Las energías renovables tienen un enorme potencial para la transformación de cómo las sociedades generan energía, y la integración de estas fuentes está siendo impulsado por las organizaciones gubernamentales y de servicios públicos. Después de la conversión generación, medición y eficiente a la red de CA que cumpla sin problemas son críticos para la integración de fuentes de energía renovables. Comunicación de que la energía disponible es también necesario.Este artículo revisa las tecnologías disponibles para la integración de fuentes de energía a gran escala y de pequeña escala.

 

Una versión similar de este artículo apareció en marzo / abril 2012 edición de Design Power Systems revista y en alemán en el 06 2012 cuestión de la Industrie Elektronik revista.

Introducción

Imagina un mundo en el que toda la electricidad proviene de fuentes renovables. Ahora, tenga en cuenta que el 2011 la Comisión Europea Energy Roadmap 2050 ¹ propuso un escenario futuro en el que el 97% de la electricidad consumida en realidad se genera a partir de fuentes renovables. Sí, el objetivo es 97%. ¿Cómo sería un mundo parece? Cierra los ojos y ver las imágenes de aire limpio, cielos azules, y verdes pastos. Maravilloso, sí, pero no antes de un considerable trabajo que se hace. Para nosotros, los ingenieros, la visión y el sueño de un "verde" nuevo mundo rápidamente es reemplazado por un proyecto difícil, ingeniería ultra-de gran escala. ¿Podemos cosecha, agregar y entregar suficiente energía renovable para alcanzar el punto donde las energías renovables esencialmente entregar toda la energía eléctrica necesaria? Ese es sin duda el reto.

Aprovechamiento de las principales fuentes de energía renovable

Las fuentes renovables son sin duda opciones muy atractivas para la generación de energía. El sol y el viento son gratis, prolífico y permanente. Después de una inversión de la configuración inicial, se pueden hacer para producir energía limpia y barata, fiable durante años. Al mismo tiempo, nuevos productos químicos como el cobre seleniuro de indio y galio (CIGS) y nanopartículas han transformado la energía fotovoltaica, lo que permite menores costos de producción y los factores de forma flexibles. Además, el alto volumen de producción continúa bajando el costo de silicio convencional y los paneles de polisilicio.

Pero hay un paso más en la integración de fuentes de energía renovables. Después de la creación de electricidad a partir de células fotovoltaicas, que la energía necesita ser convertida a corriente alterna para su uso en la parrilla. Para ser rentable, esta etapa de inversión debe ser eficiente. En sistemas fotovoltaicos completos hoy en día, el "equilibrio del sistema" (es decir, todos los componentes, excepto los paneles) representa en la actualidad el 44,8% del coste del sistema. Ese porcentaje se incrementará en 2012. ² En consecuencia, no hay ningún argumento que estos dispositivos electrónicos deben trabajar de manera eficiente y confiable.

Si una empresa quiere generar una gran mayoría de la energía procedente de fuentes renovables, a continuación, instalaciones masivas para la energía solar, eólica, hidroeléctrica y generación debe ocurrir. Además, la red de distribución debe ser capaz de transportar, y probablemente también el almacenamiento, estas fuentes de energía distribuida de gran tamaño e intermitente. Por otra parte, la conservación y la eficiencia también debe desempeñar un papel importante. Las tecnologías como LED de iluminación requeriría la adopción masiva.

Escala hacia abajo para Energy Harvesting como otra opción

Hay otra historia energía alternativa interesante digno de debate: la recolección de energía. Aquí la tarea es pensar más allá de las diferentes fuentes de energía y considerar la escala de estas fuentes. Un gran parque eólico o una planta solar acre de tamaño en el desierto proporciona una enorme cantidad de electricidad. Pero ¿qué pasa con la brisa que sopla las hojas por el suelo o el rayo de luz del sol brillando a través de la ventana? Si se tiene en cuenta la magnitud de estas fuentes, se abre un nuevo abanico de aplicaciones e ideas. Se puede, de hecho, aumentan en gran medida el alcance de las energías renovables.

