Tecnología PWM para la alimentación de sistemas autónomos ... · Convertidor elevador (Boost)....
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 1
SASE 2011SIMPOSIO ARGENTINO DE SISTEMAS EMBEBIDOS
Ing. Carlos Flavio NarvajaHT S.A.
Universidad Tecnológica Nacional FRBAMarzo 2011
Tecnología PWM para la alimentación de sistemas autónomos y generales
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 2
Temario
• Introducción• Configuraciones básicas • Circuitos auxiliares• Autonomía• Ejemplos prácticos• Conclusiones
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 3
Introducción
• La aplicación de Sistemas embebidos promueve aumento de la competividad , como así también en el valor agregado de los productos.
• Estas aplicaciones pueden aparecer en sectores como la Automatización Industrial, transporte, bienes de consumo, Salud, infraestructura y servicios públicos, etc.
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 4
Introducción
• Se pueden utilizar distintos tipos de tecnologías, técnicas, proceso, etc.
• Pero sin duda todos estos sistemas requieren de algún tipo de energía para su funcionamiento
• Y si el sistema de alimentación falla o no es adecuado el proyecto irremediablemente FRACASA.
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 5
Introducción
• No hay que perder de vista las tendencias en cuanto al consumo de los sistemas embebidos portátiles en los que aumentan sus potencias y los consumos se mantienen o aumentando su autonomía.
• ¿Por qué el Uso de PWM en los sistemas de alimentación?
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 6
Introducción
• Uso de reguladores seriesVRSVoE +=
IoVRSRIoPE **2 +=
↓⇒↑⇒= ηη __ IoSiPEPo
Ejemplo
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 7
Introducción
• Uso de reguladores series
VVRSohmRAIoVVoVE
7515
12
====
=
WAVohmAPE 121*75*1 2 =+=
%41125
==WW
η
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 8
Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
∫ ===Ton
EET
TondtvoT
Vo0
**.1δ
∫ ∫−
=−
=−
==Ton Ton
RoVswE
RoVswE
TTondt
RoVswE
Tdt
Rovo
TPo
0
22
0
22 )(*)(*.)(1.1δ
∫ ∫−
=−
==Ton Ton
E RoEVswEdt
RoEVswE
TdtioE
TP
0 0
*)(*.*)(1.*1δ
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 9
Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
VVswohmRo
AIoVVoVE
15
15
12
==
==
=
41,0125* ===⇒=
VV
EVoEVo δδ
Wohm
VVRo
EVswEPo 92,95
)112(*41,0*)(*2
=−
=−
= δ
Wohm
VVVRo
EVswEPE 82,105
12*)112(*41,0*)(* =−
=−
=δ
91.082.1092.9
===WW
PPo
E
η
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 10
Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 11
Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 12
Convertidor reductor (Buck). Vin > Vo
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 13
Convertidor elevador (Boost). Vo > Vi
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 14
Convertidor reductor-elevador (Buck-Boost). Ei ≤ ó ≥ -Eo
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 15
Comparativa
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Fly-Back
δδ−
=1
*2/1 NN
EVo
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 17
Forward
δ*2/1 NN
EVo =
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 18
Push Pull
δ*2/1
*2NN
EVo =
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 19
Medio puente
δ*2/1 NN
EVo =
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 20
Puente completo
δ*2/1
*2NN
EVo =
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 21
Relación Tamaño/frecuencia
)10 x 4,4 x B x S x (fV
8=N
t
δT
TΔQ{T/2iC
t
Vc
VoVoVcfsw
iLC***8 ∆
∆=
Transformador
Capacitores de salida
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 22
Disipación de potencia en conmutación
SWoffSWonSW PPP += ⇒
( )6
fttIVP frCsatCC
SW
+=
( ) ( )2
fttIVVP frCEsatDCC
SW
++=
Cargas resistivas
Cargas inductivas
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 23
Rectificador Sincrónico
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 24
PWM
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 25
Diagrama en bloques de una fuente conmutada.
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 26
Esquema General de una Fuente de Alimentación
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 27
Circuitos auxiliares• Rectificadores de entrada• Circuito limitador de corriente de inrush• Snubber• Soft Start• Circuito de realimentación aislado• Filtros de entrada• Autoalimentación• Rectificadores sincrónicos• Circuitos de control• PFC
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 28
Rectificador de entrada
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 29
Circuito Snubber
VftfILC
*2*
=
LQ
ON
IIVsR
CT
−≥ ˆ
*2,1*5
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 30
Circuito práctico Salida Fly back
Snubber
Auto alimentación
Circuito corriente
Soft Start
NTC limite de Inrush
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 31
Circuitos limitadores de corriente de Inrush
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 32
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 33
Corrector de Factor de Potencia
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 34
Baterías
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 35
BateríasCurcas de carga
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 36
BateríasCurcas de carga
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 37
BateríasEfectos de la temperatura
Importante!!! Para almacenajemeses
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 38
BateríasAutonomia
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 39
Baterías
Perdida progresiva de la capacidad
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 40
SuperCaps
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 41
SuperCaps
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 42
SuperCaps
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 43
Cargadores de Baterías
• Funcionamiento continuo• Control de corriente de carga • Protección sobre tensión• Protección Batería inversa• Opción reduncancia• Protección LVBD(Low Voltage Battery Disconnect)
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 44
Calculo de corriente de cargador
Cargadores Sin control de corriente de baterías asegurarse que la variación de consumo del equipamiento no lleve a sobrecargas de baterías
I cargador necesario = I consumo x 10% AH
I cargador necesario = I consumo +I baterías
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SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 45
Cargadores de BateríasRedundantes
Se hace cargo de toda la carga
Control de corriente
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Cargadores con SE
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Control de sistemas cargadores de 12 KW
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Control a distancia de sistemas de cargadores
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Muchas Gracias
• Ing. Carlos Flavio Narvaja• HT S.A.Ingeniería y Producción.• Certificada ISO 9001:2000• Pedro Morán 515 – Lomas del Mirador • (B1752CTA)• Buenos Aires – Argentina.• Tel: 54-11-4653-3655/4657-6869-0398-1023• Fax: 54-11-4657-6007• [email protected]
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