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Cómo diseñar un sistema de alimentación ininterrumpida sencillo con supercondensadores

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Pregunta: ¿Cómo se puede garantizar más fácilmente un suministro eléctrico continuo y fiable en aplicaciones de alimentación crítica?

Respuesta: En muchas aplicaciones, es importante que la tensión de alimentación esté disponible de forma continua sean cuales sean las circunstancias. Esto no siempre es fácil de garantizar. Un nuevo concepto puede ofrecer una solución óptima para un sistema de alimentación ininterrumpida con un diseño extremadamente compacto.

Hay varias aplicaciones en las que se necesita un sistema de alimentación ininterrumpida. Un ejemplo son los sistemas RAID de almacenamiento redundante de datos, que deben estar protegidos para que no se pierdan datos en caso de fallo de alimentación en un momento inoportuno, como durante una actividad de copia de seguridad de datos. Los sistemas con relojes en tiempo real también deben alimentarse continuamente. Ésta puede proceder de una batería o de otra solución de respaldo. Otras aplicaciones son las de telemetría en el sector del automóvil y los sistemas de administración de medicamentos, como las bombas de insulina controladas que se utilizan en el sector sanitario.

Figura 1. Aplicación típica de un sistema de alimentación ininterrumpida.

La figura 1 muestra una aplicación industrial típica de un sistema de alimentación ininterrumpida. En este caso, se suministra energía a un sensor industrial. La fiabilidad del sistema depende principalmente de la alimentación de este sensor. Se utiliza un circuito integrado regulador de carga lineal para cargar un supercondensador cuando hay tensión disponible en el sistema. Si la tensión del sistema cae, la energía del sistema de almacenamiento eléctrico se eleva hasta el nivel de tensión de alimentación necesario con un regulador elevador (boost). Este sistema funciona bien, pero es difícil de implantar porque se necesitan muchos convertidores de energía diferentes. Además, en muchas aplicaciones es importante que no fluya energía del sistema de almacenamiento eléctrico a la fuente de alimentación (figura 1). Como se muestra en la Figura 1, el supercondensador sólo debe alimentar el circuito del sensor y no cualquier otro componente electrónico que pueda estar conectado a la línea de 24 V (mostrada a la izquierda de la Figura 1). El sistema de almacenamiento eléctrico se diseña normalmente para alimentar la carga local y no el sistema completo conectado a la tensión de alimentación de 24 V. Esto hace que el diodo D de la figura 1 sea necesario.

Figura 2. El concepto de respaldo de Continua con numerosas funciones de sistema integradas..

La figura 2 muestra un nuevo concepto soportado por el MAX38889 de Analog Devices. Se trata de una solución de respaldo altamente integrada denominada Continua™ para líneas de alimentación de hasta 5 V. Un único CI con unos pocos componentes externos pasivos es todo lo que se necesita. El MAX38889 tiene un medio puente integrado, operado alternativamente en modos buck y boost de alta eficiencia.

Figura 3. Una implementación con una diminuta solución de respaldo Continua con un MAX38889 de ADI

La figura 3 muestra un circuito completo y operativo. La lógica y los conmutadores de potencia están todos integrados, por lo que sólo se necesita un pequeño inductor externo a escala de chip y unos pocos condensadores backup, aparte del supercondensador.
El conmutador de potencia de lado alto (Hs) integrado se ejecuta con la tecnología True Shutdown™ de ADI. Como resultado, la tensión del sistema se puede separar de la tensión del CAP, de modo que no fluye corriente del CAP al sistema si la tensión del CAP es cada vez más alta.
Aunque en el mercado existen multitud de soluciones de backup para diversos rangos de voltaje y corriente, el MAX38889 Continua es una solución de backup única con un diseño compacto que puede añadirse fácilmente a la línea de alimentación de 5 V o 3,3 V con un mínimo esfuerzo de desarrollo e implementación. Esta solución también tiene una alta eficiencia de conversión de hasta el 94% en los modos de carga y descarga para minimizar el tamaño y el coste del almacenamiento de energía.

Sobre el autor
Frederik Dostal es un experto en gestión de la energía con más de 20 años de experiencia en este sector. Tras sus estudios de microelectrónica en la Universidad de Erlangen, Alemania, se incorporó a National Semiconductor en 2001, donde trabajó como ingeniero de aplicaciones de campo, adquiriendo mucha experiencia en la implantación de soluciones de gestión de potencia en proyectos de clientes. Durante su estancia en National, también pasó cuatro años en Phoenix, Arizona (EE.UU.), trabajando en fuentes de alimentación conmutadas como ingeniero de aplicaciones. En 2009, se incorporó a Analog Devices, donde desde entonces ocupó diversos puestos trabajando para la línea de productos y el soporte técnico europeo, y actualmente aporta sus amplios conocimientos sobre diseño y aplicaciones como experto en gestión de potencia. Frederik trabaja en la oficina de ADI en Munich, Alemania.

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