Se necesita un poco de creatividad. Imagínese un teléfono celular que se carga a partir de ondas de radio en el aire; sensores de carretera, alimentado exclusivamente por el peso de las ruedas corren sobre ellos, que las condiciones de informe de tráfico; solar recubiertos con ventanas que permiten cantidades específicas de la luz solar para iluminar y calentar un edificio y a continuación, utilizar la luz solar para producir electricidad restante. Estas aplicaciones a pequeña escala, llamados recolección de energía, no sólo son posibles, sino que están más cerca de lo que piensas. Estas fuentes renovables requieren un manejo inteligente de la energía para hacer la menor cantidad de viento, las vibraciones, la luz del sol o de utilidad.

Alcanzar el Poder Significativo

Pequeña Escala de Generación de Energía

Las fuentes renovables y la escala de los recursos, esto es realmente lo que estamos hablando. Hasta aquí he hablado de lo que algunos consideran "lo obvio". Ahora podemos hablar de lo que ya está sucediendo. Maxim Integrated ofrece muchos productos que abarcan la gama de soluciones de energía alternativa, desde la recolección de energía a pequeña escala para implementaciones a gran escala solares. Para la generación de energía ultra-delgado, el MAX17710 ( Figura 1) proporciona la conversión inteligente de cualquier fuente que genera más de 1μW de energía. El IC es considerado como "fuente de energía agnóstico", ya que extrae energía de calor, vibración, luz y fuentes magnéticas. El resultado es una tensión utilizable que puede cargar una batería microcélula mientras ejecuta simultáneamente un sensor.

En un mundo dependen casi por completo de la energía renovable, estos microfuentes de poder será una parte necesaria de la cartera energética. Esta es también la razón por instrumentos de captación de energía, como el MAX17710 será tan necesario en el futuro.

Figura 1. Un diagrama de bloques de la MAX17710 de recolección de energía cargador junto con fuentes de energía potenciales y elementos de almacenamiento o cargas.

Mediano y Gran Escala Generación de Energía

En las instalaciones solares de mediana y gran escala, la medición de la energía producida permite conocer el estado de funcionamiento del sistema. El 78M6613 energía-medida de chip mide con precisión la energía de CC o CA a 0,5% a través de un rango dinámico de 2000:1. Los datos reales se muestran en la Figura 2 . Esta precisión y rango que los productores de energía supervisar y medir el rendimiento del sistema de paneles solares en los techos de sus mismos si estos producen energía por la mañana y por la noche, incluso en la más débil luz del sol.

Figura 2. Los datos reales de medición de energía con un 78M6613 calibrado.

El 78M6613 también utiliza cuatro cuadrantes de medición para proporcionar un factor de potencia precisa, lo que determina tanto la eficiencia de la transmisión y la disponibilidad de la energía para salir de la parrilla. Con 8 canales, la78M6618 medición de energía IC proporciona una funcionalidad similar para aplicaciones que requieren múltiples puntos de medición. El 78M6631 por lo tanto funciona en gran escala de 3 fases sistemas comerciales. Como energía renovable se convierte en un mayor porcentaje de energía en las redes, los servicios públicos dependerá de la precisión y la velocidad de estas medidas de energía para mantener el suministro de energía mientras suavemente la integración de fuentes variables.

Medición, medición y comunicación del Poder

Las energías renovables son generalmente intermitente, el viento no siempre sopla ni al sol siempre brilla intensamente. En consecuencia, para garantizar un suministro adecuado de energía cuando los usuarios lo quieren, altas cantidades de generación renovable será necesario. El almacenamiento de energía en la red también se requerirá para amortiguar la variabilidad de la fuente y de la demanda. Además, muchos de estos sistemas funcionan de forma totalmente "fuera de la red."

Cuando usted habla de la generación de energía a partir de energías renovables, uno no suele pensar en la gestión de la batería. Pero si tenemos en cuenta los problemas de almacenamiento de energía, gestión de la batería de técnicas de ser críticamente importante. Químicas de la batería evolucionar sobre la base de la aplicación y de la tecnología, pero la seguridad y la operación continua de la batería siguen siendo los principales requisitos. Para cumplir con estos requisitos de desempeño, Maxim ofrece una variedad de gestión de la batería-12-celulares productos. El MAX11068 gestiona la energía de hasta 12 celdas de la batería, proporcionando el equilibrio celular integrada y detección over-/undervoltage (OV / UV). Para aplicaciones de alta tensión, la parte también se puede conectar en una cadena tipo margarita configuración de hasta 31 módulos para gestionar hasta 372 células. Debido a que está diseñado para operar en el -40 ° C a +105 ° Ctemperatura de rango, el más crudo invierno y las condiciones de verano no interrumpirá el funcionamiento de la batería.

