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Lección 2
Especificaciones de Fuentes de Alimentación
Sistemas Electrónicos de Alimentación 5º Curso.
Ingeniería de Telecomunicación
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Especificación técnica de un convertidor

• Rendimiento
• Protecciones de entrada
• Protecciones de salida
• Señales y Alarmas
• Dimensiones
• Normas
• Temperaturas
• Ventilación
• Tiempo de mantenimiento

• Tipo de fuente
• Tensión máxima
• Tensión nominal
• Tensión mínima
• Frecuencia
• Contenido armónico de la corriente
• Corriente de entrada al enchufar el equipo
• Fluctuaciones rápidas en la tensión de entrada

• Potencia máxima
• Tensión de salida
• Rizado de la tensión
• Regulación estática
• Regulación dinámica

Especificaciones de Convertidores
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Especificaciones de entrada
La fuente de entrada puede ser de alterna o de
continua
Fuentes de alterna

• La más habitual es la red eléctrica
• Generadores movidos por motores de combustión
• Aerogeneradores

Especificaciones de Convertidores
En el caso de convertidores conectados a la red,
se debe especificar
Tensión nominal (valor eficaz) - 230 V en
Europa - 240 V en el Reino Unido - 110 V
en EE.UU - 100 V en Japón - 230 V en
Australia
En España se está migrando actualmente de 220 V a
230 V
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Especificaciones de entrada

• Márgenes de variación de la tensión de entrada
• En función de la hora del día y de la carga de
  la red, la tensión puede variar entre ciertos
  márgenes. Sin embargo, el convertidor debe poder
  funcionar con cualquiera de esas tensiones
• - En Europa 190 265 V
• - En EEUU 90 130 V
• Si el equipo es portátil y es susceptible de ser
  llevado en un viaje (ordenadores, máquinas de
  afeitar, cargadores de teléfonos, etc.) hoy en
  día es habitual especificar como rango de tensión
  de entrada el llamado Rango Universal 90-265V.
  De esta forma, es posible conectar estos equipos
  en cualquier lugar del mundo

Especificaciones de Convertidores
Por motivo de ahorro de costes en gestión de
stocks, muchos equipos industriales tienen
también esta especificación
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Especificaciones de entrada
Frecuencia

• La frecuencia de la red cambia según el lugar
  del mundo
• - En Europa 50 Hz
• - En EEUU 60 Hz
• - En Japón El norte a 50 Hz y el sur a 60 Hz

Se suele permitir una pequeña variación con
respecto al valor nominal 3Hz
Contenido armónico de la corriente de entrada
Especificaciones de Convertidores
Corriente de entrada al enchufar el equipo
(Inrush Current)
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La Electricidad en el Mundo
Especificaciones de Convertidores
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Especificaciones de entrada
Posibles fluctuaciones rápidas en la tensión de
entrada
Hueco de tensión (Outage)
Fallo de semiciclo de red
Especificaciones de Convertidores
Desvanecimiento (Sag o Dip)
Elevación (Swell)
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Especificaciones de entrada
Fuentes de continua

• Hay muchas fuentes de alimentación que tienen
  como entrada una tensión continua. Ésta puede
  provenir de
• - Una batería
• - Un panel solar
• - La salida de otro convertidor

Especificaciones de Convertidores
Baterías

• Las tensiones de las baterías dependen del valor
  de tensión que produce cada célula
  electroquímica
• - Ni-Cd 1,2V
• - Pb 2V
• - Ni-Mh 1,2 V

Para obtener otro valor de tensión, se conectan
células en serie
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Especificaciones de entrada

• Durante el proceso de carga, la tensión de la
  batería sube por encima de su valor nominal.
  Podemos simplificar el modelo suponiendo que
  tiene una resistencia en serie. Por ejemplo, la
  batería de un coche (12 V) en carga sube hasta
  13,6 V.
• Cuando se descargan, las baterías mantienen su
  valor nominal durante casi todo el tiempo. Sin
  embargo, cuando está bastante descargada, la
  tensión empieza a decrecer. Si la tensión baja
  mucho, la batería se puede dañar.
• La tensión mínima hasta la que se pueden
  descargar con seguridad es la tensión de descarga
  profunda. Por ejemplo, la batería de un coche (12
  V) se puede descargar hasta 10 V.

Especificaciones de Convertidores
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Especificaciones de entrada

• Especificaciones típicas con baterías son
• - En coches 12 V. Variación 13,6 10 V
• - Camiones 24 V. Variación 27,2 20 V
• - Telecomunicaciones 48 V. Variación 54,4 36
  V
• Hasta hace poco se estaba llevando a cabo un
  proceso de migración en los automóviles para
  pasar de baterías de 12 V a baterías de mayor
  tensión. Los nuevos sistemas para automóviles se
  creía que iban a trabajar a 42 V.

Especificaciones de Convertidores

• Sin embargo, los coches eléctricos se están
  diseñando con baterías de alta tensión (en torno
  a 300 V).
• El Toyota Prius (híbrido) usa una batería de 264
  V.

