Resumen de Estudio de paralelización de convertidores Flyback en aplicaciones de carga de baterías y condensadores de hasta 1.2 kilovatios
- español
Esta tesis doctoral se aborda el diseño de una arquitectura de control para un regulador Flyback de hasta 1.2 kilovatios. Su principal potencial aplicación la constituyen los sistemas de carga de baterías.
Los sistemas de carga de baterías han de poder adaptarse a un amplio rango de voltajes debido a que cada batería está formada por la unión de diferentes células elementales para obtener el voltaje y/o la corriente de salida deseados. La unión células en su conexión serie – paralelo, propicia que no todos los grupos de células se carguen al mismo voltaje. Por esta razón se han integrar sistemas de balance que se encarguen de equilibrar los voltajes de las células hasta niveles óptimos. Estos sistemas balance han de operar en rangos de voltaje amplios dependiendo del número de células a su cargo. Esta característica funcional hace necesario, en los sistemas actuales, el uso diferentes piezas de hardware, lo que es complejo y caro. En esta tesis doctoral se propone una arquitectura alternativa a las actualmente empleadas que minimiza el uso de componentes pasivos y mejora su adaptabilidad.
La metodología y procedimiento de estudio detallan todo el proceso de análisis, conceptualización y verificación. Cada una de las fases han sido diseñadas y verificadas con herramientas de software e instrumentación específica, como osciloscopios, generadores señal, piezas de hardware y fuentes de alimentación de alta potencia.
Para llevar a cabo este estudio y analizar la viabilidad tecnológica de la propuesta se han establecido ocho objetivos, cuatro principales y cuadro secundarios. Los objetivos desarrollados permiten cubrir diferentes aspectos tecnológicos como son:
- Arquitectura funcional basada en interrupciones específicas.: Este estudio propone un método de control innovador basado en interrupciones. Las interrupciones, poseen latencias que pueden impactar en el funcionamiento final. Este estudio propone técnicas para solventar estos problemas.
- Arquitectura de buses y periféricos: La selección de periféricos, así como su organización interna, se trata de manera específica, maximizando los recursos para crear un sistema adaptable en tiempo real.
- Sincronización de cores: La arquitectura propuesta está formada por dos unidades centrales de procesado específicas. Los objetivos de este bloque están centrados en el estudio de la arquitectura de sincronización de ambas unidades de procesado para maximizar los recursos de hardware.
- Sincronización de controladores: La sincronización de diferentes controladores permite incrementar los rangos de corriente y mejorar la integración de la arquitectura propuesta.
Cada uno de estos objetivos se ha abordado desde un punto de vista experimental, detallándose en esta tesis el procedimiento utilizado y los resultados experimentales conseguidos. Dichos resultados experimentales han sido obtenidos sobre una placa de circuito impreso diseñada y elaborada específicamente para este propósito.
- English
This PhD. Thesis describes the design of a control architecture for a Flyback controller for a power range up to 1.2 Kilowatts. The main potential application of this proposal is in battery charging systems.
The battery charging system have to get adapted to multiple voltage ranges due to that the batteries are formed by different cells connected to reach the desired current and voltage outputs. The connection of different cells in parallel or series generates voltage drifts between cells. For this reason the battery packs have integrated battery balancing systems. The battery balancing must able to operate in wide voltage ranges depending on the number of cell managed by it. The functional feature makes necessary the integration of complex and expensive hardware elements. This PhD thesis proposes a novel architectural solution which minimizes the integration of passive components and improves its adaptability.
The research procedure of this PhD and its methodology details the full conceptualisation and analysis process for this architecture. Each of its phases have been designed and verified with software tolls and specialized instrumentation, as oscilloscopes, signal generators, hardware elements and high power supplies.
During the process of this PhD research have been stablished four key objectives and four secondary ones. These objectives have allowed defining and understanding the different technological aspects of the proposed architecture as they are:
- The functional behaviour of the proposed architecture based on digital interruptions.
The digital interruptions have latencies which can impact in the final behaviour. This study proposes different techniques to minimize their technological weaknesses.
- Hardware architecture of buses and peripherals. The selection of peripherals and its internal distribution is specifically studied with the objective of maximizing the hardware resources to be able to create a real time adaptable system.
- The synchronization of different cores: the proposed architecture is formed by two central processing units. The objectives of this research block were oriented in the study of the synchronization of both central processing units to maximize the hardware resources.
- The synchronization of different controllers: The synchronization of different controllers allows increasing the current ranges and improving the integration of this architecture in multiple charging environments.
Each o this objectives have been experimentally investigated, with a deep description of the procedure selected and the results of each research topic. These experimental results have been generated by using and specific evaluation board designed for the purpose of the PhD.
