T abajo de Fin de Más e
Más e en Ingenie ía Indus ial
Desa ollo de sis ema de elec ónico de
con ol de un a iado de cinco ases pa a
ehículo eléc ico CROSS RIDER.
Au o : Pablo Mon e o Robina
Tu o : Fede ico J.Ba e o Ga cía
Ignacio González P ie o
Depa amen o de Ingenie ía Elec ónica
Escuela écnica supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2016
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T abajo de Fin de Más e
Más e en Ingenie ía Indus ial
Desa ollo de sis ema elec ónico de
con ol de un a iado de cinco ases pa a
ehículo eléc ico CROSS RIDER
Au o :
Pablo Mon e o Robina
Tu o :
Fede ico J. Ba e o Ga cía
Ignacio González P ie o
Depa amen o de Ingenie ía Elec ónica
Escuela écnica supe io de Se illa
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2016
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Índice
Índice ..................................................................................................................... 4
1. In oducción ............................................................................................... 9
1.1 An eceden es .......................................................................................... 9
1.2 Obje i os ................................................................................................. 9
1.3 Resumen ............................................................................................... 11
1.3.1 Es uc u a del módulo elec ónico .................................................. 11
1.3.2 Desc ipción ísica ............................................................................. 12
2. Análisis del sis ema de p opulsión ........................................................... 16
2.1 Análisis Básico ....................................................................................... 16
2.1.1 Funcionamien o del Modulado PWM ............................................ 16
2.1.2 Senso es, ealimen ación del con ol y modulación ....................... 17
2.1.3 DSP TMS320F28335 ......................................................................... 19
2.1.4 Ba e ía .............................................................................................. 19
2.1.5 Mo o ............................................................................................... 21
2.2 Análisis del sis ema de p opulsión mul i ásico ..................................... 22
2.2.1 Ba e ía .............................................................................................. 23
2.2.2 Con e ido DC/AC y dispa os de in e up o es de po encia ......... 25
2.2.3 Senso es de co ien e, ensión y elocidad .................................... 27
2.3 Disposi i os semiconduc o es de po encia .......................................... 30
2.3.1 Cálculos de pé didas MOSFETs ........................................................ 31
2.3.2 Cálculos de pé didas IGBT ............................................................... 35
2.3.3 Selección disposi i o de po encia .................................................... 37
2.4 Gene ación de dispa os y aislamien o gal ánico.................................. 38
2.4.1 Tensiones de alimen ación aisladas ................................................ 38
2.4.2 Gene ación de dispa os ................................................................... 42
2.5 Medición de Co ien e .......................................................................... 45
2.5.1 Aislamien o del ci cui o lógico del de po encia .............................. 47
2.5.2 Adap ación de la señal ..................................................................... 48
2.5.3 Con e sión A/D y p ocesamien o .................................................... 52

5
2.6 Medición de elocidad .......................................................................... 53
2.7 Medición de ensión ............................................................................. 55
2.8 P ocesado digi al de señales ............................................................... 57
2.8.1 ¿Po qué el TMS320F28335? ........................................................... 58
2.8.2 Conexionado con el sis ema ............................................................ 58
2.8.3 Pe i é icos y conexiones ex e nas al DSP ........................................ 61
2.9 Ci cui o de Alimen ación ...................................................................... 62
3. Diseño ....................................................................................................... 66
3.1 Conec o DIMM100 .............................................................................. 66
3.2 Placa co ien e y encóde ..................................................................... 66
3.2.1 Conec o es de la placa ..................................................................... 67
3.2.2 Adap ación medida de co ien e ..................................................... 68
3.2.3 Ampli icado ope acional ................................................................ 70
3.3 Placa PWM ............................................................................................ 71
3.3.1 Conec o es de la placa ..................................................................... 71
3.3.2 Regis o de e o es y gene ación de la señal OE ............................. 72
3.3.3 Gene ación de dispa os y mul iplicado con OE ............................... 75
3.4 Placa Tensión ........................................................................................ 76
3.4.1 Medición de ensión ........................................................................ 76
3.4.2 D i e CAN ....................................................................................... 78
3.5 Placa Mad e .......................................................................................... 79
3.5.1 Placas y Alimen aciones .................................................................. 79
3.5.2 Ta je a SD ......................................................................................... 80
3.5.3 Conec o RS232 ............................................................................... 81
3.5.4 Emulado JTAG ................................................................................. 82
3.6 Placa de D i e s ..................................................................................... 83
3.7 Placa de senso es .................................................................................. 87
4. Resul ados ................................................................................................ 91
4.1 Resul ados ísicos .................................................................................. 91
4.1.1 Placa Co ien e y encode ............................................................... 91
4.1.2 Placa PWM ....................................................................................... 92
4.1.3 Placa Tensión ................................................................................... 93
6
4.1.4 Placa Mad e ..................................................................................... 94
4.1.5 Placa Mad e con placas inse adas ................................................. 95
4.2 P oblemas encon ados ........................................................................ 95
5. Conclusiones y T abajos u u os ............................................................... 99
5.1 T abajos Fu u os ................................................................................... 99
5.2 Conclusión ............................................................................................. 99
6. Bibliog a ía .............................................................................................. 101
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Capí ulo 1: In oducción
En es e p ime capí ulo, se desc iben los an eceden es y la si uación global del
p oyec o al que se adhie e el p esen e abajo, con el obje i o de de ini el con ex o
en el que es e se ealiza. Se p esen an así mismo los obje i os del abajo, an o
ans e sales como gene ales. Pa a inaliza el capí ulo, se ealiza un b e e adelan o
del esul ado inal del abajo.
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Capí ulo 2: Análisis
En es e capí ulo se in oducen los dis in os aspec os y componen es implicados en la
egulación de un mo o de 5 ases en un medio ehicula . Se encuen a es uc u ado
en an os apa ados como aspec os cub e el abajo comple o.
Se exponen los componen es di ec amen e implicados en la p opulsión del ehículo,
su uncionamien o, opciones a elegi y a gumen ación de los componen es elegidos.
Se dedica un apa ado a los disposi i os semiconduc o es y la compa a i a en e
opciones IGBT s MOSFET.
El es o de apa ados incluyen la exposición de las dis in as ecuaciones, diag amas de
bloques, esquemas y componen es que se necesi an in eg a en el sis ema. En
algunos casos se plan ean las dis in as al e na i as y se jus i ican las decisiones
omadas. Las dis in as uncionalidades plan eadas son:
 Gene ación de dispa os pa a los semiconduc o es
 Medición de la co ien e del sis ema mul i ásico
 Medición de la elocidad del ehículo
 Medición de la ensión de las ba e ías
 Sis ema digi al p ocesado de señales
 Esquema de alimen ación del sis ema de con ol

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2. Análisis del sis ema de p opulsión
2.1 Análisis Básico
En es e apa ado se p esen an algunos de los módulos que componen a un
ehículo eléc ico gené ico. Es a p esen ación incluye an o me odologías como
desc ipciones de di e sas al e na i as. Algunas de es as me odologías son necesa ias
de conoce pa a comp ende el in que se p e ende implemen a en muchos casos. A
modo de in oducción se mues a un esquema básico de los dis in os módulos que
debe cub i un ehículo eléc ico.
Módulos implicados en el p oyec o
Fig. 4 Esquema básico de los módulos implicados en un ehículo eléc ico
En es a misma igu a se han señalado los módulos di ec amen e implicados en
el p oyec o que se p esen a.
2.1.1 Funcionamien o del Modulado PWM
An es de indaga sob e los elemen os elegidos, se ha á una b e e in oducción
de la me odología de con ol de un mo o mul i ásico pa iendo de una uen e de
ensión con inua (sis emas de ba e ías en es e caso).
En la Fig. 5 se expone un puen e H pa a el con ol de un mo o de ensión
con inua. Es e sis ema pe mi e al e na la pola idad en las bo nas del mo o a la ez
que un con ol egulable (a a és de PWM en los MOSFETs T1,T2,T3 y T4) de la
ensión que alimen an las ases del mo o , cambiando así su elocidad.
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Fig. 5 Esquema básico de un puen e H pa a con ol de un mo o DC
La ex apolación de es e sis ema a un mo o mul i ásico consis e en u iliza es a
con igu ación, pe o pa a cada ase del mismo y u ilizando solo 2 ansis o es po ase
(en con e ido es de dos ni eles), consiguiendo al e a la ensión is a po la ase del
mo o . A a és del con ol de la ensión de cada ase se puede egula la co ien e que
a a iese cada uno de ellas y, po an o, gene a una ue za elec omo iz con olable.
Los aspec os e e en es en es e sen ido que se han enido en cuen a en es e
documen o es que hay que asegu a que los ansis o es de la misma ama no
dispa en a la ez (T1 y T3; T2 y T4) pa a e i a un co oci cui o de la uen e de
alimen ación. Es o lo asegu a el ab ican e de los d i e s de los elemen os de po encia
imponiendo un “ iempo mue o” en e la al e nancia de dispa os ya que el cie e de
un ansis o no es inmedia o (capacidades pa ási as, co ien es de cola, e c.).
Pa a e i a lo an e io men e mencionado desde la placa de con ol, se p opone
u iliza una sola señal PWM pa a cada ama, siendo un ‘1’ lógico el equi alen e al
cie e del ansis o supe io (T1), quedando el opues o (T3) abie o; y siendo un ‘0’
lógico el equi alen e a la ape u a del supe io (T1), quedando el ansis o opues o
(T3) abie o. Con es o se consigue simpli ica el con ol, pe o pa a lle a la a cabo hay
que desdobla la señal del PWM en su negado y en ia es a señal al ansis o in e io
de la ase que se es é con olando. Así se consigue un con ol de la ase en cues ión, lo
que simpli ica eno memen e la elabo ación del con ol. Repi iendo es e esquema en
las 5 amas, esul a en el diseño del mo o de pen a ásico.
Po odo es o, se puede conclui que es necesa io un mínimo de 5 salidas con
posibilidad de modulación PWM pa a el con ol del mo o .
2.1.2 Senso es, ealimen ación del con ol y modulación
O o aspec o necesa io pa a el con ol de un mo o , y en gene al cualquie
opología de con ol, es una ealimen ación de las acciones de con ol. En lo espec i o
a es o, se debe dis ingui en e el con ol inal del ehículo y el con ol in e no del
mo o . En el p ime caso, se menciona la in e acción en e usua io y ehículo como
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obje i o p incipal. En el segundo caso, se habla de un subni el de con ol en el que el
sis ema de con ol (DSP) ija una e e encia pa a a ios pa áme os obse ables del
sis ema (co ien es, ensiones o elocidades de gi o) y eje ce un con ol di ec o o
indi ec o sob e ellas pa a alcanza los.
Po ejemplo, en el caso de una demanda de acele ación del ehículo (pisando el
acele ado , po ejemplo) pa a el p ime caso supone en inc emen a la e e encia de
elocidad del ehículo. Sin emba go, pa a el segundo caso el sis ema e alúa el es ado
del mo o e inc emen a su pa mecánico. Se á necesa io, po lo an o, e alua la
me odología de gene ación de pa y de e mina la a iable a con ola . Seguidamen e,
se ija una e e encia en ella y a a és de la a iable de con ol se busca alcanza es a
e e encia (Fig. 6).
Vehículo Fija e e encia de
acele ación
DSP
Fija e e encia de
pa mecánico
Mo o
Placa de
con ol
Dispa os
disposi i os
semiconduc o es
Lec u a de
co ien es ac uales
Ap e a acele ado
De e mina pa
mecánico ac ual Gene ación de
dispa os
Inc emen a pa
eléc ico
Inc emen a pa
mecánico
Acele a
Acción Respues a
Fig. 6 Esquema de ni eles y subni eles de una o den
Es e sis ema que se acaba de desc ibi ealiza una se ie de con e siones pa a
aduci señales de al o ni el (o den del usua io) en señales de bajo ni el (modulación)
que ac úan sob e el mo o . Pe o pa a eje ce es e úl imo con ol (a bajo ni el) es
necesa io que el sis ema pueda conoce el es ado del sis ema y de las a iables
obse ables. Po es a misma azón, se equie e de nume osos senso es que pe mi an
conoce el p opio es ado del sis ema.
Gene almen e, los senso es son analógicos, es deci , aducen la señal medida
en un alo de ensión analógico (en algunos casos son alo es de co ien e que se
aducen a una señal de ensión con una esis encia en se ie), po ello se equie e de
un con e ido que digi alice es e alo pa a que el DSP pueda p ocesa lo.
Todo es o se aduce en la necesidad de inco po a una e apa con e so a de
alo es analógicos a digi ales pa a cada pa áme o medido. Po an o, en e las
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especi icaciones que debe cumpli el DSP debe inclui se la disposición de un núme o
de pue os con e so es analógicos (Analog o Digi al Con e e : ADC) igual o supe io a
los pa áme os que se equie an conoce pa a pode con ola el sis ema.
Resumiendo odo lo comen ado en es a sección: El p ocesado de señales
digi ales que se aya a implemen a en es e sis ema equie e de un mínimo de 5
e apas PWM y de an os pue os ADC como señales a medi se necesi en.
2.1.3 DSP TMS320F28335
Es obje o de es e apa ado p esen a la p incipal elección lle ada a cabo pa a
diseña el diseño del sis ema elec ónico de con ol: el sis ema de p ocesamien o de
señales digi ales. Los equisi os que se plan ea on an e io men e pasan po la
necesidad de un mínimo de 5 modulado es PWM y un mínimo de 7 con e so es ADC
(cua o senso es de co ien e, un senso de ensión pa a la ba e ía y un encóde pa a
la elocidad del mo o ). Además, se equie e una elocidad de compu ación acep able,
una in e az de p og amación sencilla an o pa a la p og amación online como pa a la
p og amación ex e na y la posibilidad de gua da en memo ia el so wa e diseñado
pa a el mismo.
Cumpliendo odos es os equisi os espe ados, se encuen e el TMS320F28335
de la se ie C2000 de Texas Ins umen s (1).
Fig. 7 Con olCa d del DSP TMS320F28335
Es e sis ema posee has a 7 salidas PWM, 16 canales ADC de 12 bi s, pe i é icos
pa a lec u as de pulsos de cuad a u a y 150 MHz de elocidad de eloj lo que pe mi e
una elocidad de p ocesamien o ápido, así como de su icien es en adas y salidas
pa a e ec ua el con ol del sis ema.
O o aspec o que ambién sa is ace es la inclusión de pe i é icos de
comunicación, poseyendo así capacidad pa a ealiza comunicaciones según el
p o ocolo de Bus CAN, I2C y SPI.
2.1.4 Ba e ía
Uno de los aspec os más impo an es a conside a en un ehículo es la
au onomía que es e p esen a. Es o se aduce en la can idad de iempo o dis ancia
20
eco ida que puede ealiza sin necesidad de epos a . En los ehículos adicionales,
es o es p opo cional a la can idad de combus ible que quede en el depósi o, pe o pa a
un ehículo eléc ico es o depende de la ba e ía que se es é u ilizando.
Ac ualmen e hay ehículos que u ilizan la ecnología híb ida de los mo o es
eléc icos y los mo o es adicionales de combus ión, asegu ando así un bajo impac o
ambien al y una g an au onomía.
Pues o que es e p oyec o no con empla el uso de un mo o de combus ión
al e na i o, la au onomía es á di ec amen e ligada a la ene gía que puede almacena
la ba e ía y po ello se á un aspec o impo an e a conside a . Jun o a és a, su ge el
concep o de “memo ia” de una ba e ía, é mino que se e ie e a la can idad de ciclos
de ca ga-desca ga que puede ealiza la ba e ía en su pe iodo de ida ú il an es de que
sus ca ac e ís icas se hayan deg adado a un ni el que no pe mi a el uso del disposi i o.
En un ehículo eléc ico, la can idad de ciclos de ca ga-desca ga deben se lo
su icien emen e al os como pa a que no ma quen el pe iodo de ida ú il del ehículo,
po lo que es un aspec o impo an e a conside a . O o aspec o impo an e es el ni el
de ensión que a oje, pues o que de no se lo su icien emen e al o como pa a pode
alcanza la ensión nominal del mo o debe á inclui se un ci cui o ele ado de ensión.
Exis e un amplio espec o de ecnologías de ba e ías ac ualmen e, la que se
seleccione pa a es e p oyec o debe se capaz de sopo a los picos de co ien e
usuales del a anque de mo o , así como se obus a pa a las sob e ensiones y con una
adecuada elación capacidad/ olumen (pues o que se desea un equipo no muy
oluminoso).
Las ecnologías más popula es:
 Ba e ía de plomo y ácido (2): Funcionan u ilizando elec odos de plomo
y ácido sul ú ico como elec oli o. Pueden p opo ciona g andes can idades de
co ien e ins an áneas, lo que los hace ideales pa a el a anque de mo o es.
Tienen como incon enien e su ele ado peso y olumen pa a los ni eles de
ensión que o ece, pues o que cada celda de es a ba e ía iene únicamen e 2
V, siendo necesa io una can idad ingen e de celdas pa a alcanza un ni el que
sea compa ible con el mo o de es e p oyec o.
 Ba e ía de níquel-cadmio (3): Comúnmen e usadas en ambien es
domés icos e indus iales po su capacidad pa a se eca gada ácilmen e.
Tienen como incon enien e que el cadmio es un elemen o muy con aminan e y
que cada celda de es a opología suele p oduci 1.2 V únicamen e. Poseen una
mayo ene gía especí ica que las de plomo, pe o una meno po encia
especí ica.
 Ba e ía de ion li io (4): Tecnología que supe a con c eces las capacidades
ene gé icas y la po encia especí ica de las an e io es. Su educido peso, jun o a

