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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
Temario
•
•
•
•
•
•
Introducción
Configuraciones básicas
Circuitos auxiliares
Autonomía
Ejemplos prácticos
Conclusiones
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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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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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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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Introducción
• Uso de reguladores series
E = Vo + VRS
PE = Io 2 * R + VRS * Io
η=
Po
⇒ Si _ Io ↑ _ ⇒ η ↓
PE
Ejemplo
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Introducción
• Uso de reguladores series
E = 12V
Vo = 5V
Io = 1A
R = 5ohm
VRS = 7V
PE = 1A2 * 5ohm + 7V *1A = 12W
η=
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5W
= 41%
12W
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Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
Vo =
Po =
1
T
PE =
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Ton
∫
0
vo 2
1
.dt =
Ro
T
Ton
∫
0
1 Ton
Ton
vo.dt =
*E =δ *E
∫
T 0
T
Ton ( E − Vsw) 2
( E − Vsw) 2
( E − Vsw) 2
.dt =
*
=δ *
T
Ro
Ro
Ro
1 Ton
1 Ton ( E − Vsw) * E
( E − Vsw) * E
E
*
io
.
dt
.dt = δ *
=
∫
∫
T 0
T 0
Ro
Ro
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Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
E = 12V
Vo = 5V
Io = 1A
Ro = 5ohm
Vsw = 1V
Vo = δ * E ⇒ δ =
η=
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Po 9.92W
=
= 0.91
PE 10.82W
Po = δ *
Vo 5V
=
= 0,41
E 12V
( E − Vsw) * E
(12V − 1V ) 2
= 0,41 *
= 9,92W
Ro
5ohm
PE =δ *
(E −Vsw) * E
(12V −1V ) *12V
= 0,41*
= 10,82W
Ro
5ohm
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Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
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Principio de funcionamiento de una Fuente conmutada
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Convertidor reductor (Buck). Vin > Vo
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Convertidor elevador (Boost). Vo > Vi
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Convertidor reductor-elevador (Buck-Boost). Ei ≤ ó ≥ -Eo
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Comparativa
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Fly-Back
Vo =
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E
δ
*
N1/ N2 1−δ
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Forward
Vo =
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E
*δ
N1 / N 2
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Push Pull
Vo = 2 *
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E
*δ
N1 / N 2
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Medio puente
Vo =
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E
*δ
N1 / N 2
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Puente completo
Vo = 2 *
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E
*δ
N1 / N 2
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Relación Tamaño/frecuencia
iC
N=
V
(f x S x B x 4,4 x 10 8 )
Vc
T/2
{
ΔQ
T
t
δT
t
Transformador
Capacitores de salida
C=
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∆iL
∆Vc
8 * fsw *
* Vo
Vo
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Disipación de potencia en conmutación
PSW = PSWon + PSWoff
⇒
Cargas resistivas
PSW =
VCC I Csat (t r + t f ) f
6
Cargas inductivas
PSW =
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(VCC + VD )I CEsat (t r + t f ) f
2
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Rectificador Sincrónico
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PWM
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Diagrama en bloques de una fuente
conmutada.
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Esquema General de una Fuente de Alimentación
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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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Rectificador de entrada
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Circuito Snubber
C=
IL * tf
2 *Vf
1,2 *Vs
TON
R≥
5*C
IˆQ − I L
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Circuito práctico
Salida Fly back
NTC limite de
Inrush
Auto
alimentación
Soft Start
Snubber
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Circuito
corriente
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Circuitos limitadores de corriente de Inrush
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Corrector de Factor de Potencia
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Baterías
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Baterías
Curcas de carga
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35
Baterías
Curcas de carga
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Baterías
Efectos de la temperatura
Importante!!! Para almacenaje
meses
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Baterías
Autonomia
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Baterías
Perdida progresiva de la capacidad
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SuperCaps
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SuperCaps
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SuperCaps
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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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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
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Cargadores de Baterías
Redundantes
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
•
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•
•
•
•
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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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Industria Argentina
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