ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE GIJÓN.

Transcripción

1 ESCUELA POLITÉCNICA DE INGENIERÍA DE GIJÓN. GRADO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA ÁREA DE ELECTRÓNICA TRABAJO FIN DE GRADO Nº TÍTULO: Laboratorio educacional de energías renovables D. Luis David Villa Casal TUTOR: Dr. Jorge García García FECHA: (Julio de 2014)

2 Página 2 de 36 PLIEGO DE CONDICIONES

3 Página 3 de 36 Índice del 1. ESPECIFICACIONES GENERALES ESPECIFICACIONES DE MATERIALES PLACA DE CONTROL Microcontrolador dspic30f Cristal de cuarzo Resistencias Potenciómetro para panel 100k Pulsador para PCB Conector PCB Conector RJ-45 para circuito impreso LED rojo de 3mm CONDENSADOR ELECTROLÍTICOS CONDENSADORES DE POLIÉSTER CONDENSADORES CERÁMICOS PLACA DE POTENCIA Diodo del secundario D Driver IR IRF Reguladores de tensión LM7805 y LM Sensor de corriente Transformador flyback Puente rectificador LED rojo 5mm Condensadores electrolíticos Condensadores Poliéster Condensador Multicapa Resistencias Conectores PCB ESPECIFICACIONES DE EJECUCIÓN CONDICIONES ECONÓMICAS... 36

4 Página 4 de Especificaciones generales El presente proyecto consiste en la realización de un prototipo de un regulador electrónico para un panel solar que inyecte en un bus de continua la máxima energía posible que pueda extraer del dispositivo fotovoltaico. Hay tres normativas fundamentales que debe cumplir el producto final para poder comercializarse: - UNE-EN sobre rendimiento global de los inversores fotovoltaicos conectados a la red. - UNE que trata de los requisitos relativos a la seguridad del sistema para instalaciones constituidas por inversores y de conexión a la red eléctrica. - UNE-EN Seguridad de los convertidores de potencia utilizados en sistemas de potencia fotovoltaicos. En todas ellas está englobado nuestro dispositivo, pues un inversor contiene nuestro prototipo como una de sus partes constituyentes. Sobre el prototipo construido deberían hacerse las modificaciones oportunas para adecuarlo la normativa comunitaria como paso previo a su comercialización y ser acreditado por un laboratorio homologado.

5 Página 5 de Especificaciones de Materiales Todos los materiales deben cumplir la normativa ROHS (directiva 2002/95/CE) de Restricción de Sustancias Peligrosas en aparatos eléctricos y electrónicos, fue adoptada en febrero de 2003 por la Unión Europea. 2.1 PLACA DE CONTROL Esta placa funcionará a 5V, por lo que los requerimientos de tensión mínima que deben cumplir los componentes quedan perfectamente satisfechas con tensiones de 16V. Las especificaciones que deberán cumplir los elementos de la placa de control se enumeran a continuación: MICROCONTROLADOR DSPIC30F3013 Debe ser el de la empresa Microchip en capsulado SPDIP (28 Pines).

6 Página 6 de 36

7 Página 7 de 36

8 Página 8 de 36

9 Página 9 de CRISTAL DE CUARZO Debe ser de tecnología through-hole (agujero pasante) similar al de la foto: Figura Cristal oscilador. La distancia entre patillas es estándar. Se usa uno de 11,0592MHz. (Se podría usar de otra frecuencia pero exige cambios en el programa) RESISTENCIAS Todas las resistencias especificadas en la placa de control deben ser de tolerancia igual o inferior al 5% y de una potencia de 0,25W. (resistencias de más potencia podrían no caber en la placa de circuito impreso). Tecnología through-hole. Figura Ejemplo de resistencia de 1/4W Estas especificaciones son válidas para todas las resistencias de la placa: R1, R2, R3, R4, R5, R7, R8, R9, R10 y R12

10 Página 10 de POTENCIÓMETRO PARA PANEL 100K Debe aguantar como mínimo más de 150mW y puede tener cualquier valor entre 4k7 y 220k. El valor no es crítico. Puede ser de cualquier marca pero sus patillas deben estar a la medida para poder encajar en la placa de circuito impreso. La separación es de 5mm. El utilizado es de la firma PIHER: Figura Medidas y distancia entre pines Figura Imagen del potenciómetro

11 Página 11 de PULSADOR PARA PCB Debe ser de tecnología through-hole de los denominados de 12mm. Debe ser normalmente abierto. Figura Ejemplo de pulsadores La distancia entre patillas contiguas es estándar de 5mm (también caben de 5,08mm) CONECTOR PCB El conector para circuito impreso es de 3 vías de paso 5mm (se puede admitir 5,08) Figura Medidas orientativas del conector para circuito impreso. La única condición es que sea de paso 5mm El conector debe tener una serie de especificaciones de capacidad de aislamiento eléctrico, de embornado de cable y de capacidad de conducción de corriente sin una disipación elevada. Se preferirá los de tipo de tornillo, pero también son válidos de resorte.