21
sus g andes capacidades pa a almacena ene gía además de un g an núme o
de ciclos (bajo “e ec o memo ia”) la hacen una ecnología ideal pa a la
implemen ación en sis emas ehicula es. Las ba e ías suelen se placas planas
lo que acili a su compac ación y suelen p opo ciona el iple de ensión que
las ba e ías níquel-cadmio. Tienen se ios incon enien es como su
in lamabilidad y cos e, lo que las desca a como los almacenado es de ene gía
pe ec os
Con oda la in o mación dispues a an e io men e, queda cla o que la
ecnología más en ajosa pa a es e p oyec o es la u ilización de ba e ías de Li io,
asumiendo las des en ajas que eso conlle a.
2.1.5 Mo o
Exis en di e sas opologías de mo o es eléc icos iables pa a es e ipo de
aplicaciones de elocidad a iable, exis iendo ehículos p opulsados po mo o es de
co ien e con inua, así como o os po mo o es de co ien e al e na.
El uncionamien o de los p ime os limi a mucho la maniob abilidad, además de
se un mo o más oluminoso y pesado pa a la misma po encia desa ollada. Es o
limi a es os mo o es a aplicaciones más lige as o dónde el con ol sea un limi an e. En
el segundo caso hay un g an espec o de posibilidades pa a inclui : mo o es sínc onos
o asínc onos, de eluc ancia ija o a iable, con uno o más pa es de polos, e c.
Las especi icaciones del mo o , así como su diseño no son p oduc o de es e
documen o, pe o se menciona á la opología elegida y po qué, ya que es necesa io
conoce lo pa a pode ealiza un diseño adecuado a él.
Fig. 8 a) Mo o de con inua
Fig. 8 b) Mo o asínc ono i ásico
22
Sabiendo que el con ol inal sob e mo o es mul i ásicos consis e en egula la
co ien e de cada una de las ases, pa a con ola así el lujo magné ico y el pa
elec omagné ico gene ado en el en ehie o, con olando de es a o ma la elocidad
mecánica del mo o .
Se sabe que la capacidad pa a gene a pa eléc ico depende en g an medida de
la can idad de polos que el mo o disponga, de o ma que un núme o bajo de pa es de
polos limi a el pa in e io men e mien as que si se inc emen a es e núme o se
dispone de un mayo po encial pa a induci pa mecánico. Como con aposición, un
ele ado núme o de pa es de polos se aduce en una mayo in e sión en ha dwa e, ya
que el o o del mo o dispone de más de anados, lo que se aduce en una mayo
oluminosidad del mismo.
Con odo es o, se c ea un sis ema con p os y con as que debe se op imizado de
acue do a las especi icaciones inales del p oyec o.
Po odo es o, el mo o elegido consis e en un mo o pen a ásico de 5 Kw de
po encia.
2.2 Análisis del sis ema de p opulsión mul i ásico
En es e apa ado se expond á el sis ema que se quie e implemen a , las
especi icaciones que deben cumpli se y las decisiones omadas pa a ello. El esquema
eléc ico del sis ema es el mos ado en la Fig. 9.
BATERÍA
+-
Con e ido DC/AC 5 ases
Mo o
5
Fig. 9 Esquema eléc ico básico del sis ema
Es e esquema es el que se implan a á en el medio ehicula CROSS RIDER en el
que, pa iendo de una ba e ía de 148 V, se alcanzan y sa is acen el es o de
necesidades del sis ema de p opulsión.
El lujo de po encia se inicia en la ba e ía, donde se almacena inicialmen e.
Seguidamen e, se si ua á un condensado de al a capacidad que pe mi a usa se como
medio egulado del lujo de po encia an e posibles picos de demanda. Una
23
peculia idad del sis ema es el ipo de mo o eléc ico a emplea , que se ha
seleccionado de ipo mul i ásico, en conc e o de 5 ases. El disposi i o que e ec ua á el
con ol del mo o pen a ásico se a a de un con e ido de DC a AC basado en 5
amas con disposi i os semiconduc o es de po encia. De cada ama de es e
con e ido eme ge una de las ases del mo o que alimen an a és e.
Di ec amen e elacionado con la me odología de con ol del mo o , a implíci a
la necesidad de medida de a ias a iables ( alo es de las co ien es de ase del
accionamien o) que ca ac e izan el modo de ope ación del sis ema. También, es
impo an e des aca que el sis ema inclui á un es imado que de e mine el ni el de
ca ga de la ba e ía del ehículo pa a no i ica al usua io del es ado de és a. En
esumen, se equie e de 1 senso de ensión pa a la ba e ía y 4 senso es de co ien e
pa a el mo o (ya que la suma de co ien e de las 5 ases debe se nula).
El sis ema a desa olla debe á con ola el pa y elocidad de gi o del eje mo o
del ehículo. Pa a ello se equie e de un encóde a pa i del cual se pueda ob ene la
elocidad de gi o del mo o . En e las di e sas opologías de disposi i os a elegi se ha
op ado po las de encóde s de cuad a u a de pulso po su acilidad a la ho a de
aduci es os pulsos a elocidad angula y di ección conside ando que el DSP posee un
pe i é ico dedicado a ello (pe i é ico QEP).
2.2.1 Ba e ía
Como ya se dijo an e io men e, se ha op ado po la selección de una ba e ía de
148 V como uen e de po encia del sis ema. Pa a se exac os, no se a a de una sola
ba e ía ísicamen e hablando, sino un conjun o de a ias dispues as en se ie de o ma
que puedan o ece la ensión y po encia demandada.
Al se la uen e de po encia del sis ema comple o es necesa io que ambién
supla de alimen ación a la ci cui e ía lógica del sis ema de con ol. Aunque es a úl ima
no equie a de un ni el de po encia ele ado, es necesa io adap a los alo es de
ensión a aquellos en los que los in eg ados uncionan, siendo gene almen e 15, -15, 5
V y 3.3 V.
Además, hay que conside a que en las especi icaciones de los senso es de
co ien e se equie e de una señal de 15 V y o a negada de -15 V. Es o ab e el
p oblema añadido de inco po a una alimen ación que gene e una e e encia nega i a.
La gene ación de las señales de 15, -15 y de 5 V pa a la alimen ación de los
disposi i os debe ene en cuen a la po encia que la ci cui e ía a a demanda , ya que
eso ma ca á la selección del mé odo de gene ación de es as señales. Gene almen e se
pod á ecu i a un sis ema DC/DC encapsulado o a un LDO (“Low d opou Regula o ”)
de gene ación ija pa a ija los alo es de 15 y 5 V. Un DC/DC u iliza un ci cui o
24
educ o pa a con ola el ni el de ensión de un condensado a la salida y es el más
e icien e en é minos de pé didas con un izado de ensión bas an e a enuado cuando
se u iliza en sis emas de baja demanda de po encia. El segundo disposi i o u iliza una
ci cui e ía in e na pa a ija una ensión a la salida del mismo con un izado de ensión
mínimo pa a casi cualquie demanda ene gé ica de la ca ga (den o de los lími es
asumibles del in eg ado seleccionado) y es más asequible que el an e io disposi i o,
aunque iene como incon enien e que el aspaso de ensión gene a unas pé didas
que se aducen en calo , llegando incluso se necesa io la ins alación de un disipado
pa a no sob epasa la empe a u a lími e. A su ez, el p ime disposi i o o ece una
mayo can idad de co ien e de la ca ga independien emen e del ni el de ensión
ijado po lo que lo hace más indicado pa a el aspaso de 148 a 15 V.
El dimensionamien o del módulo DC/DC depende á del alo de co ien e (po
ende, de po encia) que cada disposi i o conec ado a es a alimen ación equie e. Hay
que añadi que la me a conside ación de aislamien o de la e apa lógica o de con ol a
la de po encia, añade la necesidad de usa op oacoplado es (u o o sis ema de
aislamien o gal ánico, aunque es e se á el seleccionado en es e p oyec o) en las
in e conexiones en e ambas e apas. Se es ima como p e-dimensionamien o que el
consumo de los componen es se á lo su icien emen e ele ada como pa a desca a el
LDO.
Po an o, se selecciona á el módulo DC/DC pa a gene a 15,-15 y 5 V desde los
143~148 V. Ya que el alo de ensión de 3,3 V sólo es eque ido pa a una pequeña
can idad de ci cui os in eg ados, és e se gene a á a pa i de un LDO con e e encia
ija.
Un aspec o impo an e a conside a es que la po encia que el sis ema a a
demanda al conjun o de ba e ías, ya que no sólo bas a con que la po encia gene ada
po el conjun o de ba e ías del sis ema sea su icien e, sino que ambién se á necesa io
dimensiona co ec amen e los cableados y demás componen es elec ónicos que
manejen es os ni eles de po encia.
Pa a hace una ap oximación es ima i a se a ojan a ios da os aco dados como
an ep oyec o del sis ema comple o:
Tabla 1. Valo es ap oximados del sis ema
𝑽𝒅𝒄
143~148 V
𝑰𝒅𝒄
33.78 A
𝑷𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓
5 kW
𝑰𝒇𝒂𝒔𝒆−𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓 (𝑽𝒏=110 V)
9.09 A
Es o signi ica que el cableado que alimen a el ci cui o debe es a dimensionado
(ya sea po cable único o po a ios en pa alelo) pa a sopo a más de 34 A de
co ien e. Además, debe ía añadi se un coe icien e de segu idad conside ando que el
31
La Tabla 2 mues a una compa a i a en e es os dos disposi i os según los da os
del da ashee .
Tabla 2. Compa a i a de da os IGBT y MOSFET
Ca ac e ís ica
SKM 100GB063D
IXFN 130N30
𝑉𝐷𝑆𝑚𝑎𝑥//𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥
600 V
300 V
𝐼𝐷𝑚𝑎𝑥//𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥
130 A
100 A
𝑟𝐷𝑆//𝑟𝐶𝐸
10.5 mΩ
22 mΩ
𝑅𝑡𝑕−𝐽𝐶
0.27 K/W
0.18 K/W
𝑡𝑟
40 ns
75 ns
𝑡𝑓
35 ns
31 ns
Es impo an e conside a que los da os aquí mos ados co esponden a
condiciones de uncionamien o dis in as y que no son coinciden es. Es os alo es son
los a ojados po el da ashee como alo ep esen a i o.
2.3.1 Cálculos de pé didas MOSFETs
En es e apa ado se es ima án las pé didas gene adas po los disposi i os
semiconduc o es du an e el égimen nominal. Es os cálculos son necesa ios pa a
ob ene el amaño y la o ma de los disipado es que debe án ins ala se jun o a los
semiconduc o es.
El p ocedimien o de cálculo es á explicado y edac ado en (7), po lo que aquí se
explica á b e emen e los pasos seguidos a ojando los esul ados aplicables a es e
p oyec o. Cabe menciona que el cálculo expues o en es a memo ia es una
ap oximación lineal de los enómenos eales y, po an o, no son del odo p ecisos.
Aun así, la ap oximación a oja unos esul ados más conse ado es que los eales po
lo que se puede conside a álida la ap oximación.
El disposi i o que se u iliza á es el IXFN 130N30 de IXYS po se un MOSFET de
canal N capaz de sopo a más de 2 eces la ensión de la ba e ía (DC-link) y man ene
una co ien e pe manen e muy po encima del alo de pico. Además, su encapsulado
(SOT-227) es á adap ado pa a educi conside ablemen e la esis encia é mica de
unión con el disipado .
El cómpu o o al de las pé didas es el que sigue:
𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠𝑒𝑠 =𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 +𝑃𝑠𝑤𝑖𝑡𝑐𝑕𝑖𝑛𝑔
Siendo 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 las pé didas po conducción p opias de las esis encias
pa ási as de los disposi i os y 𝑃𝑠𝑤𝑖𝑡𝑐𝑕𝑖𝑛𝑔 las e e en es a las gene adas po la