Energía de paneles solares también se deben convertir de DC a AC. Esto requiere una serie de conmutación de la frecuencia. Robustos y fiables MOSFET conductores, tales como el MAX15024 y MAX5048 , proporcionar señales eficientes para conducir los MOSFETs que invierten el poder.

Una vez que el inversor convierte la energía a la red compatible con AC, que inversor también debe comunicarse a través de la red. Esta comunicación cuenta la utilidad que se puede enrutar la energía para el funcionamiento más eficiente. G3-PLC Maxim ™ de chipset, el MAX2991 y MAX2992 , se comunica a través de líneas de alta tensión, incluso en situaciones de alto ruido. figura 3 muestra esquemáticamente que G3-PLC también se comunica a través de transformadores de baja tensión a media tensión líneas eléctricas, lo que reduce el número de los puntos de acceso necesarios en una red powerline. Este método de comunicación ya se utiliza en múltiples ensayos de medidores inteligentes, incluyendo el Electricité Réseau Distribution France (FEDER) de prueba en Francia. ³ Además, G3-PLC trabaja con eficacia para la comunicación dentro del sistema fotovoltaico. Otras formas de comunicación dentro de un sistema fotovoltaico y de un sistema solar a la red incluyen RS-485 , CAN bus, y RF. Maxim proporciona soluciones para todas estas interfaces.

Figura 3. Esquema de G3-PLC de comunicaciones. Cruce de transformadores de baja tensión a media tensión líneas eléctricas reduce el número de puntos de acceso necesarios en una red de empresa de servicios públicos.

La situación actual

Los datos indican que podemos alcanzar un poder significativo con las energías renovables. Nadie está debatiendo los beneficios ambientales que vienen con la integración renovable y conservación. Una cosa está clara, sin embargo. Estos beneficios no pueden lograrse sin cuidadosamente manejados los recursos renovables y una red bien diseñada.

La Comisión Europea Energy Roadmap 2050 escenario de 97% de energía renovable es claramente ambicioso. El logro de algo cercano a eso sería un logro de ingeniería enorme y probablemente requerirá en los próximos 50 años. El logro de un poder significativo de las energías renovables debe combinar la creatividad de ingeniería, empresas de servicios públicos ambiciosos, y los circuitos optimizados para la conversión, medición y comunicación de las fuentes de energía. Cuando eso sucede, todos vamos a ganar.

Referencias

1. Comisión Europea, "Energy Roadmap 2050," 15 de diciembre de 2011 (http://ec.europa.eu/energy/energy2020/roadmap/index_en.htm ).
2. Greentech Media, "Solar PV Balanza de sistema de costos para superar los módulos para el año 2012, según un estudio GTM," GreenTechMedia, 30 de junio 2011
3. Sagemcom, "FEDER Seleccione Sagemcom para la aplicación de pruebas de campo de Linky G3PLC", octubre de 2011, ( www.sagemcom.com/index.php?id=2461&L=3 )

G3-PLC es una marca comercial de Maxim Integrated Products, Inc.

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NOTA DE APLICACIÓN 4872 Proteja a sus Integrado-FET interruptores de alimentación automática con el ajuste actual-Limit. Niveles de protección de sobrecorriente

 

Resumen: Algunos tipos de cargas requieren más energía durante el arranque que cuando se ejecuta. Otras cargas puede limitarse a un bajo consumo de corriente durante el arranque, pero requieren un funcionamiento de más alta corriente. Este artículo describe un circuito de aplicación que automáticamente ajusta el nivel de un circuito eléctrico de protección de sobrecorriente hacia arriba o hacia abajo después de que finalice el arranque.