12 Página 12 de 36 Tabla Características básicas del borne para PCB

13 Página 13 de CONECTOR RJ-45 PARA CIRCUITO IMPRESO Debe tener el siguiente patillaje: Figura Patillaje conector RJ-45 Figura Imagen del conector LED ROJO DE 3MM Debe cumplir el ser de diámetro 3mm para caber en la placa de circuito impreso. El color no es de obligado cumplimiento aunque puede perderse luminosidad si se usan otros colores (requeriría cambio de la resistencia del LED) Figura Led de 3 mm

14 Página 14 de CONDENSADOR ELECTROLÍTICOS Los condensadores deben soportar una tensión de 16V o superior y soportar preferiblemente 105ºC, aunque esta característica es normal en la mayoría de condensadores actuales. Los condensadores deben tener las características en cuanto a tamaño para poder insertarse en la placa de circuito impreso: Designador Capacidad Distancia entre patillas Diámetro externo C1 1000uF/16V 5mm <11mm C12, C13, C14 1uF/16V 3mm <7,5mm Tabla Dimensiones de los condensadores. A mayor tensión del condensador, mayor es el tamaño. Se pueden usar condensadores para tensiones mayores siempre que cumplan el diámetro máximo externo. La capacidad no es crítica. Una tolerancia de ±20% es suficiente. 2.3 CONDENSADORES DE POLIÉSTER Se deben usar de poliéster donde se especifique en el plano: Designador Capacidad Tensión Tolerancia Distancia entre patillas C4, C5 100nF >50V ±20% 5mm C9, C15, C16 22nF >50V ±5% 5mm Tabla Propiedades de los condensadores de poliéster Denominamos a los condensadores de poliéster como aquellos fabricados en material MKT o MKP. No es necesario que sean de la mejor calidad, pero sí que se requiere una cierta precisión en los valores C9, C15, C16, ya que estos condensadores forman un filtro y deben estar sintonizados a una determinada frecuencia (2,5kHz). Figura Fotografía de condensador de poliéster como los utilizados en la placa de control

15 Página 15 de CONDENSADORES CERÁMICOS Estos condensadores deben ser obligatoriamente cerámicos porque trabajarán a alta frecuencia. La tensión tiene que ser superior a 16V y la tolerancia puede ser del 20%, pues el valor no es crítico. Hace referencia a los designadores: C3, C6, C7, C8, C10. Figura Condensador cerámico 2.5 PLACA DE POTENCIA La placa de potencia tiene una mayor exigencia en los valores de tensión de los componentes, por lo que habrá que poner especial cuidado en este aspecto a la hora de seleccionar los componentes: DIODO DEL SECUNDARIO D1 Para el diodo D1 del secundario se utilizará obligatoriamente un diodo ultrafast que soporte una tensión en inversa de al menos 800V, aunque se recomiendan 1000V. La corriente en conducción puede ser de 800mA, pero se recomienda 1A.

16 Página 16 de 36 El modelo de diodo recomendado el UF4007. Cualquier diodo equivalente con las mismas características puede valer:

17 Página 17 de DRIVER IR2125 Mismo modelo o equivalente.

18 Página 18 de 36

19 Página 19 de 36

20 Página 20 de IRF 740 Puede utilizarse el modelo IRF640, aunque se recomienda IRF740.

21 Página 21 de 36

22 Página 22 de REGULADORES DE TENSIÓN LM7805 Y LM7815 Pueden ser sustituidos por los de cualquier fabricante. Referencia estándar 7805 y 7815.

23 Página 23 de 36

24 Página 24 de 36

25 Página 25 de 36

26 Página 26 de SENSOR DE CORRIENTE Se usará el de la empresa LEM modelo LTS 6-NP. No podrá ser sustituido por otro tipo.

27 Página 27 de 36

28 Página 28 de 36

29 Página 29 de TRANSFORMADOR FLYBACK Ya se explicó en la memoria las características que debía cumplir. Al ser un componente fabricado a medida consultar el capítulo 5 de la memoria para sus especificaciones. Figura Transformador flyback PUENTE RECTIFICADOR Corresponde al designador D6 de la placa de potencia y sirve para que no haya problemas de conexión de polaridad. Los requerimientos energéticos de la placa no sobrepasan los 150mA, por lo que no se necesita un puente rectificador de más de 500mA. Respecto a la tensión son suficientes 40V. Lo importante una vez más es el patillaje por lo que se tiene que coger el encapsulado redondo. Como no hay mucha diferencia en precio recomendamos el B250C1500. Figura Imagen del puente rectificador. Como la diferencia de precio no es significativa recomendamos usar el de mayor tensión. En la imagen el de 80V.