32
conmu ación de los mismos. És a úl ima suele apa ece en los da ashee s de los
disposi i os como 𝐸𝑜𝑛 y 𝐸𝑜𝑓𝑓 (ene gía de encendido y apagado espec i amen e)
de iniendo la can idad de ene gía disipada en el encendido y apagado del disposi i o
como e en os únicos bajo unas condiciones especi icadas. El cálculo de las pé didas en
é minos de po encia es inmedia o.
𝑃𝑠𝑤𝑖𝑡𝑐𝑕𝑖𝑛𝑔 = (𝐸𝑜𝑛+𝐸𝑜𝑓𝑓)∗𝐹𝑠𝑤
Pues o que el disposi i o seleccionado no mues a ningún da o de 𝐸𝑜𝑛 o 𝐸𝑜𝑓𝑓, se
calcula á po el p ocedimien o mos ado en (7).
La e apa de encendido del MOSFET cuen a con a ias ases:
 El d i e del disposi i o cambia el alo de la ensión de pue a de 0 a
15V (encendido de pue a). La ensión 𝑉𝑔𝑠 c ece linealmen e según la cons an e
de iempo de inida po la ca ga del condensado pa ási o de pue a (𝐶𝑖𝑠𝑠=
𝐶𝑔𝑑+𝐶𝑔𝑠) has a que alcanza el alo de 𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 (expues o en el da ashee
como el alo de ensión 𝑉𝑔𝑠 pa a el que la ca ga de pue a se man iene
cons an e).
 Pa alelamen e, cuando la ensión de pue a supe a el alo de 𝑉𝑔𝑠 𝑡𝑕 la
co ien e del d enado c ece linealmen e has a que alcanza el alo nominal
demandado po la ca ga. La pendien e es á delimi ada po las induc ancias
pa ási as del disposi i o y como caso más conse ado se u iliza á el alo
mos ado en el da ashee de iempo de subida (‘Rise- ime’ (𝑡𝑟𝑖)). Du an e es e
in e alo el diodo en an ipa alelo sigue conduciendo siendo la ensión 𝑉𝑑𝑠 igual
a la ensión del DC-link adop ada.
 Seguidamen e a alcanza el égimen nominal de co ien e, debe ce a se
el diodo en an ipa alelo, pa a ello debe abso be se oda la ca ga (𝑄𝑟𝑟) que és e
almacena. La es imación de la ca ga, así como de la du ación se ob end án
nue amen e del da ashee como caso más conse ado .
 Po úl imo, as habe se desca gado el diodo la ensión 𝑉𝑑𝑠 cae desde el
alo del DC_link has a el alo p opio de la caída d enado - uen e en es ado de
encendido (𝑉𝑑𝑠 =𝑟𝑑𝑠∗𝐼𝑜𝑛). Es a pendien e es á ma cada po la co ien e que
ci cula po la capacidad pa ási a pue a-d enado (𝐶𝑔𝑑 =𝐶𝑟𝑠𝑠). Es a capacidad
es dependien e de la ensión d enado - uen e (que es la que se a educiendo a
su ez), po lo que se ap oxima á ealizando una media en e los iempos (𝑡𝑓𝑢1y
𝑡𝑓𝑢2) que a oja la capacidad inicial y inal. Es e enómeno anscu e mien as
que la ensión de pue a 𝑉𝑔𝑠 se man iene ija en el alo 𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 debido al
e ec o Mille . Cuando la ensión 𝑉𝑑𝑠 alcanza el alo de conducción, la ensión
𝑉𝑔𝑠 con inúa ascendiendo has a alcanza el alo impues o po el d i e .
33
Todo es o se e leja en las siguien es ecuaciones y da os ob enidos del da ashee
(6): 𝑄𝑟𝑟 = 0.8 µ𝐶
𝑡𝑟𝑟 =250 𝑛𝑠
𝑡𝑟𝑖 =75 𝑛𝑠
𝑡𝑓𝑖 =31 𝑛𝑠
𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 = 5.2 𝑉
𝐶𝑖𝑠𝑠=14.5 𝑛𝐹
𝑉𝑔𝑠 𝑡𝑕 = 3 𝑉
𝑅𝑑𝑠 =22 𝑚Ω
𝑡𝑓𝑢=𝑡𝑓𝑢1 + 𝑡𝑓𝑢2
2
𝐶𝑔𝑑2 𝐶𝑟𝑠𝑠 1 𝑉 =600𝑝𝐹
𝐶𝑔𝑑1 𝐶𝑟𝑠𝑠 143 𝑉 =8100 𝑝𝐹
600
8100
Fig. 14 Capacidades s ensión Vds
Siendo 𝑅𝑔 (8 Ω) la esis encia de pue a del d i e al disposi i o y sabiendo que:
𝐼∗𝑡=𝑉∗𝐶 y 𝐼𝑔𝑜𝑛 = 𝑉𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟−𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢
𝑅𝑔:
𝑡𝑓𝑢1= (𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 −𝑅𝑑𝑠∗𝐼𝑜𝑛)∗𝑅𝑔∗𝐶𝑔𝑑1
𝑉𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 −𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 = 9.44𝑒−7 𝑠.
𝑡𝑓𝑢2= (𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 −𝑅𝑑𝑠∗𝐼𝑜𝑛)∗𝑅𝑔∗𝐶𝑔𝑑2
𝑉𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 −𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 = 6.99𝑒−8 𝑠.
𝑡𝑓𝑢= 5.07 𝑒−7 𝑠.
34
De o ma in e sa y muy simila ocu e en el apagado del MOSFET. La di e encia
más no able es que no ocu e ningún enómeno de desca ga del diodo, en odo caso
se a a ía de la ca ga del mismo cuyas pé didas se modela ían:
𝐸𝑜𝑛𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜 =1
4∗𝑄𝑟𝑟∗𝑉𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑒 (Caso más conse ado 𝑉𝑟𝑒𝑣𝑒𝑟𝑠𝑒 =𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘)
El iempo de caída de la co ien e (alcanzado el alo de 𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢) se ob end á del
da ashee como 𝑡𝑓. De la misma o ma que en el caso an e io , el iempo de subida de
la ensión 𝑉𝑑𝑠 se de e mina á pa a dos alo es de capacidad (𝐶𝑔𝑑1 y 𝐶𝑔𝑑2) y se
supond á el alo medio como el eó ico.
Sabiendo que 𝐼𝑔𝑜𝑓𝑓 =𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢
𝑅𝑔:
𝑡𝑟𝑢1= 𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 −𝑅𝑑𝑠∗𝐼𝑜𝑛 ∗𝑅𝑔∗𝐶𝑔𝑑1
𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 = 1.78 𝑒−6 𝑠.
𝑡𝑟𝑢2 = 𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 −𝑅𝑑𝑠∗𝐼𝑜𝑛 ∗𝑅𝑔∗𝐶𝑔𝑑2
𝑉𝑝𝑙𝑎𝑡𝑒𝑎𝑢 = 1.32 𝑒−7 𝑠.
𝑡𝑟𝑢 =𝑡𝑟𝑢1+𝑡𝑟𝑢2
2= 0.956 𝑒−6 𝑠.
Con es os da os de e minados, ya se conocen los iempos en los que cada
enómeno se lle a a cabo.
Las pé didas del encendido y apagado equi alen a mul iplica 𝐼𝑑𝑠 po 𝑉𝑑𝑠. Si se
mul iplican sus alo es ins an áneos y se p olongan en un odo un ciclo se ob end ían
3 e apas: Pé didas de encendido, apagado y conducción.
𝑡𝑟𝑖
𝑆𝑤𝑜𝑛
𝑡𝑓𝑢
𝑆𝑤𝑜𝑓𝑓
𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛
Fig. 15 G á ica de 𝑽𝑺𝑫 e 𝑰𝑺𝑫 en un ciclo de conmu ación
35
Obse ando la Fig. 15 y eniendo en cuen a la conside ación de la ca ga del
diodo, se puede de e mina la ene gía de encendido y apagado po ciclo:
𝐸𝑜𝑛 =𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 ∗𝐼𝑑∗𝑡𝑟𝑖+𝑡𝑓𝑢
2+𝑄𝑟𝑟∗𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 = 0.000249678 + 0.0001144 = 0.36 𝑚𝐽
𝐸𝑜𝑓𝑓 =𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 ∗𝐼𝑑𝑜𝑓𝑓 ∗𝑡𝑟𝑢+𝑡𝑓𝑖
2= 0.423 𝑚𝐽
𝐸𝑜𝑛𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 =1
4∗𝑉𝑑𝑐𝑙𝑖𝑛𝑘 ∗𝑄𝑟𝑟 = 0.03 𝑚𝐽
Concluyendo con las pé didas inales de conmu ación:
𝑃𝑠𝑤 = 𝐸𝑜𝑛+𝐸𝑜𝑛𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 +𝐸𝑜𝑓𝑓 ∗𝑓𝑠𝑤 =32.52 𝑊
Las pé didas po conducción se aducen simplemen e en la adición de la
ecuación ípica de pé didas de un elemen o esis i o (co espondien e a la esis encia
pa ási a del disposi i o):
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 =𝑅𝑑𝑠𝑜𝑛∗𝐼𝑟𝑚𝑠
2= 0.022 ∗11.1352= 2.73 𝑊
El alo de 𝐼𝑟𝑚𝑠 ob enido se de alla más adelan e.
Pues o que se es á ealizando una es imación de las pé didas y no se conoce la
o ma de onda eal de las co ien es, se a a supone que el diodo no gene a pé didas
de conducción y que el esul ado an e io modela las pé didas po conducción.
En de ini i a: 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍=𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 +𝑃𝑠𝑤 =𝟑𝟓.𝟐𝟓 𝑾
2.3.2 Cálculos de pé didas IGBT
El p ocedimien o de cálculo de es e apa ado es el mos ado po (8) mucho más
simpli icado que el caso an e io pues o que los IGBT son más di íciles de modela que
los MOSFETs.
Igual que un diodo, las pé didas po conducción se pueden modela como una
uen e cons an e de ensión más una esis encia pa ási a:
𝑉𝐶𝐸=𝑉𝐶𝐸0+𝑟𝐶∗𝐼𝐶
Es os alo es pueden lee se del da ashee del IGBT a pa i de la cu a de caída
de ensión del IGBT (Fig. 16) en unción de la co ien e de colec o .
36
1 V
𝑽𝑪𝑬𝟎=1.15
V
75 V
Fig. 16 G á ica de 𝑽𝑪𝑬 s 𝑰𝒄
Po an o:
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 =1
𝑇𝑠𝑤 𝑉𝐶𝐸0∗𝐼𝑐 𝑡 +𝑟𝑐∗𝐼𝑐2 𝑡 𝑑𝑡=𝑉𝐶𝐸0∗𝐼𝑐𝑎𝑣+𝑟𝑐∗𝐼𝑐𝑟𝑚𝑠
2
𝑇𝑠𝑤
0
Siendo 𝐼𝑐𝑎𝑣 y 𝐼𝑐𝑟𝑚𝑠 la co ien e de colec o media y ms espec i amen e. Igual
que en el caso an e io , se conside a á que el diodo no gene a pé didas po ene
amos de conducción muy b e es compa ados con los an e io es.
Simpli icando mucho el cálculo de las co ien es de los IGBTs:
 Se desean modela 110 𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒−𝑓𝑎𝑠𝑒 →110
3=63.51 𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒−𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 →
→63.51 ∗ 2 = 89.82 𝑉𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑
 Co ien e: 63.51 𝑉𝑟𝑚𝑠 →1000 𝑊
63.51 𝑉𝑟𝑚𝑠 =15.745 𝐴𝑟𝑚𝑠 →22.27 𝐴𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑
 Valo medio: 1
𝑇𝜔∗ 22.27
𝜔∗𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡
𝜋
0=44.54
2∗𝜋∗60 ∗60 = 7.09 𝐴𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
 Valo RMS: 1
𝑇𝜔∗ 22.27∗𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 2𝑑𝜔𝑡
𝜋
0𝜔= 60 ∗22.272∗𝜋
2∗2∗𝜋∗60 =11.135 𝐴𝑟𝑚𝑠
Es os úl imos cálculos suponen que cada IGBT conduce o mando una co ien e
de medio onda ya que cada uno conduce la mi ad del pe iodo, en de ini i a. Es a
ap oximación es bas an e conse ado a y con ella se p e ende da a conoce
únicamen e unos alo es ap oximados.

37
Po an o,
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 = 1.15 ∗7.09 +1
75 ∗11.1352= 9.807 𝑊
El po qué de no habe ealizado es e p ocedimien o con los MOSFETS es po que
es os no poseen caída equi alen e a 𝑉𝐶𝐸0 y po an o, solo p oducen las pé didas
asociadas al alo ms.
Las pé didas po conmu ación del IGBT se ob ienen di ec amen e del da ashee :
𝐸𝑜𝑛𝑇=𝐸𝑜𝑛𝑀𝑖+𝐸𝑜𝑛𝑀𝑟𝑟
Siendo 𝐸𝑜𝑛𝑀𝑖 la ene gía de encendido sin conside a el p oceso de ecupe ación
in e sa (‘ eco e y e e se ime’) y 𝐸𝑜𝑛𝑀𝑟𝑟 la ene gía de encendido del diodo en
an ipa alelo. Es os alo es se ob ienen di ec amen e del da ashee buscando la
máxima conco dancia con las condiciones de ope ación de es e sis ema con los del
da ashee p esen ados. 𝐸𝑜𝑛𝑇≅0.5 𝑚𝐽
𝐸𝑜𝑓𝑓𝑇≅1.1 𝑚𝐽
Igual que en el MOSFET:
𝐸𝑜𝑛𝐷=1
4∗𝑄𝑟𝑟∗𝑉𝑑𝑐−𝑙𝑖𝑛𝑘
Sabiendo que la ene gía de apagado del ansis o es la equi alen e a 𝐸𝑜𝑛𝑇 pe o
conside ando que las pé didas de apagado del diodo son desp eciables.
En conclusión:
𝑃𝑡=𝑃𝑠𝑤+𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝐸𝑜𝑛𝑀+𝐸𝑜𝑓𝑓𝑀 ∗𝑓𝑠𝑤+𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑 =73.807 𝑊
2.3.3 Selección disposi i o de po encia
Como conclusiones ob enidas de los cálculos se p esen a la Tabla 3 en la que se
mues an las pé didas calculadas po disposi i o, así como las p opiedades é micas.
Tabla 3. Resumen de da os ob enidos de los disposi i os de po encia
Ca ac e ís ica
SKM100GB03D
IXFN 130N30
𝑃𝑐𝑜𝑛𝑑
9.8 W
2.73 W
𝑃𝑠𝑤
64 W
32.52 W
𝑅𝑡𝑕−𝐽𝐶
0.27
0.18
Como se puede obse a , iendo los ni eles de ensión en los que el sis ema se
ubica es ob io que la selección más e iden e es el MOSFET. Además, la esis encia
38
é mica del mismo pe mi i á u iliza disipado es más pequeños pues o que la cadena
de esis encias é micas se á meno .
O o aspec o, es el encapsulado del mismo, que al se indi idual pe mi e una
mayo lexibilidad a la ho a de coloca los sob e el disipado , lo que se aduce en una
mayo compacidad del conjun o.
2.4 Gene ación de dispa os y aislamien o gal ánico
Es equisi o indispensable en cualquie ci cui o de po encia que la e apa lógica
pe manezca sepa ada de la e apa de po encia. Es o supone la inclusión de sis emas de
aislamien o gal ánico, an o en las salidas de la e apa lógica (como los dispa os de
po encia) como en las en adas (e o es gene ados po el d i e de po encia).
Es o gene a dos incon enien es consigo, odas las en adas/salidas deben pasa
po un sis ema op o-acoplado y odas las ensiones de alimen ación de la ci cui e ía de
po encia deben es a aisladas de las alimen aciones de la ci cui e ía lógica.
El p ime asun o a esol e se á, po an o, la gene ación de una ensión de
alimen ación aislada que alimen e a oda la ci cui e ía de po encia. Seguidamen e, se
busca á qué disposi i os son los más ap opiados pa a eje ce de in e media io en e
cada e apa. Finalmen e, se diseña á la e apa de gene ación de dispa os con los
equisi os que es e conlle a.
2.4.1 Tensiones de alimen ación aisladas
El diseño de es e apa ado pa i á de a ios supues os:
 Se ienen 5 V gene ados desde el con e ido DC/DC que alimen an la
ci cui e ía lógica.
 Los d i e s de los disposi i os de po encia se alimen an de o ma ajena a es a
gene ación de ensión aislada. La jus i icación de es e supues o es que los
d i e s pe manece án alejados del luga dónde se si ua á el sis ema de con ol
y, po an o, se ía más cos oso ende un cable con 5 V has a ese pun o que
gene a los desde la ba e ía p óximamen e a él. Además, los d i e s equie en
de una ensión al amen e es able y consumo ele ado, se ía muy insensa o
conec a la misma alimen ación que abas ece á la gene ación de dispa os a los
d i e s de po encia. Po ello se p o ee á una e apa de gene ación de ensión
aislada pa a es os d i e s.
 La demanda de co ien e po pa e de la ci cui e ía de po encia (ci cui e ía
lógica conec ada al lado de po encia) se á baja.
39
Aunque es os supues os puedan pa ece muy os en osos, se jus i ica án y
demos a án a lo la go de es e capí ulo. En cualquie caso, de no pode cumpli se
algunos de los an e io es supues os siemp e se pod ía eajus a la gene ación pa a
pe mi i un mayo consumo po pa e de es a e apa.
El único medio pa a gene a una ensión aislada de o a pasa po in oduci un
ans o mado de aislamien o. És e, pa iendo de una ensión al e na, es capaz de
gene a o a ensión al e na aislada de la an e io . El obje i o de es e apa ado es
consegui aisla dos ensiones con inuas, po lo que se eque i ía pasa de con inua a
al e na y hace lo in e so en el lado opues o del ans o mado .
Los disposi i os con e so es DC/AC clásicos se les conocen como in e so es (el
sis ema de elec ónica de po encia que se quie e gobe na es un in e so pa a con ol
de mo o es AC) aunque, eniendo en cuen a el úl imo supues o, se ía demasiado
engo oso diseña un sis ema in e so i ásico o mono ásico sólo pa a gene a es a
ensión aislada. Resul a mucho más sencillo consul a en el me cado que disposi i os
se u ilizan pa a es as e apas.
Po o o lado, la o ma más sencilla de con e ido AC/DC es un ec i icado de
puen e comple o seguido de un condensado pa a sua iza la o ma de onda e incluso
un diodo Zene pa a ija un alo de ensión. Los ec i icado es de onda comple a
equie en de 4 diodos pa a ce a el bucle de co ien e an e cualquie es ado de la
ensión a la salida del ans o mado . Sin emba go, si se u ie an 3 bo nas a la salida
del ans o mado (una a cada ex emo y una oma in e media) y se ijase la oma
in e media a ie a, se pod ía asegu a el cie e del bucle de co ien e con an solo dos
diodos. Es e aspec o pe mi i ía educi la caída de ensión causadas po los diodos ya
que la co ien e an solo debe pasa po un diodo en ez de dos.
Exis en d i e s pa a ans o mado es de aislamien o que ealizan las mismas
unciones que un in e so , pe o sin necesidad de inclui un con ol y es án op imizados
en espacio y uncionamien o pa a la gene ación de ensión al e na. Es os disposi i os
se le llaman oscilado es y consiguen gene a ensiones al e nas de has a 300 KHz.
T as ealiza una búsqueda de disposi i os ap os pa a es a e apa se ha
encon ado un oscilado , el SN6501 (9) que goza de un amaño educido, capacidad
pa a gene a 5 V de salida y una ca ga máxima de 350 mA (Tabla 4 mues a las
especi icaciones a des aca del SN6501). Es e oscilado se debe á conec a a un
ans o mado de aislamien o que sea capaz de sopo a el máximo alo de 𝑉∗𝑡.
Pa a el SN6501 es e alo iene de e minado po la máxima ensión que puede ija a
la salida en e la mi ad del pe iodo de la mínima ecuencia. Suponiendo un ma gen de
un 10% a la salida y consul ando el da ashee (9) pa a ob ene el alo de ecuencia
mínima pa a es a ensión, se ob iene 300 KHz. En onces:
40
𝑉𝑡𝑚𝑖𝑛 ≥5∗1.1
2∗300000 = 9.17 𝑉µ𝑠
Po lo que se á equisi o indispensable del ans o mado de aislamien o que
pueda supe a es e alo de 𝑉𝑡 pa a e i a que sa u e. Po an o, los equisi os más
impo an es pa a el ans o mado son:
 Supe a el alo de 𝑉𝑡𝑚𝑖𝑛
 O ece la meno esis encia de los de anados posible y meno induc ancia de
pé didas posible.
 O ece más de 150 V de aislamien o pa a asegu a el aislamien o gal ánico con
la uen e de DC
 Tene una elación de ans o mación mayo a 1:1
 Meno capacidad pa ási a en e sus bo nas, ya que es a a és de ella po
dónde se ansmi i á el uido a modo común.
 Tene como mínimo 3 pines de en ada (los dos e minales del de anado y un
e minal in e medio) pa a que pueda se compa ible con el oscilado SN6501.
Consul ando di e sos da os, se encuen a una abla de Mu a a Powe Solu ions
que o ece a ias soluciones pa a ans o mado es aislados de es e ipo de
aplicaciones. Una opción in e esan e pa a es os ans o mado es es que el de anado
que pe manezca aislado enga 3 omas (a los ex emos y en el pun o medio) al y como
se comen aba an e io men e.
Tabla 4. Ca ac e ís icas del oscilado SN6501
Ca ac e ís ica
Valo
𝐹𝑠𝑤 ( ípica 5 V)
410 KHz
𝑅𝑜𝑛
0.6 Ω
𝐼𝐷1 y 𝐼𝐷2
350 mA
La elación del ans o mado debe se supe io a 1:1 pa a pode compensa las
caídas en las esis encias pa ási as, así como la caída ‘D op-ou ’ del LDO. La elación
mínima del LDO esponde a la siguien e ecuación ob enida del da ashee (9):
𝑛𝑚𝑖𝑛 =1
0.97 ∗𝑉𝑓+𝑉𝐷𝑂+𝑉𝑂
𝑉𝐼𝑁−𝑅𝐷𝑆∗𝐼𝐷
Suponiendo un endimien o del ans o mado del 97% y siendo 𝑉𝑓 la caída de
los diodos ec i icado es, 𝑉𝐷𝑂 el d op-ou del LDO, 𝑉0 la ensión de salida, 𝑉𝐼𝑁 la
ensión a la en ada del oscilado mínima, 𝑅𝐷𝑆 la esis encia del oscilado e 𝐼𝐷 la
co ien e que ci cula hacia el ans o mado .
Sus i uyendo:
47
2.5.1 Aislamien o del ci cui o lógico del de po encia
Pues o que an o la con e sión A/D y el p ocesamien o se ealizan en el DSP, que
o ma pa e del ci cui o lógico, se debe in oduci algún elemen o que ga an ice el
aislamien o gal ánico en e la señal de po encia y la señal que llega al con e so A/D.
Es a inse ción pod ía ealiza se en cualquie a de las e apas p e ias al con e so :
adquisición de la señal o adap ación de la señal. Po ejemplo, pod ía ealiza se una
adquisición de la señal po mé odos in asi os (que no asegu an el aislamien o) y
ealiza se una adap ación de la señal con ampli icado es de ins umen ación que
u ilizan disposi i os ampli icado es que aíslan la señal de en ada de la de salida.
Es e p oyec o maneja un mo o de 5 ases con una po encia de 5 kW, po lo que
la magni ud en condiciones nominales de la co ien e po cada ase es:
5000
5=𝑉∗𝐼→𝐼=1000
110 𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒 = 9.1 𝐴
De in oduci un elemen o esis i o pa a medida de la co ien e po mé odos
in asi os, és a gene a ía una caída de ensión y unas pé didas po conducción que son
inacep ables en un sis ema que maneja unas co ien es no muy ele adas. La Tabla 5
mues a las caídas de ensión y pé didas asociadas a di e en es alo es de esis encia.
Tabla 5 Caídas de ensión y pé didas gene adas po di e en es alo es de esis encia
Resis encia de medida
Caída de ensión
Pé didas
0.1 Ω
0.91 V
8.3 W
0.01 Ω
0.091 V
0.83 W
0.001 Ω
0.0091 V
0.083 W
De u iliza es e elemen o como disposi i o pa a la adquisición de la señal, hab ía
que conside a que ue a capaz de disipa las pé didas gene adas y que el alo de la
esis encia ue a de al a p ecisión. Es as esis encias usadas pa a ans o ma una
medida de co ien e en ensión se les conoce como esis encias de ‘Cu en -sensing’.
Como incon enien e añadido, es á la idea de que es a esis encia debe es a ce ca del
con e so A/D pa a educi lo máximo posible la inse ción de uido inducido. És e
úl imo aspec o di icul a el adop a es a opología pues o que la e apa de po encia
queda bas an e alejada de la e apa lógica. Además, los ampli icado es de
ins umen ación son más oluminosos que los ampli icado es ope acionales
habi uales.
La o a posibilidad consis i ía en in oduci el disposi i o de aislamien o en la
e apa de adquisición de la medida, lo que acili a ía el diseño pues o que el es o de
e apas pe enece ían al lado de la e apa lógica. Un disposi i o de medida no in asi o