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Especificaciones de entrada
Paneles Solares

• Los paneles solares se construyen conectando en
  serie y en paralelo conjuntos de células
  fotovoltaicas fabricadas con silicio

Especificaciones de Convertidores

• La curva V-I de un panel solar tiene la
  siguiente forma

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Especificaciones de entrada
Otro convertidor como fuente de energía de entrada

• En muchas ocasiones, a la salida de un
  convertidor se conecta otro en cascada

Especificaciones de Convertidores

• Por tanto, las especificaciones de entrada del
  convertidor CC/CC2 se corresponden con las
  especificaciones de salida del convertidor
  CC/CC1. De esta forma, especificaciones de
  entrada típicas pueden ser
• - 48 V en sistemas de telecomunicaciones
• - 12 V en sistemas con microprocesadores
• - 400 V en sistemas con corrección previa del
  factor de potencia

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Especificaciones de funcionamiento
Rendimiento

• El rendimiento es una de las principales
  especificaciones de funcionamiento es de los
  convertidores.
• En un convertidor IDEAL, la potencia de entrada
  sería igual a la de salida y, por tanto, el
  rendimiento sería del 100.
• Sin embargo, un convertidor real disipa una
  cierta cantidad de energía en su funcionamiento
  (pérdidas)

Especificaciones de Convertidores
Las pérdidas se disipan en forma de CALOR

• Los convertidores electrónicos pueden llegar a
  tener rendimientos muy elevados (hasta el 98).
• Los rendimientos típicos oscilan entre el 80 y
  el 94 aproximadamente.

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Especificaciones de funcionamiento
Protecciones

• En el funcionamiento habitual del convertidor
  puede haber situaciones fortuitas que lleguen a
  causar daños irreversibles al propio convertidor.
  Para evitarlo se implementan protecciones, tanto
  a la entrada como a la salida.

• Sobretensión de entrada
• Baja tensión a la entrada
• Sobretensión de salida
• Sobrecorriente de salida
• Cortocircuito a la salida

Especificaciones de Convertidores

• En caso de que se produzca alguna de estas
  situaciones, los circuitos de control pueden
  intentar solventar el problema o simplemente
  apagar el convertidor

Señales y alarmas

• Además, se pueden activar sistemas de alarma
  para avisar de un problema
• También es habitual tener LEDs de Marcha,
  Standby, etc.

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Especificaciones de funcionamiento
Dimensiones

• Una especificación fundamental es el tamaño del
  convertidor Largo x Ancho x Altura

Especificaciones de Convertidores

• En aplicaciones industriales, los tamaños están
  normalizados para que se puedan adaptar a los
  racks

Normas

• De seguridad
• De Compatibilidad Electromagnética
• De construcción

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Especificaciones de funcionamiento
Temperaturas

• Como en cualquier circuito, es necesario
  especificar el rango de temperaturas en el que
  puede trabajar correctamente el convertidor.
• Lo normal es que el rango sea entre 0ºC y 45ºC,
  aunque depende de la aplicación. En automoción
  p.ej, el rango es más exigente.

Ventilación
Especificaciones de Convertidores

• El convertidor puede estar diseñado para
  funcionar con convección natural o con
  ventilación forzada. Este dato es fundamental
  para dimensionar adecuadamente los radiadores.

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Especificaciones de funcionamiento
Tiempo de mantenimiento (Hold-up time)

• Si la tensión de red desaparece durante un corto
  periodo de tiempo, los equipos deben poder seguir
  funcionando. Este tiempo se especifica como
  tiempo de mantenimiento.
• Los valores típicos a potencia máxima son 10ms o
  20 ms.

Especificaciones de Convertidores
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Especificaciones de salida
Potencia

• La potencia máxima de salida condiciona
  fuertemente el diseño de los convertidores

Tensión de salida

• Es uno de los datos fundamentales de la
  especificación. Puede tener una gran importancia
  en la selección de la topología.
• En general, el valor de la tensión de salida
  depende de la carga que se pretende alimentar

Especificaciones de Convertidores

• Telecomunicaciones 48 V, 24 V y 12 V.
• Microprocesadores 3,3 V, 1,5 V, 1,2 V y
  disminuyendo en las nuevas generaciones.
• Equipos para automóviles (Radio, CD, etc) 12 V.
• Equipos de audio 70 V.
• Circuitos digitales en general 5 V, 12 V.

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Especificaciones de salida
Rizado de la tensión de salida

• La tensión de salida siempre tiene una
  componente de alterna indeseada superpuesta a la
  componente de continua (tensión nominal de
  salida).
• A esta componente de alterna se le llama RIZADO.
  Su suele especificar la amplitud del rizado en
  forma de con respecto al valor nominal.

Especificaciones de Convertidores
Especificaciones típicas son 1, 2, 5
Regulación estática

• En función del punto de trabajo (tensión de
  entrada y potencia de salida), el valor de la
  tensión de salida (la componente de continua)
  suele variar ligeramente. Esta variación se acota
  en las especificaciones del convertidor en forma
  de con respecto al valor medio frente a
  variaciones de la tensión de entrada y de la
  potencia (o corriente) de salida.
• Los valores típicos son 1, 3, 5.

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Especificaciones de salida
Regulación dinámica

• Cuando hay un cambio repentino de la tensión de
  entrada o en la carga, el convertidor y el
  circuito de control que regula la tensión de
  salida tardan un cierto tiempo en responder. La
  especificación de regulación dinámica acota tanto
  la oscilación que se produce como el tiempo de
  estabilización de la tensión de salida

Especificaciones de Convertidores

• Las oscilaciones pueden llegar a ser de hasta el
  10 y el tiempo de respuesta puede variar entre
  algunos ?s hasta decenas de ms. Todo ello depende
  fuertemente de la aplicación.