Las arquitecturas de potencia avanzadas se “mudan” a la industria

El movimiento de una tecnología desde un mercado a otro es algo habitual. La informática y el procesamiento industriales, hasta ahora basados en sistemas seguros y cerrados, están aprovechando las posibilidades de comunicaciones a través de Internet y apostando por el denominado “Internet de las Cosas”.
Esto conlleva un buen número de amenazas de seguridad, pero ese tema lo dejamos para otro día. En este artículo nos centraremos en otra tecnología asociada a la tendencia de mayor potencia informática y complejidad que se está moviendo desde el campo de las comunicaciones a entornos industriales. Se trata de las arquitecturas de potencia avanzadas.

La demanda de reducción de consumo energético y suministro del menor nivel de tensión por parte de los últimos semiconductores en llegar al mercado ha fomentado el uso de arquitecturas de potencia más sofisticadas y avanzadas. Durante los últimos años, la arquitectura de potencia distribuida (Distributed Power Architecture – DPA) ha sido empleada mayoritariamente en entornos industriales como alternativa a fuentes de alimentación centralizadas.
Mientras que el enfoque de potencia centralizada convierte esencialmente corriente alterna (AC) en las bajas tensiones requeridas a nivel tarjeta, DPA ayuda a disminuir las pérdidas que se presentan con la baja tensión que rodea al sistema, aunque a un precio considerable.

Por ejemplo, una solución “clásica” podría componerse de diversos convertidores DC/DC aislados en cada placa, que convierten el típico bus de 48 VDC usado en sistemas de telecomunicaciones con tensiones de 5, 3.3 y 2.5 V e incluso menos para responder a las necesidades de la circuitería de carga de la tarjeta. Pero el coste aumenta en términos del número de convertidores DC/DC requeridos para gestionar aislamiento, regulación, filtrado o protección. Los convertidores DC/DC aislados suelen ser más caros y menos eficientes que los modelos “no aislados”.
DPA está especialmente indicada en aplicaciones de pequeña escala que trabajan con el bus de 24 VDC, muy popular en entornos industriales. Esta arquitectura también ha sido la preferida en telecomunicaciones (y comunicaciones en general) durante décadas. Sin embargo, el sector no ha “permanecido quieto” y desde hace unos diez años ha evolucionado con la introducción y la estandarización de la Arquitectura de Bus Intermedio (Intermediate Bus Architecture – IBA).

En el campo de las telecomunicaciones, existen “conflictos” de eficiencia en el enfoque de DPA con su conversión de -48 V a niveles lógicos de 3.3 VDC o inferiores en un solo paso. IBA, que pretende reducir los costes, como mencionaba anteriormente, divide la conversión de potencia en múltiples fases con la finalidad de ofrecer una combinación óptima de tensión / corriente.
IBA ahora “domina” el sector de las telecomunicaciones y resulta idónea en sistemas de pequeña escala y alta fiabilidad, como instrumentación de control de procesos industriales. Sólo requiere un convertidor de bus aislado para trabajar con múltiples reguladores DC/DC de punto de carga (POL) de bajo coste, no aislados y eficientes.

En muchos sistemas, ha provocado ahorros adicionales, ya que IBA usa Convertidores de Bus Intermedio (Intermediate Bus Converters – IBC) para convertir la línea de -48 VDC tradicional en 12 VDC típicamente estáticos, que entonces alimentan a un buen número de reguladores POL DC/DC no aislados que, a su vez, suministran las tensiones de carga final a niveles de alimentación lógica de IC. En algunas ocasiones, es posible emplear varios reguladores POL para alimentar un dispositivo semiconductor, como podría ser un procesador quad-core.

Una evolución todavía más reciente en la IBA es Dynamic Bus Voltage. Esta arquitectura aporta la capacidad de ajustar de forma dinámica el formato de potencia y el bus intermedio de 12 VDC fijado previamente para cumplir las condiciones de carga. La nueva tecnología hace uso de un hardware optimizado en forma de convertidores de bus avanzados junto a control de potencia digital. Utilizando el bus de gestión estándar de la industria, denominado PMBus, el control de potencia digital emplea técnicas avanzadas a la hora de permitir la gestión y la monitorización de funciones en la aplicación.

Un ejemplo de dispositivos para estas aplicaciones se encuentra en la serie Ericsson BMR46X de módulos POL digitales 3E. Esta gama tiene salidas de corriente de 6, 12 y 18 A y ofrece Compensación de Bucle Dinámico (Dynamic Loop Compensation – DLC) y algoritmos de optimización energética para ayudar a reducir el consumo.
Existe una gama extremadamente diversificada de aplicaciones industriales, desde algunas muy pequeñas y específicas a otras que requieren capacidades informáticas en tareas de control de proceso. A pesar de que IBA y sus versiones avanzadas se utilizan habitualmente (con productos tanto analógicos como digitales), una solución única no vale para todo y es difícil responder completamente a los requisitos de cada proyecto.
Así que los diseñadores de sistemas de potencia se enfrentan al reto de seleccionar la arquitectura más eficiente y aquí es donde un distribuidor especializado como Avnet Abacus resulta de gran ayuda.
En Avnet Abacus contamos con el know-how necesario y un amplio catálogo de productos de conversión DC/DC, incluyendo reguladores POL y convertidores de bus intermedio (controlados digitalmente) de los principales fabricantes de fuentes de alimentación, como Ericsson Power Modules, Murata Power Solutions, Delta, Bel Power Solutions y GE Critical, entre otros.
Si está interesado en obtener mayor información de arquitecturas de potencia avanzadas, contacte con su especialista local o visite el apartado “Pregunte al Experto” del blog de Avnet Abacus.