permitindo que a bateria alimentasse a carga por meio de um diodo. Durante a alternância, a tensão cairá 0,35 V (1N5817 a 200 mA) abaixo da tensão da bateria com maior carga e evita o aumento de corrente causado pela adição de um capacitor. Você pode até remover o interruptor se uma perda de energia de 3% for aceitável.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Isso pode parecer muito simplista, mas eu trabalhei com isso no passado com uma simples mudança momentânea na chave de alternância principal. Segurá-lo conecta as duas fontes de 12 V enquanto você vira a principal. Portanto, em nenhum momento a energia é interrompida. E com isso, as duas fontes são completamente isoladas durante a operação normal e não podem ser deixadas acidentalmente conectadas.

Você pode conferir a linha Power MUX do Texas Instruments: link.

Existem algumas versões de 12V. Eu tenho um de 5V para trocar as baterias de LiPo em um microprocessador, mas não acho que seja reinicializado, pois isso não importa no meu caso.

Eles não são tão caros e você pode obter um módulo de avaliação se não estiver satisfeito com a soldagem de pequenos componentes.

Obtenha um comutador SP3T com contatos de fazer antes da interrupção para conectar cada bateria a um contato final. E ambas as baterias para o meio contato através de um diodo de potência Schottky.

Dessa forma, não haverá "tempo morto" durante a transição.

Encontrar uma opção adequada pode ser complicado.

Você poderia usar dois interruptores pequenos para quebrar um ao outro? Colocaria muita pressão no carregador? É um carregador, eu assumo? Ou seria muita pressão sobre as baterias devido a diferentes níveis de carga? Além disso, o diagrama de circuito original ajudaria. Isso ajudaria um aluno visual como eu a ver a configuração atual. Ou troque-o antes que a bateria esteja tão descarregada que cause uma queda. Existe no mercado um comutador inteligente feito para automóveis para combinação de ciclo profundo / bateria de partida. Você mencionou pouco espaço, portanto não tenho certeza de que funcionará para você. Há uma solução na mente de alguém em algum lugar que funcionará perfeitamente.

Eu uso este dispositivo para praticamente exatamente o seu problema:

http://www.mini-box.com/Y-PWR-Hot-Swap-Load-Sharing-Controller

Eu diria que é fácil para alguém com experiência nessa área duplicar se preferir criar o seu próprio.

Nota: não tenho afiliação com o site que vende acima, e não tenho certeza se ele está disponível no momento, pois não há preço listado, apenas "solicitação de cotação". Quando o comprei há muitos anos (provavelmente quase 10), era barato.

Dependendo do contexto, isso pode ser um problema difícil ou mesmo muito difícil.

Se a carga não tolera interrupções, você deve fazer um processo de duas etapas com dois diodos e um comutador especial que passa por um estado quando as duas fontes estão ativadas.

(ou até 4 etapas, se você não quiser que um diodo coma constantemente um volt, o interruptor rotativo se torna seu amigo).