SASE 2011 SIMPOSIO ARGENTINO DE SISTEMAS EMBEBIDOS

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1 SASE 2011 SIMPOSIO ARGENTINO DE SISTEMAS EMBEBIDOS Tecnología PWM para la alimentación de sistemas autónomos y generales Ing. Carlos Flavio Narvaja HT S.A. Universidad Tecnológica Nacional FRBA Marzo 2011 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 1

2 Temario Introducción Configuraciones básicas Circuitos auxiliares Autonomía Ejemplos prácticos Conclusiones SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 2

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. SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 3

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. SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 4

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? SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 5

6 Introducción Uso de reguladores series E = Vo + VRS 2 PE = Io * R + VRS * Io η Po = Si _ Io _ η PE Ejemplo SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 6

7 Introducción Uso de reguladores series E = 12V Vo = 5V Io = 1A R = 5ohm VRS = 7V PE = 1A 2 *5ohm + 7V *1A = 12W 5W η = 12W = 41% SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 7

8 Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada 1 Vo = T Ton vo. dt = * E = δ * E T Ton 0 1 Po = T Ton 0 2 vo 1. dt = Ro T Ton 0 ( E Vsw) Ro 2. dt = Ton T ( * E Vsw) Ro 2 = δ ( * E Vsw) Ro 2 P E 1 = T Ton 1 E * io. dt = T Ton 0 0 ( E Vsw) * E. dt = δ Ro ( * E Vsw) * E Ro SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 8

9 Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada E = 12V Vo = 5V Io = 1A Ro = 5ohm Vsw = 1V Vo 5V Vo = δ * E δ = = = 0,41 E 12V η = Po PE = 9.92W 10.82W = ( E Vsw) * E (12V 1V ) Po = δ * = 0,41* = 9, 92W Ro 5ohm ( E Vsw)* E (12V 1V )*12V P E =δ * = 0,41* = 10, 82W Ro 5ohm SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 9

10 Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 10

11 Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 11

12 Convertidor reductor (Buck). Vin > Vo SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 12

13 Convertidor elevador (Boost). Vo > Vi SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 13

14 Convertidor reductor-elevador (Buck-Boost). Ei ó -Eo SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 14

15 Comparativa SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 15

16 Fly-Back Vo= E δ * N1/ N2 1 δ SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 16

17 Forward Vo = E *δ N1/ N 2 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 17

18 Push Pull Vo = 2* E *δ N1/ N 2 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 18

19 Medio puente Vo = E *δ N1/ N 2 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 19

20 Puente completo Vo = 2* E *δ N1/ N 2 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 20

21 Relación Tamaño/frecuencia ic T/2 N = (f V x S x B x 4,4 x 10 8 ) Vc { ΔQ δt T t Transformador t Capacitores de salida il C = Vc 8* fsw* Vo * Vo SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 21

22 Disipación de potencia en conmutación P + SW = PSWon PSWoff Cargas resistivas P SW = V CC I Csat ( t + t ) 6 r f f ( V + V ) I ( t + t ) SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 22 P SW = Cargas inductivas CC D CEsat 2 r f f

23 Rectificador Sincrónico SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 23

24 PWM SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 24

25 Diagrama en bloques de una fuente conmutada. SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 25

26 Esquema General de una Fuente de Alimentación SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 26

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 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 27

28 Rectificador de entrada SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 28

29 Circuito Snubber C = IL* tf 2* Vf TON 1,2* Vs R 5* C I ˆ I Q L SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 29

30 Circuito práctico Salida Fly back NTC limite de Inrush Auto alimentación Soft Start Snubber Circuito corriente SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 30

31 Circuitos limitadores de corriente de Inrush SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 31

32 SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 32

33 Corrector de Factor de Potencia SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 33

34 Baterías SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 34

35 Baterías Curcas de carga SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 35

36 Baterías Curcas de carga SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 36

37 Baterías Efectos de la temperatura Importante!!! Para almacenaje meses SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 37

38 Baterías Autonomia SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 38

39 Baterías Perdida progresiva de la capacidad SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 39

40 SuperCaps SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 40

41 SuperCaps SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 41

42 SuperCaps SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 42

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) SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 43

44 Calculo de corriente de cargador I cargador necesario = I consumo +I baterías I cargador necesario = I consumo x 10% AH Cargadores Sin control de corriente de baterías asegurarse que la variación de consumo del equipamiento no lleve a sobrecargas de baterías SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 44

45 Cargadores de Baterías Redundantes Se hace cargo de toda la carga Control de corriente SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 45

46 Cargadores con SE SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 46

47 Control de sistemas cargadores de 12 KW SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 47

48 Control a distancia de sistemas de cargadores SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 48

49 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: / Fax: fnarvaja@htsa.com.ar Industria Argentina SASE 2011 Ing. Carlos Flavio Narvaja 49