Estabilizador de tensión para 28 vdc 35A

[jazzxx]

Hola a todos:
Llevo poco tiempo en este foro y me ha sorprendido gratamente. Me alegro de pertenecer al mismo porque me ha sido de gran ayuda en varios asuntos.

El tema que me lleva a escribir es el siguiente:
Tengo que montar una serie de equipos bastante delicados y sensibles a inestabilidades en cuanto a voltaje. Trabajan con tensión de entrada de 27,5 vdc. Tienen un consumo de 35 A máximo.
Pretendo montarlos en vehículos que disponen de aproximadamente ese voltaje (28v). El problema es que la tensión debe ser lo mas estable posible con pequeñas variaciones. Seria deseable que no oscilara mas de medio voltio arriba y abajo.
Estuve midiendo con un osciloscopio y se puede apreciar una inestabilidad bastante grande en la señal. Se pueden apreciar picos de + - 6 voltios en ocasiones y tensiones de rizado importantes.
Me gustaría encontrar una solución a este problema. Supongo que es algo complicada por la potencia que se está manejando. He estado mirando posibles soluciones pero no he encontrado mucho.
Agradezco cualquier ayuda.
Gracias de antemano.

 

[armentatron]

si la fuente tiene rizos, minimizalos con un capacitor, aunque tmb existen algunas fuentes que necesitan una carga o sea una resistencia en la salida de ciertos ohms para mantenerse estables y eliminar los rizos (me toco ver una asi y era una conmutada) ponle un capacitor mas grande a ver si funciona primero a ver si elimina el rizo. de donde sacaste esas fuentes con tanto amperaje??

 

[Dr. Zoidberg]

Lo que necesitas es bastante complicado debido a:
1- Muy poca diferencia entrada/salida (0.5V en condiciones normales).
2- Picos de +/-25% de la tensión de entrada.
3- Muy elevada corriente necesaria (35A!!).
Como no decís si la tensión del vehículo son 28V AC o DC, supongo que serán DC, lo que complica aún mas las cosas (deberías aclarar de que tipo son los 28V).

En primer lugar te recomiendo que intentes "limpiar" la tensión de alimentación del vehículo, para cual seguramente vas a necesitar un filtro PI de tipo L-C, cosa de planchar un poco los picos, pero con una carga de 35A y si es en régimen permanente, no creo que te alcance con valores de capacidad "normales", y el inductor va a ser un mamotreto bastante grande.

En fin, comentá de que tipo son los 28V y vemos como seguimos, pero no creas que va a ser algo simple...

 

[jazzxx]

Gracias por contestar armentatron.
El caso es que lo que tiene que alimentar el equipo es el propio vehículo (alternadores con reguladores, etc). No es una fuente de alimentación a la que pueda acceder y modificar.
Necesito un circuito complementario que estabilice y filtre la señal.
En ella se aprecian oscilaciones a veces importantes.
No se muy bien por donde empezar.
Hola ezavalla:
La tensión es de 28 V CC (corriente continua) y tiene que garantizar 35 A.
Ya se que es un tema complicado, y por eso recurro a vosotros. Se me agotan las ideas. Y no encuentro nada por ahí.
Principalmente lo que me interesa es estabilizar y filtrar muy bien los 28Vcc. No es necesario modificar la tensión a 27,5Vcc. El aparato admite un rango de entrada. El problema son las fluctuaciones y la inestabilidad.
Gracias por las respuestas.

 

[radni]

Por el problema que planteas la solución me parece que vendria por usar una fuente de switching con control de ancho de pulso usando por ejemplo un MC3524 tipo push-pull en la que en el foro se le ha dado amplio tratamiento.

 

[jazzxx]

ok, ¿tienes algún ejemplo? o link donde pueda verlo?

 

[Dr. Zoidberg]

Principalmente lo que me interesa es estabilizar y filtrar muy bien los 28Vcc. No es necesario modificar la tensión a 27,5Vcc. El aparato admite un rango de entrada. El problema son las fluctuaciones y la inestabilidad.

Lo marcado no es lo que dijiste al principio!!!

Si el problema son las fluctuaciones y la inestabilidad, lo primero que tienes que hacer es filtrar esa tensión de 28V para tratar de "aplanarla" lo más que sea posible, y para eso lo ideal es un filtro PI con inductores y capacitores. En este link, tienes una página para calcular un filtro pasabajo PI (elegir n=3, impedancia característica 0.8 (=28/35) y frecuencia de corte=100Hz o la que estimes conveniente).

 

[jazzxx]

Por eso he tardado poco en contestar. No me explique bien al principio.
Voy a probar a ver que me sale. Muchas gracias por la respuesta.