Introducción

Colocar un interruptor y un fusible entre una fuente de alimentación y su carga permite el control y protección de potencia. Una mejora en un simple interruptor y el fusible es un circuito integrado que realiza las mismas funciones en un solo paquete sin partes móviles y sin necesidad de servicio. Este artículo le mostrará cómo un poder interno MOSFET y un circuito de control en el MAX5976 hot-swap solución de energía puede proporcionar control on-off y protección. El nivel de protección contra sobrecorriente deseado se establece por una sola resistencia externa a tierra.

Si bien los detalles específicos y las características funcionales varían, los interruptores de carga más integrados usan un conjunto básico de principios de funcionamiento. Durante el arranque, el circuito conductor en el interruptor de carga gira sobre su MOSFET mientras se monitoriza la corriente de carga y la temperatura del conmutador MOSFET. Si la corriente de arranque alcanza el límite de sobrecorriente programada antes de que el MOSFET está totalmente en el circuito conductor brevemente reduce la unidad de puerta de modo que el dispositivo interruptor de carga actúa como una corriente constante fuente . Este modo de operación puede continuar durante un tiempo limitado. Si la salida no se ha levantado cerca de la entrada de tensión al final de este intervalo, el interruptor de carga se cierra y afirmar una salida a fallos de estado para indicar el inicio fallado. Si la salida se eleva con éxito antes de que transcurra temporizador de inicio, una salida de estado de energía buena que se afirma.

Si se eleva la corriente de carga por encima de la sobrecorriente programada limitar cualquier momento después del arranque, el interruptor de carga funciona como un circuito electrónico de potencia y apagar el interruptor de alimentación interna. Esto protege el abastecimiento en alta en contra de la condición de salida de sobrecarga o cortocircuito.

Cambiar el umbral de sobrecorriente después del inicio

Algunos dispositivos de carga requieren más energía durante el arranque que cuando se están ejecutando. Por ejemplo, cargas con gran capacitancia de derivación de entrada puede requerir una gran corriente de carga, pero consumen muy poca corriente de funcionamiento, una vez encendido. De manera similar, los dispositivos con motores (tales como una unidad de disco) puede requerir gran spin-up actual, pero una vez hasta la velocidad, el motor puede dibujar mucho menos.

Para proporcionar la mejor protección en estos casos, es ventajoso para establecer el umbral de protección de sobrecorriente cerca de la menor corriente de funcionamiento. Esto puede, sin embargo, dan como resultado una situación actual de hambre durante el arranque, cuando un interruptor de carga, tales como los MAX5976, las abrazaderas de la corriente y la tensión de salida no sube. De hecho, la tensión de salida incluso puede plegarse bajo esta condición.

Para resolver este problema, un plan de inversión simple emplea el conmutador de carga abierto de drenaje de energía buena salida (PG) para conectar un segundo límite de corriente de configuración de la resistencia en paralelo después del inicio. Este diseño (Figura 1) reduce la corriente disponible para la carga tras el inicio es completa.Durante el arranque, mientras que la tensión de salida está por debajo de la entrada, la salida de PG tira bajo y el límite de corriente se establece por R _CB1 . Después de las subidas de salida y los 16 ms buenas poder el tiempo de espera, la salida del PG pasa a alta impedancia . Esto permite que la puerta de Q1 a subir, la conexión de la segunda resistencia, R $ _CB2 , en paralelo con R _CB1 y reducir el umbral de sobreintensidad.

Figura 1. La producción de PG controla un transistor externo para reducir el límite de sobrecorriente después del inicio.

El funcionamiento de este circuito se muestra en la Figura 2 , donde el MAX5976 se inicia en una carga de 330μF, 8.9Ω. En un principio, las abrazaderas de la MAX5976 irrupción de corriente de 3A, establecido por R _CB1 = 17.4kΩ.Después de V _OUT sube, la corriente a través de la resistencia de carga es 1.3A. La salida va PG 16 ms alta después de la V _OUT sube, conectando de esta manera R _CB2 = 12.1kΩ en paralelo con R _CB1 y la reducción del límite de interruptor de 1,25. El MAX5976 interruptor comparador tolera esta condición de sobrecorriente ligero para un 4.8ms adicional y luego se apaga. (Si la sobrecarga es mayor, el comparador interruptor viajes más rápidamente.)