48
que ga an iza un aislamien o gal ánico es, po ejemplo, un senso de e ec o Hall. Es e
senso aduce la medida de co ien e en una señal de co ien e de magni ud mucho
más educida y aislada de la p ime a. La p incipal en aja de es e sis ema es que la
señal de medida que se anspo a desde la e apa de po encia has a la ci cui e ía
lógica se ealiza en co ien e, magni ud mucho más inmune al uido que la ensión. La
única inse ción ex a se ía una esis encia que con i ie a es a magni ud de co ien e
en ensión.
Po las ca ac e ís icas an e io men e mos adas, se op a po selecciona la
segunda po acilidad de implemen ación, inmunidad al uido y di icul ad de diseño. En
la Fig. 23 se mues a la opología que se quie e implemen a .
OP-AMP
Senso
e ec o Hall
m
V
m
I
ase
I
s
R
m
I
m
I
m
I
msm IRV *
Con e so
A/D
Fig. 23 Esquemá ico de la opología implemen ada pa a la medición de co ien e
2.5.2 Adap ación de la señal
En es a e apa se p e ende adap a el ango de ensiones de salida de la e apa de
adquisición de la señal (𝑉𝑚 en la Fig. 23) al ango de en ada del con e so A/D. Es e
paso debe calib a se de o ma que el alo mínimo de 𝑉𝑚 gene e el alo mínimo
egis able po el con e so A/D, y que el alo máximo gene e el alo máximo
egis able. De es a o ma, se ga an iza una buena esolución de la medida y, po
an o, un con ol más p eciso.
49
Co ien e de ase
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
Adquisición
de la señal
-0.1
0
0.1
0.2
Adap ación
de la señal
m
V
0
1
2
3
con e ido
V
In e alo
medible
In e alo
medido
Fig. 24 Di e en es escalas de las señales pa a las di e sas e apas
La Fig. 24 mues a un ejemplo de posible a iación de escalas al eco e las
di e en es e apas. Como se obse a, es undamen al conoce la salida de la e apa de
adquisición de la señal en unción de la magni ud que se quie a medi , pudiéndose así
dimensiona la e apa de adap ación o acondicionamien o pa a ap o echa odo el
ango del con e ido A/D.
Po an o, el p ime aspec o se á conoce la e apa de adquisición de la señal y
dimensiona lo (de se posible) pa a adap a lo al ango de en ada de la e apa de
adap ación de la señal.
El disposi i o que ealiza á la unción de la adquisición de la señal es un senso
de e ec o Hall, que induce una co ien e eléc ica aislada de la señal en un ci cui o
ce ado hacia ue a de sus e minales. La magni ud de es a co ien e eléc ica es
p opo cional a la magni ud de la señal obje i o a medi . Pa a con e i es a señal de
co ien e en señal de ensión, se debe in oduci una esis encia en e el e minal de
salida y la ie a. Pues o que la na u aleza de la señal que se quie e medi es senoidal
el ango de ensiones que hab á en bo nas de la esis encia se á:
𝐼𝑚𝑀𝐼𝑁∗𝑅𝑠<𝑉𝑚<𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠
Siendo el alo de 𝐼𝑚𝑀𝐼𝑁 nega i o y el alo de 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 posi i o y ambos iguales
en módulo (Pues o que se a a de una señal senoidal). Es o se aduce en que el alo
de 𝑉𝑚 oscila á con una ampli ud igual a 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠 al ededo del ce o.
El siguien e aspec o a inclui es que el con e ido A/D iene un ango medible de
0 a 3 V y 3,3V de ensión máxima. Pues o que no se pueden in oduci señales de alo
nega i o en el con e ido , hay que desplaza es a señal pa a que sea siemp e posi i a.
Es o se aduce en la adición de un o se a la señal. Además, hay que impone una
ganancia a la e apa de acondicionamien o de la señal pa a que quede cubie o odo el
espec o del con e ido . 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣 =𝑉𝑚∗𝐴+𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡
50
−𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 <𝑉𝑚
𝑅𝑠<𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 → −𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠<(𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣 −𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡)
𝐴 < 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠
→−𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠∗𝐴+𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡<𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣<𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠∗𝐴+𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡
Pues o que se desea que el ango del con e ido sea [0~3 V]:
0 < 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣 < 3
𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠∗𝐴+𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡= 3
𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠∗𝐴=𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 →2∗𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡= 3 →𝑶𝒇𝒇𝒔𝒆𝒕=𝟏.𝟓 𝑽
Escogiendo A>1 pa a que la e apa de acondicionamien o se a e de un ampli icado ,
se debe busca un alo de 𝑅𝑠 que sea es ánda y que cumpla con las ecuaciones
an e io es. Pues o que no se puede ole a el caso de que la medida quede ue a del
ango medible (𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣 > 3) se debe selecciona una 𝐴 y 𝑅𝑠 que lo asegu en.
Pues o que la ganancia es posi i a y se equie e añadi un o se , hab á que
u iliza una opología de ampli icado no in e so con o se (Fig. 25)
Adquisición
de la señal
m
R
REF
V
ou
V
b
R
a
R
1
R
IN
V
m
V
m
I
2
R
Fig. 25Topología ampli icado no in e so con o se
Dado que:
· 𝑂𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡= 1.5 𝑉→𝑉𝑅𝐸𝐹= 1.5 𝑉
· 𝑉𝑚𝑀𝐴𝑋 =𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋∗𝑅𝑠 ; 𝑉𝑚𝑀𝐼𝑁 =−𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠
· 𝑉𝐼𝑁𝑀𝐼𝑁 = 0 = −𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠−1.5 ∗ 𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏 + 1.5 →
→𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏=−1.5
−𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠−1.5
·𝑉𝐼𝑁𝑀𝐴𝑋 = 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠−1.5 ∗ 𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏 + 1.5
· 𝑉𝑜𝑢𝑡𝑀𝐴𝑋 ≅3≅𝑉𝐼𝑁𝑀𝐴𝑋 ∗ 𝑅1
𝑅2
+ 1
VIN = Vm−VREF Rb
Ra+ Rb + VREF
+ VREF
Vou = VIN R1
R2
+ 1
51
Con es as ecuaciones (buscando siemp e alo es no malizados de esis encias)
se puede de e mina los alo es de cada una de ellas pa a que es a e apa es é
co ec amen e dimensionada.
Una al e na i a pa a a ia la ampli icación de la señal consis e en inclui alguna
o ma de pode elegi las esis encias en el mismo ci cui o aumen ando o
disminuyendo la ganancia o al. Con es o se consigue ap o echa al máximo posible el
ango del con e ido y aumen a la p ecisión. Si se diseña es a ganancia pa a unos
alo es de co ien e nominales mayo es a los que el sis ema usualmen e suele medi ,
el alo de 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑣 oscila á muy poco y la esolución del con ol puede e se a ec ada. La
esis encia que iene mayo implicación di ec a con la señal es 𝑅𝑚, po ello si se
pudie a selecciona es a esis encia se pod ía cambia di ec amen e el ango de
lec u a del senso , adap ándose al que se p e enda u iliza en ese momen o. En la Fig.
26 mues a es a in oducción.
Adquisición
de la señal
1m
R
REF
V
ou
V
b
R
a
R
1
R
IN
V
m
m
I
2
R
2m
R
3m
R
Fig. 26 Esquemá ico del ampli icado pa a señales al e nas con posibilidad de selección del alo de 𝑹𝒎
Las esis encias 𝑅𝑚1, 𝑅𝑚2 y 𝑅𝑚3 modi ica án los alo es lími e de 𝑉 al e ando así
el ondo de escala de la medida ealizada. El alo de 𝑅𝑚 e ec i o end á de e minado
po las esis encias que es én conec adas, siendo posible conec a las en pa alelo pa a
ealiza más combinaciones. In e esa que una de ellas es é dimensionada pa a el caso
de la 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 que pueda a oja el senso pues o que así se ga an iza un co ec o
uncionamien o en odo el ango admisible del senso .
Pues o que la ensión de alimen ación de es os ampli icado es ope acionales es
de 3.3 V y se es á in en ando alcanza el alo máximo de salida habi ual de 3 V, hab á
que ecu i a ampli icado es ope acionales que pe mi an gene a una ensión de
salida ce cana a la de alimen ación. Es os ampli icado es son conocidos como ail- o-
ail, que o ecen una salida máxima pocos mV po debajo de la de alimen ación.
52
En o al, se necesi an 4 senso es de co ien e, po ello es ecomendable que el
in eg ado empleado cons e de 4 ampli icado es ope acionales en un mismo in eg ado
con los componen es pasi os ex e nos pa a o ma la opología de la Fig. 26.
Po úl imo, se debe inclui condensado es que ac úen como il o an e el uido
de la medida. Se ecue da que uno de los p incipales mo i os po el que se usa el
senso de e ec o Hall es que, al emi i la señal en co ien e, és a es muy inmune al
uido inducido, po ello el il ado se in oduci á p incipalmen e en la e apa de
ampli icación y en el aspaso desde es a e apa has a la e apa con e so a. El diseño de
es e il o se inclui á más adelan e.
2.5.3 Con e sión A/D y p ocesamien o
T as la ampli icación de la señal en la e apa de acondicionamien o, és a se
conec a al e minal del con e ido A/D que posee el DSP que aduci á el alo de
ensión esul ando en un egis o digi al.
El con e ido del DSP usado en es e p oyec o iene 12 bi s de con e sión po lo
que el egis o del esul ado de la con e sión puede oma un alo en e 0 y 4095
siendo 0 el equi alen e a una ensión nula y 4095 el esul ado de una lec u a de 3 V o
más.
El DSP es capaz de ealiza lec u as de ensión has a los 3,3 V ( ensión de
alimen ación del DSP), pe o el in e alo comp endido en e 3 y 3,3 queda sa u ado en
el egis o como 4095 po lo que no in e esa que las medidas lleguen a alcanza es e
alo .
Pues o que la co ien e medida es una señal de al e na el alo de ensión que
co esponde a una lec u a nula de co ien e debe co esponde con el o se diseñado
en la e apa de adap ación (1.5 V). De es a o ma, pa a co ien es nega i as el alo de
la ensión se man end á po debajo de 1.5 V, mien as que pa a co ien es posi i as
es a á po encima de 1.5 V. Es misión del diseño de la e apa de adquisición y
adap ación asegu a que la máxima co ien e posi i a posible no a oje un esul ado
de ensión po encima de 3 V.
El p ocesamien o de la medida queda ue a de es e documen o, aunque el
p ocesamien o del egis o debe á ene en cuen a lo comen ado an e io men e. Es
necesa io, po an o, calib a el conjun o señal- egis o pa a asegu a que an e un
alo de co ien e nulo el egis o a oje un alo que se le a ibui á el ce o en el
p ocesado. Si du an e el uncionamien o el egis o queda po debajo de és e,