 

[radni]

Amigo ezavalla si el problema son fluctuaciones e inestabilidad el filtro PI o PIPIPIPI no hace magia y genera tensión ó la mantiene, solamente actua como filtro pasabajo y a duras penas la inductancia para bajas frecuencia tiende a comportarse como fuente de corriente constante para mantener la tension de salida, pero haz la siguiente cuenta con .8 ohms de resistencia de carga calculá que capacitores tendrias que poner para mantener aunque sea 1 msec la tension de caida en la salida con un 10% de variación.
En lo que respecta a los picos de tension dentro de un vehículo puede uno encontrar picos de hasta 300V y de bastante energia suministrados por el burro de arranque ó el solenoide de arranque del bendix como estos son muy abruptos son facilmente transmitidos a través de las capacidades parasitas de las inductancias bobinadas en nucleos de hierro (los marmotretos) así que tampoco actuan como filtros adecuados para estos fenómenos así es que la tecnologia nos hizo disponer de los VDR que si absorven a estos picos.
Con respecto a las inestabilidades se deben a la variación de carga de la carga aplicada a los terminales de uso ó a caidas de tensión en la instalación general por otras cargas debidas a las impedancias ó las resistencias del circuito de alimentación.
Una vez que te respondas a estas preguntas podes encarar que hacer para mantener la tensión dentro de los límites que vos fijastes.
Saludos y suerte
radni

 

[Dr. Zoidberg]

Amigo ezavalla si el problema son fluctuaciones e inestabilidad el filtro PI o PIPIPIPI no hace magia y genera tensión ó la mantiene, solamente actua como filtro pasabajo y a duras penas la inductancia para bajas frecuencia tiende a comportarse como fuente de corriente constante para mantener la tension de salida, pero haz la siguiente cuenta con .8 ohms de resistencia de carga calculá que capacitores tendrias que poner para mantener aunque sea 1 msec la tension de caida en la salida con un 10% de variación.
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Con respecto a las inestabilidades se deben a la variación de carga de la carga aplicada a los terminales de uso ó a caidas de tensión en la instalación general por otras cargas debidas a las impedancias ó las resistencias del circuito de alimentación.

Y que te hace suponer que desconozco eso?
Yo solo estoy opinando sobre los datos presentados por el autor de este hilo. Por desgracia no tengo la transformada de Fourier de los picos de tensión que se presentan, ni de la duración ni de la cadencia con la que suceden, así que a lo sumo puedo tratar de estimar algunos valores razonables que pueden darse en la práctica.

En cuanto a las fluctuaciones o inestabilidades...por que solo debo considerar los capacitores? Por malas que sean las inductancias, 1ms es equivalente - cuando poco - a 1kHz (para hacerlo fácil no contamos las armónicas que son de mayor frecuencia), una década mas arriba que la frecuencia de corte que yo elegí "al boleo". Como es un filtro de tercer orden, tengo 60 dB/decada de atenuación, con lo cual el pico de +/- 6 volts mencionado por el autor termina en 6mV, cosa que no me creo, pero digamos 100mV y aún estoy por debajo de la variación especificada.
Reconozco que mejor que un filtro PI es un filtro T dada la baja impedancia de salida, pero eso ya es otra historia.

Y por supuesto, yo no hablé de magia ni cosas por el estilo, simplemente...por que en la electrónica no hay magia . Esto es un circuito simple y económico que puede atenuar en forma importante los problemas detectados en la línea de alimentación. Claro que es mucho mejor eliminar los problemas desde sus orígenes, pero eso no es lo que han preguntado.

En lo que respecta a los picos de tension dentro de un vehículo puede uno encontrar picos de hasta 300V y de bastante energia suministrados por el burro de arranque ó el solenoide de arranque del bendix como estos son muy abruptos son facilmente transmitidos a través de las capacidades parasitas de las inductancias bobinadas en nucleos de hierro (los marmotretos) así que tampoco actuan como filtros adecuados para estos fenómenos así es que la tecnologia nos hizo disponer de los VDR que si absorven a estos picos.

Insisto...nadie mencionó picos de 300V ni especificó cual es el tipo de vehículo donde están aplicados los 28V, ni habló tampoco de estado de la batería... suponiendo que sea una batería la fuente original de DC. Vos estas suponiendo que se trata de un motor de combustión interna y de ahí tus conclusiones, pero esa es TU suposición. Si es un vehículo Diesel, podrían ser válidas, si es un naftero...son incompletas, por que las mas peligrosas son las inducidas desde el encendido.

PD: Las del burro de arranque y las del bendiz solo se producen al arrancar el vehículo, y en ese estado, puede ser intrascendente que sucedan...pero tampoco hay alguna indicación de cuando suceden los pulsos y las "inestabilidades"....y tampoco están las variaciones de alimentación que soporta el dispositivo a alimentar.

 

[jreyes]

Tal vez el amigo podría evaluar la posibilidad de usar unos cuantos convertidores para bajar el voltaje del que dispone hasta 12VDC (por ejemplo) y luego elevarlos a los 27VDC que necesita. Requeriría de, por ejemplo, 4 convertidores que suministren 10A cada uno a la tensión deseada.

La etapa de "bajada" puede utilizar baterías de plomo-ácido como medio de "respaldo"; aunque no es necesario que sean de muchos amperes-hora. Pueden ser 4 etapas independientes.