Figura 2. Circuito de la Figura 1 la puesta en marcha en una carga de 330μF, 8.9Ω con R _CB1 = 17.4kΩ y R _CB2 = 12.1kΩ.

Por el contrario, algunas cargas debe iniciarse lentamente para evitar la disipación de potencia excesiva en el MOSFET interno del interruptor de carga, mientras que el voltaje de salida está aumentando. Luego, una vez que el MOSFET es totalmente mejorada, mayor corriente puede ser suministrada sin pérdidas excesivas. En este caso, basta con utilizar la salida de la PG MAX5976 del mismo para controlar la resistencia de configuración paralela (Figura 3 ). Cuando se ha completado el arranque, la salida de PG va de alta impedancia, desconectar la resistencia en paralelo y el aumento de la corriente disponible para la carga.

Figura 3. Drenador abierto de salida PG utilizarse para aumentar el límite de sobrecorriente después del inicio.

Ampliación del concepto

Otras señales también se puede utilizar para cambiar las resistencias dentro o fuera del circuito CB. Esta flexibilidad crea una amplia gama de posibilidades para la gestión de energía. Por ejemplo, un control de encendido reset ( POR) dispositivo podría ser utilizado para extender el tiempo de inicio mucho más allá de la demora PG por defecto. Esta función podría ser necesaria para tolerar un motor de unidad de disco girando a la velocidad de carrera. Para un circuito de protección contra sobrecorriente altamente configurable, combina un switch integrado de carga con un potenciómetro digital, como el MAX5434. Esta configuración permite que un microcontrolador (o accesorio de fabricación) para programar el límite de sobrecorriente, según sea necesario, sin cambiar los componentes físicos.Figura 4 muestra este circuito de aplicación.

Figura 4. El MAX5976 combinado con un potenciómetro no volátil digital, el MAX5434, para el límite de sobrecorriente programable.

En aplicaciones donde las limitaciones térmicas son críticos, un coeficiente negativo de temperatura ( NTC ) termistor puede ser utilizado para establecer el límite de corriente. El termistor NTC proporciona un umbral de protección que disminuye automáticamente cuando la carga comienza a sobrecalentarse, impidiendo así un fallo incipiente de empeoramiento más allá de la recuperación.

Conclusión

Debido a que los dispositivos MAX5976 y similar uso de una sola resistencia para establecer arranque suave y de los niveles de protección de sobrecorriente, cambios sencillos en el circuito de la solicitud de base pueden soportar cargas complejas con una amplia variedad de inicio y ejecutar las exigencias actuales. Es fácil de combinar el alto nivel de integración y rendimiento de los interruptores de carga integrados con protección de sobrecorriente sofisticado dependiente del estado.

MAX17048, MAX17049 Microfuerza 1-Cell/2-Cell Li + ModelGauge ICs Maximizar la duración de batería con el menor tamaño de la industria, el más bajo nivel de combustible de energía que eliminan una resistencia de sensado de corriente

 

Descripción

Los circuitos integrados son MAX17048/MAX17049, con calibres pequeños, microPower actuales de combustible para iones de litio (Li +) las baterías en equipos de mano y portátiles. El MAX17048, opera con una sola pila de litio y el MAX17049 con dos pilas de litio en serie.

El uso de circuitos integrados de la sofisticada batería de Li + algoritmo de modelado de ModelGauge ™ para realizar un seguimiento de la batería con respecto del estado de carga (SOC) de forma continua sobre muy diversos cargos y condiciones de descarga. El algoritmo elimina ModelGauge actual de sentido la resistencia y los ciclos de aprender de la batería-se requiere en los indicadores de combustible tradicionales. La compensación de temperatura se lleva a cabo utilizando el microcontrolador del sistema.

El CI detecta automáticamente cuando la batería entra en un estado de baja corriente y los interruptores en un modo de bajo consumo 4μA hibernación, mientras que todavía proporciona medición precisa de combustible. El CI de forma automática salir del modo de hibernación cuando el sistema vuelve al estado activo.