53
signi ica ía que la co ien e es nega i a y su magni ud se de e mina á en unción de lo
alejado que quede el egis o del egis o de e e encia ( egis o de ensión nula).
La calib ación es un p oceso necesa io po el que, median e una ec a de
eg esión ealizada a una nube de pun os de egis o-co ien e, se ob iene la
co elación en e un alo de co ien e eal y el egis o que a oja en su con e sión.
Con es e p oceso se sup imen los e o es de p ecisión in oducidos en los elemen os
usados y se pasa di ec amen e a e alua la espues a del sis ema eal.
2.6 Medición de elocidad
El encóde es el disposi i o enca gado de suminis a al DSP la in o mación
necesa ia pa a conoce la magni ud y el sen ido de la elocidad de gi o del mo o ,
in oduciendo es a a iable en el algo i mo de con ol.
Exis en di e sos ipos de encóde y el que se u iliza á en es e p oyec o es el
encóde de pulsos cuad ados. Las salidas gene adas en es a opología son 3: QEPA,
QEPB y QUEPI; la p ime a y la segunda co esponden a las lec u as de las ma cas del
disco coaxial con el eje a medi , pe o des asadas 90° en e ellas; la e ce a co esponde
a un pulso gene ado cuando se ealiza una uel a comple a.
G acias al des ase que exis e en e la lec u a A y B se puede de e mina el
sen ido de gi o y la ecuencia de es os pulsos de e mina á la magni ud de la elocidad
de gi o. Po ejemplo, un disco con 200 ma cas acoplado a un eje que gi a a 1500 e /m
gene a ía un en de pulsos de ecuencia: 1500 𝑟𝑒𝑣
𝑚𝑖𝑛∗ 1min
60 𝑠∗200 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠
1 𝑟𝑒𝑣 =
5000 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠
𝑠 (𝐻𝑧)
La Fig. 27 mues a un encóde y el o ma o de en de pulsos conside ado.
Fig. 27 Encóde óp ico y salida de pulsos cuad ados
El obje i o inal del encóde es conoce la di ección de gi o y la magni ud, pues o
que es necesa io pa a ealimen a el algo i mo de con ol. Po an o, es as 3 señales
deben p ocesa se pa a a oja la in o mación deseada. Exis en in eg ados que ealizan
es a con e sión midiendo la ecuencia de los pulsos y el des ase en e ellos, pe o es e
54
p oyec o goza del p i ilegio de posee un DSP capaz de ealiza el p ocesamien o po
su p opia cuen a.
El DSP iene unos pines dedicados a QUEPA, QUEPB y QUEPI a a és de los
cuales puede de e mina la di ección de gi o (‘1’ si es sen ido ho a io y ‘0’ si es an i-
ho a io) y almacena la en un egis o y gene a una se ie de pulsos que de e minen
( as un p ocesado) la ecuencia de pulsos. El p ocedimien o que el DSP lle a a cabo
consis e en dispone de un egis o con ado al que se le a sumando o es ando
unidades en unción de los pulsos gene ados y el des ase ocu idos en e ellos. La Fig.
28, mues a dicho p ocedimien o.
Fig. 28 Ejemplos de pulsos y egis os gene ados
El egis o QPOSCNT es el con ado que con abiliza el desplazamien o o a o io
del eje. Po cada 4 pulsos de QCLK el eje ha gi ado una can idad equi alen e a la
dis ancia en e ma ca y ma ca. Po ejemplo, si se ienen 360 ma cas gi ando a 3600
e /m en la misma di ección, el egis o QCLK gene a á un en de pulsos de
360 ∗3600
60 ∗4 = 86.4 𝐾𝐻𝑧 y el con ado suma ía una unidad po cada pulso de QCLK.
Exis en más pe i é icos a con inuación de es e úl imo que son capaces de es ima
la posición del ehículo/elemen o que se es é conside ando a a és de es os egis os
y una se ie de con igu aciones, pe o quedan ue a del alcance de es e documen o.
Un aspec o que hay que conside a es que el encóde se encon a á acoplado al
eje del mo o , po an o, se conside a que se encuen a den o de la ci cui e ía de
po encia. Es o implica que es necesa io inclui un elemen o op oacoplado pa a pode
conec a las señales del encóde has a los pue os del DSP habili ados pa a ello. La Fig.
29 mues a el esquemá ico de la e apa del encóde .
55
Op oacoplado
Encode
QUEPA
QUEPB
QUEPI
3.3 V
uppull
R
DSP
Fig. 29 Esquemá ico de la implemen ación del encóde
2.7 Medición de ensión
El sis ema equie e conoce el es ado de la ensión del dc-link, no sólo pa a la
modulación, sino ambién pa a es ima la ca ga es an e de las ba e ías.
Pa iendo de las di e sas e apas de la medición de una magni ud eléc ica
(de allados en la e apa de medición de co ien e) se a a explica el análisis de es a
e apa. Al igual que en los casos de medición an e io es, oma una medida del ci cui o
de po encia equie e asegu a un aislamien o en e és e y el ci cui o de con ol. Po lo
que debe inclui se es a necesidad en algunas de las e apas co espondien es.
En la e apa de adquisición de la señal uel e a hace se nue amen e la
compa a i a en e senso es in asi os y no in asi os. En es e caso, el p ime o cons a ía
de un simple di iso esis i o pues o que la caída en las esis encias se á di ec amen e
p opo cional a la ensión de las ba e ías; mien as que el segundo, bien pod ía se o o
senso de e ec o Hall pa a ensión con la misma opología que la medición de co ien e
po senso es de e ec o Hall.
En es e sis ema, la ensión de la ba e ía debe conec a se al ci cui o lógico pa a
gene a las ensiones de alimen ación de los ci cui os (la gene ación se ealiza de
o ma aislada, ya se explica más adelan e), po lo que la adquisición de la señal pod ía
ealiza se en bo nas del ci cui o lógico sin necesidad de ende un cable has a la e apa
de po encia. Es o plan ea la posibilidad de u iliza el di iso esis i o como elemen o
de adquisición, pues o que los senso es de e ec o Hall pa a ensión son demasiado
oluminosos como pa a solda los en una PCB den o de un ci cui o lógico (con el
obje i o de se compac o). De que e implemen a el senso de e ec o Hall, hab ía que
ende un cable desde la e apa de con e sión has a la ubicación el senso en la e apa
de po encia, po lo que, pues o que se p e ende se compac o y la ensión de la
ba e ía ya alcanza el ci cui o lógico, lo más cohe en e es u iliza el di iso esis i o
como elemen o de adquisición. El esquema del di iso esis i o en es a e apa de
medición de ensión se mues a en la Fig. 30.
56
linkdc
V
Acondicionamien o de
la señal
Con e sión y
p ocesamien o
IN
V
ADC
V
1
R
2
R
Fig. 30 Esquema de conexión del di iso esis i o pa a la medición de ensión
Es impo an e ecalca en es e análisis que la suma de las dos esis encias debe
se muy g ande pa a asegu a que no se p oducen unas pé didas no ables po los
elemen os esis i os del di iso . Pues o que los ni eles lógicos de la señal 𝑉𝐴𝐷𝐶 no
pueden supe a los 3 V (po el ango del con e ido ADC), el ango de 𝑉𝐼𝑁 onda á
es os lími es y po ello 𝑅2≪𝑅1 (𝑉𝑑𝑐−𝑙𝑖𝑛𝑘 ≅ 146 V). El diseño de es e di iso esis i o
puede ealiza se ap oximando 𝑅1+𝑅2≅𝑅1 y asignando a es a esis encia el alo
que asegu e que no exis e una pé dida ele ada en es os elemen os. Seguidamen e, se
diseña 𝑅2 cumpliendo con la ecuación de la di isión esis i a pa a asegu a que los
alo es nominales de ensión del dc-link en e den o del ango de la e apa de
acondicionamien o.
Pues o que la señal sigue den o de lo que se conside a la e apa de po encia,
és a aún debe se aislada del ci cui o lógico y cómo es a unción no iene cabida en la
e apa de con e sión y p ocesamien o, sólo queda añadi la en la e apa de
acondicionamien o.
Los únicos elemen os que pueden ealiza un aislamien o de una señal de
medida son los ampli icado es de aislamien o. Es os son capaces de gene a una
ensión di e encial de salida p opo cional a una ensión di e encial en la en ada
conse ando el aislamien o gal ánico en e ambas. Las esis encias 𝑅1 y 𝑅2 deben
diseña se aco de a los alo es lími e de la en ada del mismo que ga an izen la
es abilidad y ganancia a la salida.
Es e ampli icado oma el alo di e encial de la medida en la en ada, lo
ans o ma y lo emula ampli icado po una ganancia ija en la salida de o ma que se
ga an ice el aislamien o. La es abilidad de es a ganancia en el ango de ensiones
conside ado es undamen al pa a el co ec o uncionamien o del ampli icado , po ello
es impo an e sa is ace las especi icaciones del ango de ensiones a la en ada del
sis ema.
El úl imo aspec o, es la adap ación de la señal medida al ango del con e ido
habi ual. Pa a ello se u iliza á un ampli icado de ins umen ación cuya ampli icación
de la en ada depende á del alo de una esis encia que se si úa de o ma ex e na,
pe mi iendo cambia el ondo de escala al igual que se plan eó en la medición de
co ien e.
𝑉𝐼𝑁=𝑅2
𝑅1+𝑅2∗𝑉𝑑𝑐−𝑙𝑖𝑛𝑘
63
co ien e demandada. La capacidad de los mismos es á limi ada po el ab ican e en el
da ashee de los disposi i os DCDC u ilizados.
Los disposi i os DC/DC u ilizados son el ‘TEN 40-7223WIR’ y el ‘RDC20110’ pa a
la gene ación de ±15 y 5 V espec i amen e. Es ecomendable u iliza bobinas de
il ado a la salida de es as e apas gene ado as pa a e i a que cambios epen inos en
la ca ga puedan daña los disposi i os DC/DC, po ello se dispond án bobinas de
alimen ación conec adas en e es as salidas y el condensado de il ado.
Los condensado es más con enien es pa a al as capacidades son los
elec olí icos. Es a opología p esen a la mejo elación Volumen/Capacidad, pe o
ienen una esis encia pa ási a ele ada. Es a ca ac e ís ica ae como consecuencia
que la a enuación del condensado an es ele adas ecuencias sea mucho meno de la
eó ica pa a esa capacidad. Pa a soluciona es e incon enien e, se disponen en
pa alelo condensado es ce ámicos de meno capacidad que p esen an una esis encia
pa ási a meno .
En de ini i a, es a disposición de los condensado es asegu a un il ado del
uido inducido en la salida, ya sea és e p o enien e de la p opia ca ga del DC/DC
(ci cui e ía diseñada) o gene ada po el mismo DC/DC.

64
65
Capí ulo 3: Diseño
En es e capí ulo se mues an los alo es de los componen es seleccionados según los
esquemá icos mos ados en el an e io capí ulo. Se u ilizan las ecuaciones mos adas
en el capí ulo de Análisis pa a da alo a los componen es implicados. Las decisiones
e e en es a aspec os cons uc i os, de u ado de pis as, así como e e en es al
mon aje inal se exponen ambién en es e capí ulo. Los di e sos apa ados del
capí ulo es án sepa ados según las dis in as placas que componen es e abajo.
66
3. Diseño
En es e apa ado se mos a án las decisiones omadas y el esul ado inal del
diseño.
3.1 Conec o DIMM100
Es el o ma o de conexionado que emplea el DSP TMS320F28335, se decidió
u iliza el mismo o ma o pa a odo el conjun o modula de placas.
Pa a lle a a cabo es o, hab ía que diseña odas las placas que ue an a se
inse adas de la misma o ma que el DSP pa a que sea cohe en e con el o ma o del
DIMM100.
Los pines deben es a dispues os de una o ma conc e a y se debe ealiza un
mecanizado en la placa pa a que és a pueda inse a se en el socke DIMM100. Las
especi icaciones an o del zócalo como de la o ma que debe ene la placa se
ob ienen de la uen e (12).
Po an o, hab á una placa llamada “placa mad e” que dispond á de odos los
zócalos pa a conec a los módulos. Además, u a á las conexiones en e las placas y el
mismo DSP a endiendo a los pines que se an a u iliza en el DSP
3.2 Placa co ien e y encóde
Po espacio, se decidió inco po a es as dos uncionalidades en la misma placa.
El ci cui o que equie e la e apa de adap ación de co ien e equie e
únicamen e de un ansconduc o de co ien e (LA 55-P) ex e no a es a placa. Es e
disposi i o se alimen a con ensiones de ±15 V, emi iendo en un e ce pin una
can idad de co ien e di ec amen e p opo cional a la co ien e que a a iesa es e
ansconduc o . Pues o que se a a de un senso de e ec o Hall, an sólo es necesa io
hace que el cable a a iese el in e io del senso sin p oduci ningún e ec o in asi o.
Además, el senso de e ec o Hall asegu a un aislamien o gal ánico en e la pa e de
po encia y la de con ol.
Po an o, una de las salidas de es a placa se á una i a de pines que lle a án los
±15 V a cada uno de los senso es y un pin más po el que e o na á la co ien e medida
po el senso . Pa a con e i la medida de co ien e en ensión y pode u iliza un
67
ampli icado ope acional pa a adap a la medida se u iliza una esis encia que conec a
es e pin con la ie a de la placa.
La co ien e gene ada po el ansconduc o sigue una ó mula p opo cional
espec o a la co ien e que a a iesa el senso según la a io dado po el ab ican e
(𝐾𝑇= 1: 1000). De es a o ma, pa a una co ien e de 30 A, la co ien e gene ada se ía
de 30 mA. La máxima co ien e que es e senso puede medi son 70 A.
La ensión p o is a a la salida se á la mul iplicación de la co ien e salien e del
senso po el alo de la esis encia que es é dispues a a la salida. Pues o que puede
in e esa modi ica la escala del senso , se ía con enien e ene la posibilidad de elegi
el alo de es a esis encia en e una se ie de alo es. Po ello, se u iliza un ‘Swi ch’ de
3 in e up o es que conec an 3 esis encias de dis in o alo a la salida del senso ,
siendo es e pun o dónde debe oma se la medida de ensión.
Los alo es de las esis encias elegidas son 350, 100 y 680 Ω pudiéndose llega
a conec a se en pa alelo si se desea.
1000:
meas
I
350
100
680
meas
V
Fig. 35 Esquemá ico de las esis encias y del senso de e ec o Hall de co ien e
Así, po ejemplo, pa a un alo de 5 A, la co ien e gene ada se ía de 5 mA.
Conec ando únicamen e la esis encia de 680 Ω, 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠 equi ald ía a 3.4 V mien as
que, si se selecciona la esis encia de 350 Ω, 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠 equi ald ía a 1.75 V.
3.2.1 Conec o es de la placa
Pa a conec a los senso es con la placa de co ien e se u iliza á un e minal de
10 pines. Seis de ellos se u iliza án pa a conec a se a los senso es (Vcc+, Medida y Vcc-
) y dos de ellos lle a án la ie a po si ue a necesa io pa a algún o o disposi i o.
El conec o del encóde sólo equie e egis a 3 señales. Pa a ga an iza el
aislamien o gal ánico, se ha decido inco po a un op oacoplado en e es e conec o y
la señales que se en ia án al DSP. Pues o que el op oacoplado ac úa como un diodo
que dispa a un ansis o en colec o abie o, se dejan como en adas del conec o del
encóde an o el ánodo como el cá odo del mismo diodo. Pa a con ola la co ien e
máxima que ci cula po es e diodo (15 mA según el ab ican e) y suponiendo que las
68
señales del encóde se gene an a 5V, se dispone en se ie con el diodo unas esis encias
de 470 Ω. G acias a dispone an o la conexión al ánodo como al cá odo del diodo,
puede conec a se el encóde pa a que la lógica de la señal no se in ie a al pasa po el
op oacoplado .
Fig. 36 Esquema de conexionado de la placa de co ien e y encóde
La placa en la que i án conec ados los senso es se comen a á más adelan e.
En la e apa del encóde , sólo al a ía inclui unas esis encias de pull-up a cada
colec o del op oacoplado y conec a és os a los pads que se conec a án a los GPIO
del DSP habili ados pa a el encóde . El conec o u ilizado pa a el encóde consis e en
un e minal macho (con zócalos a o nillables pa a los cables) en el que se le acopla ían
los 6 cables del encóde (3 señales y sus espec i as ie as de e o no), y el e minal
complemen a io hemb a que i ía soldado a la placa.
3.2.2 Adap ación medida de co ien e
Una ez que se iene una medida de ensión p opo cional a la co ien e medida
po el senso de e ec o Hall sólo al a ealiza la adap ación de es a medida. Cabe
eco da que la co ien e que se gene a po el pin 𝑀𝐸𝐷𝑋 de los senso es es
p opo cional (1:1000) a la co ien e que ealmen e a a iesa el senso , po lo que
puede da se el caso de que, si la co ien e iene el sen ido con a io al conside ado
posi i o po el senso , es o gene a ía una ensión nega i a en 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠.
Conside ando que las co ien es a medi suelen segui una o ma senoidal es
necesa io adap a es a señal que oscila en e alo es posi i os y nega i os a un ango
de ensiones que el DSP sea capaz de medi . Po las ca ac e ís icas del TMS320F28335,
el ADC unciona den o del ango de 0 -> 3 V.

