Centro de Electrónica Industrial (CEI) Marzo 2008 Madrid
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- Álvaro Cordero Crespo
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1 Centro de (CEI) Inversores Modulares de Potencia Embarcables para Aviónica Universidad Politécnica de Madrid Madrid
2 Inversores modulares: Modularidad: INVERSOR 1 Capacidad de conexión en paralelo: INVERSOR 2 Capacidad de sincronización trifásica: Configurabilidad: INVERSOR 1 INVERSOR 2 INVERSOR 1 INVERSOR 2 INVERSOR 3 INVERSOR 3 INVERSOR 4 Reto sistema de control
3 Diseño para aviónica: Otros retos: Temperatura: -55ºC +70ºC Tamaño y peso: 13.4 x 17.8 x 7.1 cms y 2.1Kg Transitorios de tensión de entrada nula (MIL-STD-704E) Derating (MIL-HDBK-1547)
4 Tipos Soluciones Una etapa: Dos etapas: ~ Solución sencilla y compacta Tamaño elevado: Transformador de baja frecuencia (BF) En soluciones que evitan el transformador de BF: Potencia limitada (P<500W) Capacidad de regulación limitada Convertidor CC/CC con aislamiento Convertidor CC/CA V e =28V Vbus V s =115V AC Control PWM Transformador y filtro de alta frecuencia reducción de tamaño y peso Mayor capacidad de potencia y regulación Soluciones más complejas: coste y control.
5 Diagrama Bloques 28VDC Vin (22 37VDC) Polaridad inversa Convertidor DC-DC 1ª etapa de potencia 2 Drivers 400W Temp. Acondicio nador Vbus Inversor DC-AC 2ª etapa de potencia 350W 2 Drivers Vo Io 400Hz 115VAC 350VA THD=1% Controlador lazo de tensión Enable DSP Circuito acondicionador V12-1 V12-2 TMS320F2808 Fuente de Alimentación auxiliar V3.3-D V3.3-A V1.8 Vin = 22-37Vdc Vbus = 180Vdc Vo = 115Vac Protección Tensión entrada Enable Circuito acondicionador V12-1 = 12V prim. V12-2 = 12V sec. V3.3-D = 3.3V digital V3.3-A = 3.3V analog. Sync_out Ref_out Sync_in Ref_in Potencia dividida en 2 etapas Bus intermedio regulado de 200V Control en secundario Basado en DSP que integra los ADCs Fuente auxiliar y de arranque con 5 salidas Protecciones
6 1:n:n 1º etapa de potencia: Convertidor CC/CC Puente Completo con rectificador en puente completo: ni 1:n Otras alternativas: Medio Puente 2nI 1:2n Mayor Complejidad y tamaño Rectificador con toma media ni Mayores pérdidas totales Penalizados en tensión (Derating)
7 Magnéticos primera etapa Diversas opciones: (transformador / bobina) RM RM12 TOROIDES ф 36mm PLANOS: Repetibilidad IEC-950 Mayores pérdidas
8 Condensador BUS Criterios de diseño Filtro alta frecuencia convertidor CC/CC ICo ( Uemax t) ICo ( Uemin t) Frecuencia (khz) t Filtro baja frecuencia corriente del inversor Condensador(nF) A 4.0A 3.0A 2.0A 1.5A C 2 i pk U 2.0A 1.0A 800Hz C 160 F 1.0A 0.5A 1.9A 0A -0.5A 0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms I_Co Time 0A 0Hz 50KHz 100KHz 150KHz 200KHz 250KHz 300KHz 350KHz 400KHz 450KHz 500KHz I_Co Frequency Transitorios de baja tensión de entrada
9 Resultados experimentales
10 2ª etapa de potencia: Convertidor CC/CA Inversor reductor ~ Rama lenta (400Hz) Rama rápida (khz) Optimización pérdidas en conducción para rama lenta: 2x0.5W Optimización pérdidas de conmutación para rama rápida: 2x1.6W
11 Diseño filtro salida Estricto requisito de distorsión armónica (1%) V n ~ 1 2m 4m f/f 0 f corte 4kHz C L 1 F 1.58mH f H f f 0 =400 Hz 200V 100V 0V -100V -200V 0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms Vout Time
12 Pruebas control con DSP Placa de desarrollo DSP TMS320F2808 Inversor de prueba f s _ rápida 40kHz THD 2% f 0 =400 Hz
13 Análisis control paralelo Estrategia de puesta en paralelo Inversores como fuente de tensión Z L1 Z L2 L L Inversor #1 V1 R1 1 Z CARGA V2 Maestro-esclavo con seguimiento de corriente I 1 L L I 2 V1 V2 R1 1 I A 2 I 1 0 Inversor #2 0 Estabilidad frente a retardos de la configuración maestro-esclavo 200W 4.0KW 0W 0W SEL>> -200W -4.0KW W(G1) W(G2) W(G1) W(G2) 200V 400V 0V 0V SEL>> -200V 5.0ms 5.5ms 6.0ms 6.5ms 7.0ms 7.5ms 8.0ms 8.5ms 9.0ms 9.5ms 10.0ms V(V1) V(V2) Time Retardo 7μs (1deg) -400V 0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms V(V1) V(V2) Time Retardo 35μs (5deg)
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