Al insertar la batería, los circuitos integrados rebote de las mediciones iniciales de tensión para mejorar la estimación inicial del SOC, lo que les permite estar situados en el lado del sistema. La información del SOC, el voltaje y la frecuencia se accede a través de la I ² C. El CI está disponible en un pequeño 0,9 mm x 1,7 mm, 8-golpe a nivel de oblea paquete (WLP), o 2 mm x 2 mm de uno, 8-pin paquete de TDFN.

Hoja de Datos

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(PDF, 2,2 MB)

 

Características principales

• MAX17048: 1 celular, MAX17049: 2 células
• La precisión de medición ± 7.5mV/Cell tensión
• ModelGauge Algoritmo
  • Proporciona información precisa de Estado encargado
  • Compensa la temperatura / variación de la carga
  • No se acumula errores, A diferencia de los contadores de Coulomb
  • Elimina el aprendizaje
  • Elimina la actual-Sense Resistor
• Ultra-Baja corriente de reposo
  • 4μA Hibernate, 23μA activo
  • Medidores de combustible en modo de hibernación
  • Entra y sale de forma automática el modo de Hibernación
• Los informes de carga y el caudal
• La inserción de la batería-Debounce
  • Lo mejor de 16 muestras de la estimación inicial de SOC
• Perdí programable para la batería de intercambio
  • 2.28V a 3.48V Gama
• Indicador de alerta configurable
  • Bajo SOC
  • 1% de cambio en el SOC
  • Batería baja tensión / sobretensión
  • VRESET alerta
• I ² C
• 8-Bit OTP ID Register (Contacte a la fábrica)

Aplicaciones y usos

• Cámaras digitales y de video
• e-Readers
• Reproductores portátiles de juegos
• Equipos médicos portátiles
• Smartphones / PDA
• Las tabletas y computadoras de mano
• Teléfonos móviles

MAX17058, MAX17059 1-Cell/2-Cell Li + ModelGauge ICs Maximizar la duración de batería con los más pequeños medidores de combustible de la industria de tamaño, que eliminan una resistencia de sensado de corriente

Los circuitos integrados MAX17058/MAX17059, medidores de combustible para los pequeños de litio-ion (Li +)que son las baterías en equipos de mano y portátiles. El MAX17058, opera con una sola célula de Li + y el MAX17059 con dos Li + células en serie.

El uso de circuitos integrados de la sofisticada batería de Li + algoritmo de modelado de ModelGauge ™, para realizar un seguimiento de la batería con respecto del estado de carga (SOC), de forma continua más de muy diversas de carga / descarga condiciones. El algoritmo ModelGauge, elimina corriente de sentido resistencia y ciclos de  batería requerida por otros medidores de combustible. La compensación de temperatura se lleva a cabo utilizando el microcontrolador del sistema.

Al insertar la batería, los circuitos integrados realizan rebotes de las mediciones iniciales de tensión, para mejorar la estimación inicial del SOC, lo que les permite estar situados en el lado del sistema. SOC y la información de tensión se accede a través de la I ² C. El CI está disponible en un pequeño  paquete de 0,9 mm x 1,7 mm, 8-golpe a nivel de oblea(WLP) o 2 mm x 2 mm de uno, 8-pin de TDFN.

Hoja de Datos

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Características principales

• MAX17058: 1 celular, MAX17059: 2 células
• La precisión de medición ± 7.5mV/Cell tensión
• ModelGauge Algoritmo
  • Proporciona información precisa de Estado encargado
  • Compensa la temperatura / variación de la carga
  • No se acumula errores, A diferencia de los contadores de Coulomb
  • Elimina el aprendizaje
  • Elimina la actual-Sense Resistor
• Bajo Corriente en reposo: 23μA
• La inserción de la batería-Debounce
  • Lo mejor de 16 muestras de las estimaciones iniciales SOC
• Perdí programable para la batería de intercambio
  • 2.28V a 3.48V Gama
• Bajo SOC Indicador de la alerta
• I ² C

Aplicaciones y usos

• Cámaras digitales y de video
• e-Readers
• Reproductores portátiles de juegos
• Equipos médicos portátiles
• Smartphones / PDA
• Las tabletas y computadoras de mano
• Teléfonos móviles