La etapa de subida constaría de 4 convertidores step-up con salida de 10A cada uno (280W); si bien la potencia de cada convertidor puede considerarse un poco "elevada", creo que es factible de realizar.

Saludos !

 

[jazzxx]

Hola a todos:
el problema que planteo es el montaje de una serie de equipos en aviones bimotor que disponen de alternadores de 120 A. La batería está en buen estado. Los alternadores son nuevos. Los reguladores de los alternadores están nuevos y regulados tanto independientemente como en conjunto. En teoría a partir 1000 rpm, debe suministrar la cantidad de energía necesaria. Y así es. Los equipos se conectan una vez que la tensión es estable, es decir, una vez que los motores se han estabilizado y trabajan a un régimen constante. La opción de jreyes podría ser interesante.
Lo que habría que considerar es, independientemente de la solución final, el ruido que se genere o los campos magnéticos, etc. Esto es, debo tener cuidado de no interferir en los instrumentos de navegación. Por lo tanto, sería deseable que el circuito estuviera bien apantallado.
La solución que describe jreyes puede ser interesante por el hecho de poder tener una tensión constante de verdad.
A veces en algunos aviones se observan caídas de tensión de un voltio cuando se conectan equipos similares. Estoy hablando de un conjunto de equipos que pueden llegar a consumir 80 A. Estos aviones tienen varias lineas limitadas a 35 A. Pero en conjunto se pueden llegar a consumir 80 A puntualmente. Los alternadores suministran 120 A cada uno. Así que no es un problema de la fuente de energía. Podría ser la linea pero esta revisada y bien dimensionada.
Entiendo que el propio funcionamiento de los reguladores que excitan a los alternadores, etc, no son muy precisos y rápidos. Están dentro de tolerancia en aviación. Pero para estas aplicaciones están un poco justos.
No me gustaría añadir mucho peso adicional.
No he apreciado picos de 300 v. Probablemente porque la tensión ya está estabilizada cuando se encienden los equipos. Y las mediciones se han hecho durante ese periodo.
En todo caso, me gustaría encontrar una solución que al menos mitigara un poco toda esa inestabilidad.
Agradezco toda la ayuda que me estáis prestando.
Si tenéis mas detalles de cada solución aportada, os lo agradezco de antemano.
Muchas gracias a todos.

 

[Fogonazo]

Lo de colocar filtros me parece es un excelente primer paso, además de que es lo más económico y sencillo de hacer.
Por otro lado se me ocurre
¿ De donde provienen los picos y fluctuaciones ?
¿ No se podría atacar el problema directamente desde su fuente (El alternador y su regulador) ?

 

[jazzxx]

Se han cambiado, son nuevos. Entran dentro de tolerancias. Están regulados.
Lo que si que puede influir son los cambios de configuración de los motores en cuanto a revoluciones. Pero en teoría, a partir de un numero de revoluciones debería ser mas o menos estable.
Podría ser mas bien un problema de la efectividad de esos reguladores. Cuando se introducen cargas importantes en poco tiempo, y sobre todo teniendo en cuenta la corriente con la que se está trabajando, la respuesta no debe ser muy rápida. Y probablemente haya fluctuaciones.
El tema es que ocurre en casi todos los aviones. Es un problema de base. No están preparados para esas demandas. Y hay que ayudarles un poquito para estabilizar esa señal. Por eso me parecía bien transformar la señal para obtener por ejemplo 27v que sería aceptable. Así independientemente de las fluctuaciones, obtendríamos una señal estable. El problema que veo es la influencia que puedan tener transformadores y bobinas en los instrumentos del avión. El circuito tiene que estar muy bien apantallado.
En cuanto al filtro PI LC: los valores que me salen para tres elementos es: C1 = 10000 micro faradios, C2 = 10000 micro faradios y una bobina L1 = 13 mH según la pagina http://www.pronine.ca/butlf1.htm utilizando Fc= 20 Hz impedancia = 0.8 ohms y tres componentes.
No se si eso solucionaría el problema. Lo que esta claro es que al menos lo suavizará.
Podría probarlo. No obstante, me gustaría disponer de alguna alternativa mas y poder hacer pruebas de estabilidad con varios sistemas. Tengo que viajar un poco lejos para hacer esas pruebas y me gustaría llevar en la mano varias alternativas.
Sigo agradeciendo vuestra colaboración. Muchas gracias a todos.

 

[Dr. Zoidberg]

Mirá:
Si vas a probar de usar un filtro, entonces mejor probá un filtro T - no un PI - por que tenés muy baja impedancia de salida. El filtro T es este:

El cálculo es el mismo que antes, solo que ahora:

1. Lo que en el PI te daba como valor de C en uF ahora lo usás como valor de L1 y L2 en uHy.
2. Lo que en el PI te daba como valor de L en uHy, ahora lo usás como valor de C1 en uF.

 

[jazzxx]

En http://www.pronine.ca/butlf2.htm con la misma configuración que el otro, me salen los siguientes valores:
L1 = 6.36 mH
L2 = 6.36 mH
C1 = 19900 uF

Fc: 20Hz
Impedancia 0.8 ohms
3 elementos