69
El sis ema que mejo con iene pa a las especi icaciones que se mencionan es
un ampli icado no in e so con o se añadido a la señal de en ada ( e apa ado
2.5.2) mos ado en la Fig. 25, cuyas ecuaciones son:
VIN = Vmeas −VREF Rb
Ra+ Rb + VREF
Vou = VIN R1
R2
+ 1
Siendo 𝑉𝑅𝐸𝐹 el alo del o se calculado en el apa ado 2.5.2; 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠 el alo de
la ensión medida en la esis encia en se ie con el senso ; 𝑅𝑎 y 𝑅𝑏 los alo es de las
esis encias que egulan la ensión is a po el ampli icado ; y 𝑅1 y 𝑅2 los alo es de las
esis encias que egulan la ensión de salida.
Cabe no a que los alo es de 𝑅𝑎 y 𝑅𝑏 ienen que se muchos más al os que los
alo es de la esis encia del senso pa a e i a que una pa e no able de la co ien e
del senso se des íe po es as esis encias.
Las ecuaciones de diseño ya se plan ea on en la sección 2.5.2:
𝑉𝐼𝑁𝑚𝑖𝑛 = 𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏=−1.5
−𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠−1.5
𝑉𝐼𝑁𝑀𝐴𝑋= 𝐼𝑚𝑀𝐴𝑋 ∗𝑅𝑠−1.5 ∗ 𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏 + 1.5
· 𝑉𝑜𝑢𝑡𝑀𝐴𝑋 ≅3≅𝑉𝐼𝑁𝑀𝐴𝑋 ∗ 𝑅1
𝑅2
+ 1
Pa a ap o echa al máximo el espec o, se p e ende o za que la salida del
sis ema ocupe el máximo posible ango de 0 a 3 V.
Según el ab ican e del senso , és e puede medi un máximo de 50 A en
magni ud. Es e alo gene a ía una co ien e de ±50 mA que, u ilizando la esis encia
de 100 Ω como e e encia, e leja ía un alo de ±5 V en 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠. Pa a ap o echa al
máximo posible el espec o, los alo es de 𝑅𝑎 y 𝑅𝑏 deben se ales que gene en un
alo de 0V pa a 𝑉𝐼𝑁 cuando la co ien e alcance el alo nega i o máximo (-50 mA).
Po an o: 𝑅𝑏
𝑅𝑎+𝑅𝑏=−−1.5
−0.05 ∗100 −1.5 =1.5
6.5
𝑅𝑎=20 𝑘Ω→5𝑅𝑏=20 ∗1.5 →𝑅𝑏= 6 𝑘Ω
Pa a pode esol e el sis ema se equie e selecciona el alo de una de las
esis encias. Po ello, se supone un alo lo su icien emen e g ande pa a e i a ugas
de co ien e (𝑅𝑎 = 20 kΩ), a ojando un alo de 𝑅𝑏 igual a 6 𝑘Ω.
70
A con inuación, la selección de 𝑅1 y 𝑅2 se ealiza pa a ga an iza que se
ap o echa el máximo el espec o pa a pa a el lado posi i o de la co ien e. Los alo es
de es as esis encias se aduci án en una ganancia sob e el alo de ensión en 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠,
pues o que ya es á ijado los alo es de las esis encias 𝑅𝑎 y 𝑅𝑏, se puede conoce el
alo máximo de 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠 máximo.
𝑉𝐼𝑁𝑚𝑎𝑥 = 0.05 ∗100 −1.5 ∗6
26 + 1.5 →𝑉𝐼𝑁𝑚𝑎𝑥 = 2.308 𝑉
𝑅2= 4 𝑘Ω→𝑅1= 1.2 𝑘Ω
De es a o ma, se conoce los alo es de las esis encias a u iliza en es a e apa.
Pa a la gene ación de la ensión de e e encia (1.5 V), se u iliza á un LDO de
gene ación ija. Es e LDO se alimen a á con 3.3 V y dispond á a la salida una ensión de
1.5 V que alimen a á la e apa de adap ación de la señal.
3.2.3 Ampli icado ope acional
Como ya se comen ó en el Capí ulo 2, el in eg ado u ilizado pa a la adap ación
de la señal debe se un ampli icado ope acional ‘ ail- o- ail’. Pues o que son 4 las
e apas de medidas que se necesi an, con iene u iliza un in eg ado que disponga de
los 4 ampli icado es.
El in eg ado OPA4340 cumple sob adamen e con es as indicaciones. Dispone
de 4 ampli icado es ope acionales ‘ ail- o- ail’ independien es en un mismo
encapsulado SOIC. Puede alimen a se a 3,3 V e incluso sopo a ni eles de ensión 0.5
V supe io es a su ensión de alimen ación.
Como ecomendación del ab ican e, se debe dispone un condensado de 330
pF en pa alelo a la esis encia de ealimen ación. A modo de il o, se ha dispues o un
condensado de 10 nF a ie a en cada pun o 𝑉𝑚𝑒𝑎𝑠 y un condensado de 100 nF
conec ado a ie a en cada una de las e e encias de ensión. Ambos se u ilizan como
il o de al a ecuencia que e i a que el uido pueda ampli ica se y mos a se a la
salida.
En la Fig. 37 se mues a el esquemá ico de la e apa de adap ación de las 4
medidas u ilizando el OPA4340.
71
Fig. 37 Esquemá ico de las 4 e apas de ampli icación u ilizando el OPA4340
3.3 Placa PWM
Es a placa in eg a á odo lo necesa io pa a la gene ación de los dispa os que
llega án a los d i e s, el aislamien o gal ánico de los mismos, la de ección de e o es y
el almacenado de es os pa a ansmi i los al DSP.
Como base pa a el diseño de es a placa e a necesa io conoce los ni eles de
ensión econocidos po el d i e de los MOSFETs como un ‘1’ lógico, así como los
ni eles de ensión de los e o es gene ados. Pa a ello es necesa io sabe cuál a a se
el d i e seleccionado. Más adelan e se explica á el mo i o de la selección, pe o se
adelan a que el d i e seleccionado es el SKHI 61R de Semik on. Es e d i e es capaz de
econoce ‘1’ lógicos a ni eles de la ecnología TTL, po lo que pod ían gene a se los
dispa os a 5 V man eniendo la compa ibilidad en e disposi i os. La salida de los
e o es es negada, es deci , hay 0 V si se gene a un e o y 15 V si no lo hay.
3.3.1 Conec o es de la placa
Es a placa equie e de 10 pines únicamen e pa a los dispa os y 5 pines pa a
odos los e o es, además de pines de ie a pa a compa i la misma e e encia de
ensión.
Pa a man ene un o ma o simila en e placas se u iliza án los mismos
conec o es que los u ilizados en la placa de co ien e. Pues os que es os conec o es
72
son de 10 pines y se equie e compa i la ie a, se u iliza á un conec o pa a los
dispa os del lado supe io y o o pa a el lado in e io .
Debido a que los e o es ambién deben ene una ie a compa ida, se a a
u iliza o o conec o de 10 pines pa a los e o es. En los pines sob an es se compa i á
los 5 V de alimen ación aislados de la e apa lógica po si se equie e u iliza en algún
disposi i o.
3.3.2 Regis o de e o es y gene ación de la señal OE
Pa a el co ec o uncionamien o el sis ema debe se capaz de egis a los
e o es que se han gene ado y almacena los, aunque es os se hayan gene ado de
o ma espo ádica.
También debe exis i una señal que habili e los dispa os desde el DSP, de o ma
que sólo si es a señal es á habili ada y no hay ningún e o egis ado se puedan
p oduci los dispa os. Es a señal se le denomina ‘Ou pu enable’.
El p ime paso pa a el egis o de e o es es lle a es as señales del lado de
po encia al lado de señal, es o se ealiza con el op oacoplado u ilizado en apa ados
an e io es. Debido a que la señal de ensión es de 15 V y no se disponen de 15 V
aislados de la e apa lógica, se u iliza un pa Da ling on como in e media io en e la
gene ación de e o es y la en ada del op oacoplado .
El diodo del op oacoplado se alimen a a 5 V con una esis encia de 470 Ω en
se ie, dejando el cá odo del mismo conec ado al colec o del pa Da ling on. La señal
del e o gene ado po el d i e se conec a a la pue a (base en los ansis o es) a
a és de una esis encia de 1 kΩ pa a limi a la co ien e. De es a o ma, an e una
ensión posi i a en la pue a de los ansis o es (en endido como un no-e o de la
señal) el pa Da ling on queda ía exci ado pe mi iendo el paso de co ien e po el
diodo del op oacoplado y ce ando el ansis o conec ado en la pa e lógica con una
esis encia de ‘pull-up’ de 6 kΩ a 3,3 V. Resumidamen e, si la señal del e o es de 5 V
( e da ashee SKHI 61R) el ansis o del op oacoplado es á ce ado y conec ado a
ie a, po lo que la señal del e o ha quedado in e ida espec o a la salida de los
d i e s (0 V e o ; 3.3 V No-e o ).
Una ez que los e o es es án den o de la e apa lógica ya sólo queda inclui los
en un bies able pa a que se queden almacenados en el momen o en el que se
p oduzcan. Pa a ello, se ha op ado u iliza unos bies ables ipo D. Es os bies ables
pueden modi ica el egis o de salida según los pines de ‘SET’ y ‘RESET’, igno ando las
señales de en ada de da os y el eloj del mismo.
79
Fig. 40 Esquemá ico del Bus CAN
Las esis encias de 10 Ω si en como limi ado de co ien e a la en ada y salida
del d i e .
3.5 Placa Mad e
Es a placa es dónde se solda án odos los zócalos DIMM 100 hemb a (4 en
o al: DSP, Placa de Tensión/CAN, Placa de PWM y Placa de Co ien e/Encóde ) po lo
que es la enca gada de u a las pis as en e odas las placas.
Además, se i á de sopo e pa a el sis ema comple o, po lo que inclui á la
gene ación de las ensiones de alimen ación y el u ado hacia odas las placas.
Adicionalmen e, es a placa inclui á el zócalo pa a una a je a SD desde dónde
se pod á ca ga el p og ama del DSP; un conec o RS232 conec ado di ec amen e al
DSP; y los pines necesa ios pa a un emulado JTAG que ambién se conec a án
di ec amen e al DSP.
3.5.1 Placas y Alimen aciones
Todas las placas que in eg a án el sis ema equie en una alimen ación pa a se
ope a i as, es as alimen aciones pasan po los ±15 V pa a el senso de ensión aislado,
los 5 V desde los que se alimen an muchos disposi i os y se gene an los 5 V aislados,
has a los 3.3 V necesa ios pa a alimen a a oda la ci cui e ía lógica. Pues o que la
única uen e de ene gía que hab á en el medio ehicula es la almacenada en las
ba e ías, se debe inse a algún ipo de elemen o que adap e los ni eles de ensión de
es as ba e ías a las ensiones eque idas.
Se pa e de un in e alo de ensión de la ba e ía en e 143 ~ 160 V y se quie en
ob ene ensiones ±15V, 5V y 3,3 V. Como ya se comen ó en el capí ulo an e io de

80
análisis, las ensiones de ±15 V y 5 V se ob ienen de unos con e ido es DC/DC cuyo
ango de ensión a la en ada aba ca el in e alo de ensión de las ba e ías. La ensión
de 3.3 V se ob iene a pa i un LDO alimen ado con la ensión de 5 V. Todas las
ensiones gene adas dispond án de un LED indicado del es ado de la misma
alimen ación.
A modo de condensado de desacoplo se dispone un condensado de al a
capacidad (220 µF) a la salida de la gene ación de cada una de es as ensiones de
alimen ación. Además, pa a asegu a un il ado de la ensión gene ada se dispone una
bobina ‘shun ’ a la salida jun o a condensado es ce ámicos de meno capacidad (10 µF
y 10 nF) que ga an icen un il ado de la componen e de al a ecuencia.
Según las indicaciones del ab ican e de los con e ido es DCDC, es
ecomendable inclui un il o LC a la en ada del mismo pa a il a componen es no
deseadas. El esquemá ico del il o se mues a en la Fig. 41.
1 µF 1 µF
22 µH
DC/DC
10 nF
10 nF
220 µF
Choke
Ba e y +
Ba e y -
+
-
Fig. 41 Esquemá ico del il o dispues o pa a el con e ido DC/DC
El úl imo aspec o de es e apa ado es el u ado en e las placas, ya que la placa
mad e del sis ema es aquella que si e de sopo e pa a odos. El pinaje de cada una de
las placas se inclui á en los anexos, así como el u ado en e las mismas.
3.5.2 Ta je a SD
Ya se comen ó en el apa ado de análisis la inclusión de una a je a SD pa a
ca ga el p og ama del DSP al y cómo se explica en (11).
Pues o que se p e ende lee la a je a u ilizando un p o ocolo SPI, se necesi an
como mínimo 4 líneas de da os: Chip Selec (CS), Mas e -ou pu -Sla e-inpu (MOSI),
Mas e -inpu -Sla e-ou pu (MISO) y el eloj de comunicación gobe nado po el mas e .
En la Fig. 40 se mues an los pines de la a je a y la uncionalidad que debe ene
asociada cada pin. Los pines de la a je a SD nomb ados como 7, 8 y 9 se ecomiendan
81
pone a ‘1’ a a és de una esis encia de ‘pull-up’ pues o no se an a u iliza . Como
il o del uido, se ha in oducido una bobina ‘shun ’ a la alimen ación de la a je a.
Fig. 42 Esquemá ico de la a je a SD y los pines u ilizados
Exis en 3 pines más: Ca d de ec ion (CD), Wi e p o ec ion (WP) y Common.
Es os pines se u ilizan pa a sabe si exis e alguna a je a in oducida y, de se así, si
es á p o egida con a esc i u a/lec u a. En ambos casos, se debe obse a la
con inuidad en e el pin CD o WP con el pin COM, co oci cui ando ambos pines en el
caso de habe una a je a in oducida (CD) o si es a es á p o egida (WP).
Po úl imo, se ecue da que los pines mos ados en la Fig. 42 co esponden al
zócalo de la a je a SD, que se conec a án a una a je a SD cuando la misma sea
in oducida.
3.5.3 Conec o RS232
La misma ‘Con olCa d’ dispone de una e apa aislada diseñada pa a se
u ilizada como medio de comunicación. A es a e apa le co esponden los pines que
an de 1 a 6 y de 51 a 56 (A1~A6 y B1~B6) dónde la ie a que se u iliza en las
comunicaciones puede di e i de la ie a u ilizada en el es o del sis ema.
Exis e una ensión de alimen ación ca alogada en el da ashee de la
‘Con olCa d’ como 3,3 𝑉𝑖𝑠𝑜 que en a den o de es os 6 pines aislados. Consul ando
los esquemá icos de la placa, se obse a que es a alimen ación es á co oci cui ada de
áb ica con la ensión gene ada de 3,3 V po la ‘Con olCa d’. Se en iende, po an o,
que si se quie e aisla po comple o las comunicaciones se debe in oduci una ensión
aislada de 3,3 V en es e pin y desolda la esis encia (0 Ω) que co oci cui a es as
ensiones. Es a ensión alimen a á al d i e de las comunicaciones RS232 y al
acoplado digi al de aislamien o de la ‘Con olCa d’ pa a man ene el aislamien o
gal ánico de es a e apa comple a.
82
Fig. 43 Esquemá ico del conec o RS-232 y pines u ilizados
Como se obse a en la Fig. 43, el diseño p opues o no con empla compa i una
alimen ación en e los disposi i os que u ilizan el pue o RS232 po lo que no es
necesa io desolda es a esis encia.
Indagando en la uncionalidad de los pines den o del p o ocolo de pue o se ie
u ilizando un conec o DE-9/DB-9 se puede elimina cie os pines de la comunicación
haciéndolos edundan es pe o que siguen siendo necesa ios pa a el uncionamien o
del p o ocolo. Po ello, los pines 1, 6 y 4 se co oci cui an en e sí (de ección de
e minal con disponibilidad de usa el mismo), además de los pines 7 y 8 (pe ición de
en ío y acep ación del mismo).
Los únicos pines u ilizados son los pines 2, 3, 5, 10 y 11. Siendo los dos p ime os
u ilizados pa a la esc i u a y lec u a de da os y el es o pines asociados a la ie a.
3.5.4 Emulado JTAG
Pa a ija los pines que se u ilizan en el emulado JTAG se consul a á el
esquemá ico desa ollado po Texas Ins umen s pa a la ‘dock-s a ion’ de la
‘Con olCa d’ (13). La ‘dock-s a ion’ es una a je a con el zócalo DIMM100 dónde se
puede conec a la ‘Con olCa d’ conec ando sus pines a una se ie de pue os que
pe mi en al usua io accede a las uncionalidades del DSP de o ma más gené ica.
Las uncionalidades que se pueden encon a son, en e o os, un pue o USB,
Pines ‘ h ough-hole’ pa a los GPIO, pue o JTAG y una en ada de alimen ación de 5V.
Pa a asegu a un co ec o uncionamien o del pue o JTAG en la ‘Con olCa d’ bas a
con eplica la conexión u ilizada en es e esquemá ico al esquemá ico que se
desa olla en es e abajo. La Fig. 44 mues a el esquemá ico del pue o JTAG en la
‘dock-s a ion’ y el esquemá ico implan ado en la “placa mad e” de es e abajo.
83
Fig. 44. Compa a i a de los pines u ilizados en el pue o JTAG ci ados en [13] (izquie da) y los
implemen ados en es e abajo (de echa)
La única di e encia consis e en la adición de una se ie de esis encias de 10 Ω
inse adas pa a limi a la co ien e máxima de en ada al DSP.
3.6 Placa de D i e s
En es a placa se si ua án los d i e s u ilizados pa a dispa a los MOSFET de
po encia. Es os d i e s con e i án los dispa os aislados gene ados po la placa PWM
en señales ap as pa a dispa a los MOSFET. Es os d i e s es án diseñados pa a ene
en cuen a di e sos aspec os no ideales de los MOSFET eales, como la capacidad de
pue a y el iempo de encendido y co e del mismo MOSFET.
El d i e u ilizado pa a es e sis ema es el SKHI 61R, el cual posee 3 salidas pa a
con ola semi-puen es de po encia. Pues o que el sis ema u ilizado en es e p oyec o
posee 5 semi-puen es (1 po cada ase), se equie en dos d i e s pa a con ola odos
los MOSFETs, inu ilizando 1 de las salidas.
Los aspec os más impo an es a diseña de es os d i e s son el iempo mue o
(‘dead ime’) y la salida de los e o es.
El iempo mue o se de ine como el iempo inse ado po el d i e en e la
llegada de señal de apagado de un semiconduc o den o de un semipuen e, y el
encendido del semiconduc o opues o del mismo semipuen e. Pues o que es e
sis ema u iliza una sola señal y su negada pa a ges iona el es ado de cada
semipuen e; en el ins an e que se o dene el encendido de un semiconduc o , la señal
complemen a ía o dena ía el apagado del semiconduc o opues o. Si se conside a que
la du ación del apagado de un semiconduc o no ideal no es ins an ánea, esul a ía
ca as ó ico que el encendido se ealiza a a la misma ez que el apagado; al y como
dic a la lógica diseñada. Po ello, se inse a un iempo mue o en el que la señal de
encendido es igno ada y se o o ga un ma gen de iempo pa a que el semiconduc o en
cues ión se apague.
El con ol del iempo mue o se ealiza a a és de 3 pines del mismo d i e ,
conec ándolos a un pin de la placa, dedicado como ie a auxilia pa a selección de
84
iempo mue o, o dejándolos sin conec a según in e ese un iempo mue o u o o. En
la Tabla 6 se mues a las dis in as con igu aciones de los pines y el iempo mue o
esul ando. El iempo de apagado del MOSFET es unción de la co ien e de la
a a iesa y de la ensión d enado -emiso , pues o que en es e sis ema ambos ac o es
son bas an e educidos, in e esa u iliza el meno iempo mue o posible (1 µs). Un
iempo mue o mayo del necesa io sólo in oduci ía dis o siones en las co ien es que
se aduci ían en a mónicos no deseados.
Tabla 6. Con igu ación de los iempos mue os según la conexión de los pines
El siguien e aspec o a conside a es la compa ibilidad de la salida de los e o es.
Como es e iden e, es e aspec o u o que consul a se p e iamen e a la ealización del
diseño de los e o es (Placa PWM). En el caso de es os d i e s la lógica de los e o es
esponde a la Tabla 7 sacada del da ashee del mismo d i e .
Tabla 7. Lógica de los e o es pa a el d i e SKHI 61R
Cómo se obse a, la lógica de es os e o es es idén ica a la u ilizada en la placa
de e o es. Debido a la limi ación en co ien e mos ada en la abla, se u iliza un pa
Da ling on (ULN2003) como in e az en e los e o es y el op oacoplado dispues o en
la placa de los PWM.
El es o de los pines del d i e se conec an según se mues a en la Fig. 45.