30 Página 30 de 36

31 Página 31 de LED ROJO 5MM Debe cumplir el ser de diámetro 5mm para caber en la placa de circuito impreso. El color no es de obligado cumplimiento aunque puede perderse luminosidad si se usan otros colores (requeriría cambio de la resistencia del LED) CONDENSADORES ELECTROLÍTICOS Los condensadores deben soportar una tensión de 35V o superior y soportar preferiblemente 105ºC, aunque esta característica es normal en la mayoría de condensadores actuales. Los condensadores deben tener las características en cuanto a tamaño para poder insertarse en la placa de circuito impreso: Designador Capacidad Distancia entre patillas Diámetro externo C11, C12 10uF/35V 3mm <7,5mm Tabla Dimensiones de los condensadores. A mayor tensión del condensador, mayor es el tamaño. Se pueden usar condensadores para tensiones mayores siempre que cumplan el diámetro máximo externo. La capacidad no es crítica. Una tolerancia de ±20% es suficiente. Figura Condensador electrolítico 10µF/50V CONDENSADORES POLIÉSTER Se deben usar condensadores de poliéster donde se especifique en el esquema. Aparte de donde hay que usarlos obligatoriamente porque funcionen en corriente alterna, C1 y C5 se especifican como de poliéster a causa de la elevada componente alterna de la señal y porque en estas condiciones de funcionamiento presentan una mayor durabilidad que los electrolíticos. Debido a que uno de los requerimientos del regulador es que pueda trabajar

32 Página 32 de 36 libre de fallos durante muchos años sin mantenimiento, es condición necesaria el uso de este tipo de condensadores, aunque su precio sea mucho más elevado. Designador Capacidad Tensión Tolerancia Distancia entre patillas C1 33uF >100V ±5% 27,2mm C5 12nF >400V ±5% 27,2mm C6, C7, C8 100nF >50V ±20% 5mm C14 33nF >100V ±5% 5mm Tabla Propiedades de los condensadores de poliéster El condensador C1 debe tener un ancho inferior a 18mm. El condensador C5 debe tener un ancho inferior a 14mm. Figura Ejemplo de condensador de poliéster como los utilizados en el prototipo CONDENSADOR MULTICAPA Corresponde al designador C5 del esquema de la placa de potencia. Se ha elegido cerámico multicapa debido a su pequeña capacidad, por lo que optando por este tipo de condensadores, se consigue una gran capacidad con poco tamaño. Debe ser obligatoriamente de más de 1000V y preferiblemente de 1500V ó 2000V. No es necesaria una gran precisión de capacidad. Su valor: 100pF±20%. Puede sustituirse por uno de poliéster, siempre que se respete el tamaño para insertar en la PCB: 10mm entre patillas.

33 Página 33 de RESISTENCIAS Las resistencias aguantan una determinada tensión en función de su potencia: Figura Tensiones soportadas por las resistencias en función de su potencia Este es el motivo por el que por ejemplo para obtener 4k5 se utiliza la red resistiva formada por R7, R11 y R12. Es necesario respetar las potencias de las resistencias aún incluso en el caso de que disipe menos potencia de la especificada: una resistencia de menor potencia podría no aguantar la tensión de trabajo. Designador Resistencia Tolerancia Potencia R2, R4, R5 3k6 ±1% 0,25W R1, R13 47k ±5% 0,25W R3 4,7 ±5% 0,25W R8, R9 180k ±5% 0,25W R ±5% 0,25W R14 10k ±5% 0,25W R11, R12, R7 1k5 ±5% 1W R10 6k8 ±5% 4W Tabla Especificaciones de las resistencias R8, R9 y R1 se recomienda que sean también del 1% si es posible, porque forman un divisor resistivo que va a los ADC de la placa de control. Se recomiendan resistencias de carbón o de película metálica. Evitar las resistencias bobinadas porque añadimos inductancia que podría ser perjudicial.

34 Página 34 de CONECTORES PCB Se utilizan de 2 y 3 vías: J9, J10, J11 2 vías J6, J7, J8 3vías Se recomienda respetar el paso de 5mm Las especificaciones que deben cumplir se resumen a continuación: MKDS 1,5/2 MKDS 1,5/3 2 ó 3

35 Página 35 de Especificaciones de ejecución Se deberán respetar las condiciones típicas de montaje habituales en electrónica: respetar la polaridad de los componentes y hacer soldaduras adecuadas y que no cortocircuiten pistas de la PCB. Para grabar el dspic30f3013 se recomienda el uso del software MPASM de Microchip y el grabador ICD 3 u otro posterior de la misma empresa. Figura Grabador ICD 3 de Microchip

36 Página 36 de Condiciones económicas No se han descrito