Inversores Modulares de PotenciaInversores Modulares de Potencia
Embarcables para AviónicaEmbarcables para Aviónica
Marzo 2008
Madrid
Centro de Electrónica Industrial (CEI)
ce
i@u
pm
.es
Universidad Politécnica de MadridUniversidad Politécnica de Madrid
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Inversores modulares:
Modularidad:
Capacidad de conexión en paralelo:
Capacidad de sincronización trifásica: Configurabilidad:
INVERSOR 1
INVERSOR 2
Reto sistema de controlReto sistema de control
INVERSOR 2
INVERSOR 1
INVERSOR 3
INVERSOR 2
INVERSOR 1
INVERSOR 3 INVERSOR 4
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
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)
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
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
Transformador y filtro de alta frecuencia reducción de tamaño y peso
Mayor capacidad de potencia y regulación
Soluciones más complejas: coste y control.
Convertidor CC/CA
Control PWM
Convertidor
CC/CC con aislamientoVe=28V Vbus Vs=115VAC
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Diagrama Bloques
Convertidor DC-DC
1ª etapa de potencia
Inversor DC-AC
2ª etapa de potencia
VoVin Vbus
Vin = 22-37Vdc
Vbus = 180Vdc
Vo = 115Vac
V12-1 = 12V prim.
V12-2 = 12V sec.
V3.3-D = 3.3V digital
V3.3-A = 3.3V analog.
2 Drivers
Controlador
lazo de tensión
Circuito
acondicionador
2 Drivers
Enable
Io
V12-1
V12-2
V3.3-D
V3.3-A
V1.8
Fuente de
Alimentación
auxiliar
Protección
Tensión
entrada
Enable
Acondicio
nador
Temp.
DSP
Sync_out
Sync_in
Ref_out
Ref_in
Circuito
acondicionador
Polaridad
inversa
Potencia dividida en 2 etapasBus intermedio regulado de 200VControl en secundario
Basado en DSP que integra los ADCsFuente auxiliar y de arranque con 5 salidasProtecciones
TMS320F2808
400W 350W
28VDC
(22÷37VDC)
400Hz
115VAC
350VA
THD=1%
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
1º etapa de potencia: Convertidor CC/CC
Puente Completo con rectificador en puente completo:
1:nnI
Otras alternativas:
Medio Puente Rectificador con toma media
1:2n2nI 1:n:n
nI
Mayores pérdidas totalesPenalizados en tensión
(Derating)
Mayor
Complejidad
y tamaño
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Magnéticos primera etapa
Diversas opciones: (transformador / bobina)
TOROIDES ф 36mm
PLANOS:
• Repetibilidad
• IEC-950
• Mayores pérdidas
RM RM12
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Condensador BUS
Criterios de diseñoFiltro alta frecuencia convertidor CC/CC
0 5 106
0.4
0.2
0.2
0.4
ICo Uemax t( )
ICo Uemin t( )
t
Frecuencia (kHz) Condensador(nF)
50 250
100 125
150 83.3
Filtro baja frecuencia corriente del inversor
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms
I_Co
0A
1.0A
2.0A
3.0A
4.0A
5.0A
-0.5A
Frequency
0Hz 50KHz 100KHz 150KHz 200KHz 250KHz 300KHz 350KHz 400KHz 450KHz 500KHz
I_Co
0A
0.5A
1.0A
1.5A
2.0A
U
iC
pk2
FC 160•800Hz
•1.9A
Transitorios de baja tensión de entrada
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Resultados experimentales
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
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
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Diseño filtro salida
Estricto requisito de distorsión armónica (1%)
kHzf corte 4
~~
Vn
f/f01 2m
f
4m
ff0=400 Hz
mHL
FC
58.1
1
H7902
Time
0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms
Vout
-200V
-100V
0V
100V
200V
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Pruebas control con DSP
Inversor de prueba
Placa de desarrollo
DSP TMS320F2808
kHzf rápidas 40_
f0=400 Hz
%2THD
Ce
ntr
o d
eE
lec
tró
nic
aIn
du
str
ial
Marzo 2008
Análisis control paralelo
Estrategia de puesta en paralelo
Inversores como fuente de tensión
Estabilidad frente a retardos de la configuración maestro-esclavo
V1
L1
0.1
1 2L2
0.1
1 2
V2R1
1
0
I2I1
12 ·IAIV1
L1
0.1
1 2L2
0.1
1 2
V2R1
1
0
I2I1
12 ·IAI
V1
L1
0.1
1 2L2
0.1
1 2
V2R1
1
0
ZL1 ZL2
ZCARGA
V1
L1
0.1
1 2L2
0.1
1 2
V2R1
1
0
Inversor #1
Inversor #2
ZL1 ZL2
ZCARGA
T i m e
5 . 0 m s 5 . 5 m s 6 . 0 m s 6 . 5 m s 7 . 0 m s 7 . 5 m s 8 . 0 m s 8 . 5 m s 9 . 0 m s 9 . 5 m s 1 0 . 0 m s
V ( V 1 ) V ( V 2 )
- 2 0 0 V
0 V
2 0 0 V
S E L > >
W ( G 1 ) W ( G 2 )
- 2 0 0 W
0 W
2 0 0 W
T i m e
0 s 1 m s 2 m s 3 m s 4 m s 5 m s 6 m s 7 m s 8 m s 9 m s 1 0 m s
V ( V 1 ) V ( V 2 )
- 4 0 0 V
0 V
4 0 0 V
W ( G 1 ) W ( G 2 )
- 4 . 0 K W
0 W
4 . 0 K W
S E L > >
Retardo 7μs (1deg) Retardo 35μs (5deg)
Maestro-esclavo con seguimiento de corriente