85
Fig. 45 Esquema de conexión del d i e de los MOSFET
Siendo +UZK la ensión posi i a de la ba e ía, -UZK la ensión nega i a de la
misma y U, V y W las dis in as ases del sis ema. La esis encia 𝑅𝐺 es la esis encia de
pue a que limi a la can idad de co ien e en an e en la pue a MOSFET pa a ca ga la
capacidad pa ási a. Un alo demasiado ele ado de es a esis encia puede e asa el
encendido y apagado del disposi i o semiconduc o , mien as que un alo demasiado
in e io puede p o oca una demanda de co ien e excesi a del d i e y daña al
mismo. Exis en nume osas cu as en los da ashee de los ab ican es de disposi i os
semiconduc o es que mues an el esul ado en el iempo de encendido y apagado de
la esis encia de pue a que se u ilice. Como é mino medio se ha op ado po
selecciona un alo de 10 Ω como esis encia de pue a.
Pues o que es a placa se si ua á jun o a los disposi i os de po encia que i án
si uados en un disipado ce ca del mo o , es con enien e adap a el diseño de la
misma pa a que esul e ácilmen e acoplable. El disipado seleccionado es el P3-300 de
Semik on, seleccionado po ene un amaño que pe mi e acopla los 10 disposi i os
semiconduc o es sob e él. Po ello, la placa de d i e end á unos alad os ealizados
alineados con dos ailes pa alelos que el disipado iene de áb ica. Es o pe mi i á
coloca la placa de d i e s mon ada sob e el disipado .
En la Fig. 46 se mues a un esquema del disipado is o la e almen e, dónde el
ab ican e ecomienda una o ma de mon a el conjun o “disipado -semiconduc o -
placa_d i e ”. Los semiconduc o es u ilizados en es e p oyec o ienen el o ma o SOT-
227 po lo que debe án conec a se a lo la go del disipado al y cómo se mues a en la
Fig. 45. Igualmen e, la placa de d i e si se conec a á al y como lo ecomienda el
ab ican e en la Fig. 44.
86
Fig. 46 Esquemá ico sacado del da ashee del disipado P3-300 de Semik on
300
125
Fig. 47 Vis a en plan a del disipado con los MOSFETs conec ados
En la Fig. 47 se mues a una ap oximación de cómo se si ua án los MOSFETs a
lo la go del disipado . Po aspec os cons uc i os, puede que es a disposición se
modi ique en el p oyec o inal (Ve apa ado de Resul ados).
Pa a las en adas de los d i e s se u ilizan los mismos conec o es de 10 pines
u ilizados en placas an e io es. Se u iliza á un conec o pa a los dispa os supe io es, un
conec o pa a los dispa os in e io es y dos conec o es pa a los e o es.
Los d i e s de los MOSFETs ienen una salida de e o , pues o que se u ilizan
dos d i e s se ocupa án dos señales de e o de la placa de co ien e (Nomb ados
como E1 y E2 en el esquemá ico). El es o de e o es se lle a án a o o conec o pa a
que se puedan in oduci o os e o es desde señales ex e nas.
Resumiendo, la placa de d i e s dispone de 4 conec o es de 10 pines:
 Dispa os MOSFETs supe io es
 Dispa os MOSFETs in e io es
 Salida de e o es (5 e o es)
Placa de d i e s
87
 En ada de e o es ex e nos (3 e o es)
El es o de pines p esen es en los conec o es se man end án sin conec a o se
conec a án a las alimen aciones de las placas. En el caso del conec o de los e o es
ex e nos in e esa compa i an o la alimen ación (5 V) como la ie a de la placa de
e o es. Con es o se asegu a ía la compa ibilidad en e los dis in os sis emas al
compa i la misma e e encia de ensión.
En la Fig. 48 se mues a la dis ibución de las señales en e los 4 conec o es.
Fig. 48 Conec o es de 10 pines u ilizados en la placa de d i e s
Las señales D1:D5 son los dispa os de los MOSFET supe io es, las señales
/D1:/D5 son los dispa os de los MOSFET in e io es, las señales E1:E5 son las señales de
e o y GND_I y 5V_I son las señales de ie a y alimen ación espec i amen e.
3.7 Placa de senso es
Es a placa solo con empla la inse ción de los senso es de co ien e y su u ado
pa a ansmi i la señal a la placa base. Pa a ello es necesa io conoce la
documen ación del ansconduc o de co ien e y su pinaje. Las únicas señales que
és e necesi a son las ensiones de alimen ación ±15 V y la señal de medida. Es a úl ima
a oja á un alo en co ien e que pos e io men e se á con e ido en ensión pa a
econoce el alo de la co ien e medida.
88
Fig. 49 Figu a ob enida del da ashee del LA-55P con las medidas del mismo y su pinaje
En la Fig. 49 se obse a el pinaje u ilizado en el ansconduc o , siendo la señal
M la equi alen e a la señal de medida, ‘+’ la señal de +15 V y ‘-‘ la señal de -15V.
Pa a man ene el mismo uso de conec o es que en el es o del sis ema, se
u iliza án dos conec o es de 10 pines, conec ando dos ansconduc o es al sis ema po
cada conec o . La pola idad de las conexiones debe coincidi con la u ilizada en la placa
de los senso es de co ien e.
Como aspec o cons uc i o de es a placa, se han añadido a ios alad os pa a
pode sus en a se en el disipado que se u iliza á en el equipo. La dis ancia ho izon al
en e es os alad os es coinciden e con las guías g abadas en el disipado ( e Fig. 47).
95
4.1.5 Placa Mad e con placas inse adas
4.2 P oblemas encon ados
En es e subapa ado se menciona án los p oblemas encon ados du an e la
e aluación inal del sis ema, cuáles han sido la causa de los mismos y que solución se
ha plan eado pa a esol e lo.
Fig. 54 Fo og a ía de la placa mad e con las placas de Co ien e y Encode , PWM y Tensión
inse adas

96
1. Una pis a del d i e CAN es aba lo an e. Es o se debe a que uno de los pines
del bus CAN (Conc e amen e el pin 𝑅𝑠) inicialmen e iba a es a conec ado a uno de los
pines GPIO del DSP.
Es e pin se u iliza pa a con ola la pendien e de cambio de pulso de salida del mismo
d i e en unción de la esis encia que conec e es e pin a GND. Si se ac i a una señal
de ensión posi i a en es e pin, el d i e en a en modo bajo consumo.
Pues o que, po simplicidad del con ol, se decidió sup imi es e con ol, es e pin
debe ía es a conec ado a ie a. El p oblema su gió cuando, al modi ica los
esquemá icos, se pasó po al o ac ualiza las PCBs, quedando las an iguas pis as
p esen es en la PCB y lo an es.
Pa a soluciona lo, se ha conec ado un hilo de es año que une es e pin con un pin de
ie a gené ico. En la Fig. 53 se mues a la solución adop ada.
Fig. 55 Fo og a ía de la solución adop ada pa a el d i e CAN de la placa de Tensión
2. La ie a de los e o es es aba sepa ada de la ie a aislada de la placa de
PWM. El diseño se plan eó pa a que las señales de e o es en an es al sis ema no
compa ie an la misma ie a que la del p opio sis ema. Es o plan eaba un p oblema a
la ho a de e alua el uncionamien o de la p opagación de e o es pues o que el
ci cui o que llegaba has a el diodo del op oacoplado no se ce aba.
Al u iliza se un pa Da ling on como in e media io en e el elemen o gene ado de la
señal de e o y el ni el de ensión aislado de 5 V, el emiso de es e pa Da ling on
debía es a conec ado a la misma ie a que la uen e de es e ni el de ensión
es ablece, de lo con a io, el pa Da ling on no queda pola izado. Es o esul aba en
que el diodo del op oacoplado no quedaba pola izado al llega la señal de e o .
97
Pa a soluciona lo se ha endido un hilo de es año en e el pin de la ie a de los e o es
y la ie a de la señal de ensión aislada, con i iéndolas en una misma.
3. E o es de soldadu a. Los op oacoplado es de la placa PWM y Co ien e
es aban soldados en el sen ido in e so al que la placa solici a. Es o ambién se debe a
que la e e encia (usualmen e un pun o en la pa e supe io izquie da del in eg ado)
que ma ca el pin nº 1 del in eg ado no e a cla a e gene aba con usión.
Es e p oblema se sol en ó desoldando los in eg ados y colocándolos en el o den
adecuado.
4. Pin OE lo an e. El pin OE es á conec ado di ec amen e con uno de los pines
GPIO del DSP. Si el DSP es á desconec ado o es e pin no es á de e minado hacia algún
alo (ya sea median e pull-up o pull-down del p opio DSP, o o zando un alo de
salida a es e pin), el mismo queda á lo an e a ojando un alo alea o io que pod ía
se in e p e ado como posi i o po el sis ema.
La solución pasa po con igu a el DSP pa a que es o nunca suceda, o conec a una
esis encia de pull-down pa a desac i a las salidas en caso de que no se o dene lo
con a io.
98
Capí ulo 5:
Conclusiones y T abajos
Fu u os
Es e capí ulo p esen a unos úl imos comen a ios ace ca del abajo desa ollado.
Unas conclusiones ace ca del posible uso del mismo e implemen aciones eales y
posibles abajos u u os dónde se cub an de e minados aspec os no sa is echos o
posible mejo as no implemen adas.
99
5. Conclusiones y T abajos u u os
5.1 T abajos Fu u os
El p oceso de diseño y adap ación de un sis ema elec ónico pa a un medio
ehicula eléc ico no es á de inido como único, po lo que siemp e exis i án a ian es
con di e sas mejo as en e unos y o os.
En es e sis ema aquí desa ollado, el espacio a ocupa po las placas e a
limi ado, pe o no un aspec o c í ico. Po lo que la in eg ación se ealizó op imizando
espacio, pe o sin búsquedas in ensi as de al e na i as menos oluminosas. De se
necesa io in eg a es e mismo sis ema, pe o en un espacio más educido, pod ía
con empla se in eg a el DSP en la placa mad e como o o in eg ado más.
El sis ema elec ónico aquí elabo ado es á cen ado en el con ol de del mo o
eléc ico bajo unas especi icaciones que llegan de o ma ajena al sis ema. Una posible
mejo a se ía la de in eg a la misma in e az de usua io en la que se gene an las
ó denes de con ol más básicas (acele a , ena , e c.).
Hay muchos aspec os que, de ediseña se el p oyec o, pod ían inclui una se ie
de aspec os más ac ualizados. Po ejemplo, u iliza conec o es de más ácil colocación
y sepa ación como el RJ-45, o u iliza p o ocolos de comunicación más ac ualizados
que el asociado al conec o RS-232 como el p o ocolo TCP/IP.
O a se ie de mejo as a inclui pod ían ca aloga se en el ámbi o ehicula an es
que el desa ollo del sis ema elec ónico de con ol del mo o . En e ellas se inclui án
la de u iliza un eno egene a i o pa a el ehículo, sis emas de au odiagnós ico, e c.
Debido al ca ác e mul idisciplina de es e abajo, hay de e minados aspec os
que no se han a ado con la p o undidad que pod ían me ece se (Po ejemplo,
análisis é mico del disipado , es udio y mejo as de uido sob e las señales, diseño y
p oducción de una en ol en e e icien e…). Al se un abajo en ocado a los esul ados,
muchos aspec os han quedado sob edimensionados o no se han e ec uado en su
pleni ud. Una u u a di isión del abajo en el ediseño de es e equipo pod ía sol en a
es os aspec os, ya que la ca ga de cada abajo se ía más educida y pod ía en oca se
en el ema que p esen a.
5.2 Conclusión
La in eg ación de los ehículos eléc icos en el me cado ac ual es un p oceso
len o, ya que cues a ence los más de 200 años que la indus ia au omo ilís ica lle a
100
in i iendo en los mo o es é micos. El abajo aquí desa ollado no es más que una
ín ima pa e de las a eas que debe supe a un ehículo de mo o ización pu amen e
eléc ica.
El sis ema desa ollado es un p o o ipo pa a e alua el con ol de un ehículo
eléc ico, po lo que hay muchos aspec os a mejo a y opciones que pod ían esul a
más a ac i as pa a sis emas más en ocados en la p oducción en masa.
Igualmen e, el sis ema aquí desa ollado si e como p ime a base pa a e alua
y es a el uncionamien o de un complejo de es as ca ac e ís icas. Pa iendo de es a
base, es segu o que se puede desa olla un sis ema elec ónico más e icien e y
comple o.
También se espe a que es e abajo pueda se i de u u as e e encias a la
ho a de ealiza sis emas elec ónicos de ca ac e ís icas pa ecidas, con ibuyendo a un
a ance colec i o de la implan ación y desa ollo de ehículos eléc icos.

101
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12/con olSUITE/de elopmen _ki s/~Expe imen e sKi s/Expe imen e sKi -
HWde Pkg/USBDockingS a ion_Schema ic%20%5BR3%5D.pd .
T abajo de Fin de Más e
Más e en Ingenie ía Indus ial
Desa ollo de sis ema elec ónico de con ol
de un a iado de cinco ases pa a ehículo
eléc ico CROSS RIDER
ANEXOS
Au o :
Pablo Mon e o Robina
Tu o :
Fede ico J. Ba e o Ga cía
Ignacio González P ie o
Depa amen o de Ingenie ía Elec ónica
Escuela écnica supe io de Se illa
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2016
B1
Mode
B17
- 15V
B33
GND
B2
R
B18
GND
B34
GND
B3
3,3 V
B19
15 V
B35
GND
B4
GND
B20
GND
B36
GND
B5
D
B21
5 V
B37
-
B6
-
B22
GND
B38
-
B7
GND
B23
-
B39
-
B8
GND
B24
-
B40
-
B9
GND
B25
-
B41
-
B10
GND
B26
-
B42
GND
B11
VO_1
B27
-
B43
-
B12
GND
B28
GND
B44
-
B13
VO_2
B29
GND
B45
-
B14
GND
B30
GND
B46
-
B15
-
B31
GND
B47
-
B16
GND
B32
GND
B48
-
B49
-
B50
-
- ‘Mode’: Pin de ac i ación del modo ‘Loopback’. Man ene a ‘1’ pa a ac i a el
modo au oescucha. Du an e es e modo, las salidas del d i e al BUS se man ienen
en al a impedancia y la en ada de da os al d i e (D) es conec ada con la salida de
da os del d i e (R). Es o pe mi e ealiza au odiagnós icos sin a ec a al BUS de
comunicaciones.
- R: Salida de da os del BUS CAN
- D: En ada de da os al BUS CAN
- VO_1: ‘Vol age Ou pu ’ de la ensión medida en el pue o 1 (P1)
- VO_2: ‘Vol age Ou pu ’ de la ensión medida en el pue o 2 (P2)
2.2 Placa Co ien e y Encode
Tabla 2 Pines Placa de Co ien e y Encode
A1
3.3 V
A17
GND
A33
-
A2
3.3 V
A18
GND
A34
-
A3
3.3 V
A19
-
A35
-
A4
+15 V
A20
-
A36
-
A5
+15 V
A21
-
A37
-
A6
+15 V
A22
-
A38
GND
A7
GND
A23
-
A39
GND
A8
Ou 4
A24
-
A40
GND
A9
GND
A25
GND
A41
GND

A10
Ou 3
A26
GND
A42
GND
A11
GND
A27
GND
A43
-
A12
Ou 2
A28
GND
A44
-
A13
GND
A29
GND
A45
-
A14
Ou 1
A30
GND
A46
-
A15
GND
A31
GND
A47
-
A16
GND
A32
-
A48
- 15 V
A49
-
A50
- 15 V
B1
Enc_Ou 3
B17
-
B33
-
B2
GND
B18
-
B34
-
B3
Enc_Ou 2
B19
-
B35
-
B4
GND
B20
GND
B36
-
B5
Enc_Ou 1
B21
GND
B37
GND
B6
-
B22
GND
B38
GND
B7
-
B23
GND
B39
GND
B8
-
B24
GND
B40
GND
B9
-
B25
GND
B41
GND
B10
GND
B26
GND
B42
GND
B11
GND
B27
-
B43
GND
B12
GND
B28
-
B44
GND
B13
GND
B29
-
B45
GND
B14
-
B30
-
B46
-
B15
-
B31
-
B47
-
B16
-
B32
-
B48
-
B49
-
B50
-
- Ou 4, Ou 3, Ou 2 y Ou 1: Salidas de la e apa de ampli icación de las co ien es
medidas en el sis ema.
- Enc_Ou 3, Enc_Ou 2, Enc_Ou 1: Señales aisladas de los pines del encode .
2.3 Placa PWM
A1
GND
A17
-
A33
-
A2
GND
A18
-
A34
-
A3
GND
A19
-
A35
-
A4
OE
A20
GND
A36
-
A5
GND
A21
GND
A37
-
A6
Check_e o
A22
GND
A38
GND
A7
-
A23
GND
A39
GND
A8
-
A24
3.3 V
A40
GND
A9
-
A25
-
A41
-
A10
-
A26
3.3 V
A42
-
A11
-
A27
-
A43
GND_I
A12
-
A28
-
A44
GND_I
A13
-
A29
-
A45
GND_I
A14
-
A30
GND
A46
GND_I
A15
-
A31
-
A47
GND_I
A16
-
A32
-
A48
GND_I
A49
GND_I
A50
GND_I
B1
GND
B17
-
B33
D5
B2
GND
B18
-
B34
GND
B3
GND
B19
-
B35
D4
B4
GND
B20
-
B36
GND
B5
GND
B21
-
B37
D3
B6
GND
B22
-
B38
GND
B7
E5
B23
-
B39
D2
B8
GND
B24
-
B40
GND
B9
E4
B25
-
B41
D1
B10
-
B26
-
B42
-
B11
E3
B27
-
B43
GND_I
B12
-
B28
-
B44
-
B13
E2
B29
GND
B45
5 V_I
B14
GND
B30
GND
B46
GND_I
B15
E1
B31
GND
B47
5 V_I
B16
-
B32
-
B48
GND_I
B49
GND_I
B50
5 V_I
- OE: ‘Ou pu Enable’ habili a los dispa os. Es a señal se mul iplica jun o a los
e o es y las señales de los dispa os en la e apa aislada de la placa an es de
gene a los dispa os que i án hacia los d i e s. Ni el al o pa a ac i a dispa os
- ‘Check E o ’: Señal que ese ea los e o es almacenados en los bies ables. Ac i o
a ni el bajo. Du an e el uncionamien o man ene siemp e a ni el al o pa a
cap u a los e o es.
- GND_I: Tie a de la e apa aislada.
- 5V_I: Señal de 5 V de la e apa aislada.
- E5, E4, E3, E2 y E1: E o es cap u ados en los bies ables del ci cui o ex e no. Es os
e o es se mues an po LEDS en la placa mad e. Los jumpe s disponibles en la
placa no impiden que es as señales de e o sigan mos ándose, po lo que deben
selecciona se ambién po so wa e. Los jumpe s impiden que los e o es no
seleccionados no mul ipliquen a los dispa os en la e apa aislada.
- D5, D4, D3, D2 y D1: Señales de los dispa os gene adas desde el DSP. Es as señales
es án desdobladas en las salidas con sus negados, po lo que un ‘1’ en es a señal
‘Dx’ se aduce en un ‘1’ en la señal ‘/Dx’ dibujada en la placa y un ‘0’ en la señal
‘Dx’ dibujada ambién en la placa.
2.4 DSP
A1
3,3 V_Iso
A17
VO_2
A33
D
A2
RX_Iso
A18
OE
A34
E3
A3
-
A19
-
A35
E2
A4
-
A20
Mode
A36
E1
A5
-
A21
-
A37
GND
A6
GND_I
A22
-
A38
DI
A7
-
A23
D5
A39
SCLK
A8
GND
A24
D4
A40
EQEPA-1
A9
-
A25
-
A41
-
A10
GND
A26
D3
A42
-
A11
-
A27
GND
A43
-
A12
GND
A28
D2
A44
-
A13
-
A29
D1
A45
-
A14
GND
A30
Check_e o
A46
-
A15
VO_1
A31
E5
A47
GND
A16
-
A32
E4
A48
TCK
A49
TMS
A50
EMU1
B1
3.3 V_Iso
B17
-
B33
R
B2
TX_Iso
B18
-
B34
-
B3
-
B19
-
B35
-
B4
-
B20
-
B36
-
B5
-
B21
-
B37
5 V
B6
GND_I
B22
-
B38
DO
B7
Ou 4
B23
-
B39
CS
B8
GND
B24
-
B40
EQUEPB-1
B9
Ou 3
B25
-
B41
EQUEPI-1
B10
GND
B26
-
B42
5 V
B11
Ou 2
B27
5 V
B43
-
B12
GND
B28
-
B44
-
B13
Ou 1
B29
-
B45
-
B14
GND
B30
-
B46
5 V
B15
-
B31
-
B47
TDI
B16
-
B32
5 V
B48
TDO
B49
TRSTn
B50
EMU0
- 3.3 V_Iso: Tensión de 3,3 V aislada gene ada po la ‘CONTROL CARD’ pa a el
pue o RS-232.
- GND_I: Tie a aislada gene ada po la ‘CONTROL CARD’ pa a el pue o RS-232.
- RX_ISO: Te minal de lec u a del pue o RS-232 de la Con ol Ca d
- TX_Iso: Te minal de esc i u a del pue o RS-232 de la Con ol Ca d.
- SCLK: Reloj pa a comunicaciones (SPI) po pue o se ie con la a je a SD
- DO: Da os de salida de la a je a SD (MISO)
- DI: Da os de en ada de la a je a SD. (MOSI)
- CS: ‘Chip Selec ’ de la a je a SD.
- TMS, TDI, TRSTn, EMU1, EMU0 y TCK: Pines asociados al pue o JTAG. Ve
especi icaciones en el da ashee de la ‘CONTROL CARD’.
- EQEPA-1: Te minal de una de las señales del encode conec ada al pin dedicado
del pe i é ico desenc ip ado de encode del mismo nomb e. Es a señal es á
conec ada con la señal ‘Enc_Ou 3’ de la placa de Co ien e y Encode .
- EQEPB-1: Te minal de una de las señales del encode conec ada al pin dedicado
del pe i é ico desenc ip ado de encode del mismo nomb e. Es a señal es á
conec ada con la señal ‘Enc_Ou 2’ de la placa de Co ien e y Encode .
- EQEPI-1: Te minal de una de las señales del encode conec ada al pin dedicado del
pe i é ico desenc ip ado de encode del mismo nomb e. Es a señal es á
conec ada con la señal ‘Enc_Ou 1’ de la placa de Co ien e y Encode .
3. Conec o es de salida/en ada de cada placa
En es e capí ulo se mos a án las uncionalidades de cada conec o si uado en
cada placa. Todos es os pines es án si uados en la pa e supe io de cada placa.
3.1 Placa Tensión
- Conec o P1: Conec o con en ada a o nillable dónde se in oducen
el e minal posi i o y nega i o de la ensión a medi . La salida de la
ensión medida se emi e po la señal VO_1.
- Conec o P2: Conec o con en ada a o nillable dónde se in oducen
el e minal posi i o y nega i o de la ensión a medi . La salida de la
ensión medida se emi e po la señal VO_2.
- Conec o P3: Te minal de dos pines dónde se conec a los dos cables
del Bus CAN (CANH y CANL). Ve especi icaciones del in eg ado
SN65HVD233.
3.2 Placa PWM
- Conec o con ‘/D1’, ‘/D2’, ‘/D3’, ‘/D4’, ‘/D5’: Es e conec o emi e
las señales de los dispa os gene adas desde el DSP. Mi ando desde
la ca a dónde se obse a la se ig a ía de los dispa os, los dos
p ime os pines a la izquie da son ‘5V_I’ y ‘GND_I’ espec i amen e.
Los siguien es pines casan con lo expues o en la se ig a ía.
- Conec o con ‘D1’, ‘D2’, ‘D3’, ‘D4’ y ‘D5’: Es e conec o emi e las
señales negadas de los dispa os gene adas desde el DSP. Mi ando
desde la ca a dónde se obse a la se ig a ía de los dispa os, los dos
p ime os pines a la izquie da son ‘5V_I’ y ‘GND_I’ espec i amen e.
Los siguien es pines casan con lo expues o en la se ig a ía.
- Conec o con ‘E1’, ‘E2’, ‘E3’, ‘E4’ y ‘E5’: Es e conec o ecibe las
señales de los e o es desde un ci cui o ex e no. Mi ando desde la
ca a dónde se obse a la se ig a ía de los e o es, el e ce pin desde
la izquie da co esponde con la ie a de la e apa aislada. El es o de
pines casan con lo expues o en la se ig a ía.
3.3 Placa Co ien e
- Conec o encode : El conec o del encode se a a del único
conec o de colo na anja en la placa de Co ien e con 8 e minales
a o nillables. Solo se u ilizan los 6 p ime os con ando desde la
esquina de la placa más ce cana al e minal. Las señales del encode
se ac i an de o ma pa eada, eso quie e deci que es necesa io
dispone de 5 V en un e minal y su ie a asociada en el e minal
consecu i o. Si la ie a de las 3 señales del encode es común, bas a
con co oci cui a los e minales 2,4 y 6 y conec a los a la ie a.
- Conec o es de co ien e: Los conec o es de los senso es de
co ien e son los conec o es es an es en la placa de co ien e y
encode . Se a an de dos conec o es de 10 e minales cada uno que
siguen las indicaciones expues as en la se ig a ía de la ca a en la que
es án colocados. A es a se añaden dos pun os de ie a
co espondien es a los e minales in e medios. De es a o ma,

con ando desde el ex emo opues o al conec o del encode , las
señales co esponde ían de la siguien e o ma:
 1: - 15V
 2: MED3
 3: +15V
 5: GND
 6: GND
 8: -15 V
 9: MED4
 10: +15 V
Repi iendo el mismo o den pa a el conec o homólogo de la misma
placa pe o con las medidas 1 y 2.
3.4 Placa D i e s
- Conec o P1: Es el conec o que apa ece en la placa de d i e s más
ce cano al con e ido DC/DC. En es e conec o en an las señales
de los dispa os que ac i a án los Mos e s supe io es del con e ido .
Las ca ac e ís icas de cada pin es án desc i as en la se ig a ía en la
misma placa además de los 5 V aislados del p ime pin (más ce cano
al DC/DC) que se asmi en al conec o P20 pa a ci cui os ex e nos.
- Conec o P2: Es el e ce conec o de la placa de d i e s. Es el
homólogo al conec o P2 con las excepciones de que las señales de
dispa o co esponden a la ac i ación de los Mos e s in e io es del
con e ido y de que el p ime pin es á lo an e en es a placa.
- Conec o P18: Es el conec o que ansmi e los e o es desde la
placa de d i e s has a el sis ema dónde se almacenan los e o es y
ansmi en al DSP. Las ca ac e ís icas de los pines es án expues as
en la se ig a ía de la misma placa. Los e o es ‘E1_ou pu ’ y
‘E2_ou pu ’ quedan ese ados pa a e o es gene ados po los
mismos d i e s. El es o de e o es son p o enien es de un ci cui o
ex e no conec ado al conec o P20. Es as señales de e o es se
ansmi en a la pue a de un pa Da ling on po lo que la co ien e
consumida po ellos es casi nula.
Conec o P20: Es e conec o es el más alejado del con e ido
DC/DC de la placa de d i e s. En el sis ema desa ollado en es e
abajo es e conec o pueda queda edundan e. La idea de es e
conec o es pe mi i la ecepción de los 3 e o es sob an es po un
ci cui o ajeno a la e apa de D i e s. Las ca ac e ís icas de los pines
es án expues as en la misma se ig a ía de la placa habiendo
habili ado 2 pines de 5 V y 2 pines de ie a aisladas de la e apa
lógica del sis ema (Limi ado a 200 mA). Las señales de los e o es
deben se ac i as a ni el bajo y con ni eles de ensión comp endidos
en e 5 y 15 V.
3.5 Placa Senso es
- Conec o P1 y P2: Son los conec o es que posee la placa de
d i e s. Vis o desde la ca a supe io (la ca a dónde es án los
componen es y no iene cob e) las ca ac e ís icas de los 10
pines de cada conec o siguen es e o den.
 1: +15 V
 2: Med1
 3: -15 V
 5 y 6: GND (Conec ado al plano de masa de la PCB; no
iene ele ancia con los senso es)
 8: +15 V
 9: Med2
 10: -15 V
Siendo el o den de izquie da a de echa. Las ca ac e ís icas de es os
pines son ex apolables al segundo conec o con la di e encia de que
los pines de ‘Med1’ y ‘Med2’ co esponde án a los senso es
es an es.
Cabe menciona que las señales ‘Medx’ son señales en co ien e
emi idas po el senso que equie en de un ci cui o de adap ación
(Ve capí ulos 2.5.2, 3.2.2 y 3.2.3 de la memo ia del abajo).
Texas Ins umen s – C2000
F28335 con olCARD [R1.0] DIMM100 pin-ou
V33D-ISO 1 51 V33D-ISO
ISO-RX-RS232 2 52 ISO-TX-RS232
3 53
4 54
5 55
GND_ISO 6 56 GND_ISO
ADCIN-B0 7 57 ADCIN-A0
GND 8 58 GND
ADCIN-B1 9 59 ADCIN-A1
GND 10 60 GND
ADCIN-B2 11 61 ADCIN-A2
GND 12 62 GND
ADCIN-B3 13 63 ADCIN-A3
GND 14 64 GND
ADCIN-B4 15 65 ADCIN-A4
16 66
ADCIN-B5 17 67 ADCIN-A5
GPIO-58 / MCLKR-A / XD21 (EMIF) 18 68
GPIO-59 / MFSR-A / XD20 (EMIF)
ADCIN-B6 19 69 ADCIN-A6
GPIO-60 / MCLKR-B / XD19 (EMIF) 20 70
GPIO-61 / MFSR-B / XD18 (EMIF)
ADCIN-B7 21 71 ADCIN-A7
GPIO-62 / SCIRX-C / XD17 (EMIF) 22 72
GPIO-63 / SCITX-C / XD16 (EMIF)
GPIO-00 / EPWM-1A 23 73
GPIO-01 / EPWM-1B / MFSR-B
GPIO-02 / EPWM-2A 24 74
GPIO-03 / EPWM-2B / MCLKR-B
GPIO-04 / EPWM-3A 25 75
GPIO-05 / EPWM-3B / MFSR-A / ECAP-1
GPIO-06 / EPWM-4A / SYNCI / SYNCO 26 76
GPIO-07 / EPWM-4B / MCLKR-A / ECAP-2
GND 27 77 +5V in
GPIO-08 / EPWM-5A / CANTX-B / ADCSOC-A 28 78
GPIO-09 / EPWM-5B / SCITX-B / ECAP-3
GPIO-10 / EPWM-6A / CANRX-B / ADCSOC-B 29 79
GPIO-11 / EPWM-6B / SCIRX-B / ECAP-4
GPIO-48 / ECAP5 / XD31 (EMIF) 30 80
GPIO-49 / ECAP6 / XD30 (EMIF)
GPIO-84 31 81
GPIO-85
GPIO-86 32 82 +5V in
GPIO-12 / TZ-1 / CANTX-B / MDX-B 33 83
GPIO-13 / TZ-2 / CANRX-B / MDR-B
GPIO-15 / TZ-4 / SCIRX-B / MFSX-B 34 84
GPIO-14 / TZ-3 / SCITX-B / MCLKX-B
GPIO-24 / ECAP-1 / EQEPA-2 / MDX-B 35 85
GPIO-25 / ECAP-2 / EQEPB-2 / MDR-B
GPIO-26 / ECAP-3 / EQEPI-2 / MCLKX-B 36 86
GPIO-27 / ECAP-4 / EQEPS-2 / MFSX-B
GND 37 87 +5V in
GPIO-16 / SPISIMO-A / CANTX-B / TZ-5 38 88
GPIO-17 / SPISOMI-A / CANRX-B / TZ-6
GPIO-18 / SPICLK-A / SCITX-B 39 89
GPIO-19 / SPISTE-A / SCIRX-B
GPIO-20 / EQEPA-1 / MDX-A / CANTX-B 40 90
GPIO-21 / EQEPB-1 / MDR-A / CANRX-B
GPIO-22 / EQEPS-1 / MCLKX-A / SCITX-B 41 91
GPIO-23 / EQEPI-1 / MFSX-A / SCIRX-B
GPIO-87 42 92 +5V in
GPIO-28 / SCIRX-A / Res / TZ5 43 93
GPIO-29 / SCITX-A / Res / TZ6
GPIO-30 / CANRX-A 44 94
GPIO-31 / CANTX-A
GPIO-32 / I2CSDA / SYNCI / ADCSOCA 45 95
GPIO-33 / I2CSCL / SYNCO / ADCSOCB
GPIO-34 / ECAP1 / XREADY (EMIF) 46 96 +5V in
GND 47 97
TDI
TCK 48 98
TDO
TMS 49 99
TRSTn
EMU1 50 100
EMU0