Los ingenieros eléctricos y de computación de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una nueva técnica para crear sistemas integrados menos costosos y de baja potencia: los dispositivos informáticos que se encuentran en todo, desde termostatos hasta automóviles.
"Utilizando nuestras técnicas, hemos podido crear sistemas prototipo con convertidores de potencia que tienen una combinación de eficiencia energética y bajo costo que, por lo que hemos podido ver, no tiene comparación con nada actualmente en funcionamientoel mercado ", dice Alex Dean, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en NC State.
Para comprender la nueva técnica, debe conocer un poco acerca de los sistemas integrados. Por un lado, requieren una fuente de energía. Y para maximizar la eficiencia energética, el sistema debe estar diseñado para funcionar con el mejor voltaje posible. A veces esto significausando el voltaje más bajo necesario para hacer funcionar el circuito. En otras ocasiones, esto significa aumentar el voltaje ligeramente para que el sistema pueda terminar el trabajo antes y luego pasar al modo de reposo de baja potencia.
Pero las baterías usualmente producen energía a un nivel de voltaje que hace que el sistema funcione de manera ineficiente; a menudo, la batería emite más voltaje del que necesita el sistema. Para cambiar el voltaje al mejor nivel, un sistema puede usar un convertidor de energía.
Los convertidores de potencia más eficientes, llamados convertidores de potencia en modo conmutado, tienen dos partes. Una parte consiste en hardware de "etapa de potencia" que controla el almacenamiento y el flujo de potencia. La otra parte es un "controlador" que permite que el convertidorresponder a cambios en la demanda de energía del sistema integrado o cambios en el flujo de energía de la fuente de energía, o incluso proporcionar protección contra temperaturas extremas y fallas del dispositivo. El controlador puede ser un circuito diseñado específicamente o un procesador separado que ejecuta un control especialsoftware.
Tener un convertidor de potencia dinámico y sensible también es importante porque permite que el sistema embebido sea más eficiente energéticamente; el sistema puede irse a dormir, luego operar rápidamente, luego apagarse de nuevo, y el convertidor de potencia puede ajustar el flujo depoder en consecuencia.
"Nuestro avance es que hemos utilizado principios de diseño de sistemas en tiempo real e incorporado el software del convertidor de potencia en el procesador del sistema integrado. Estos métodos garantizan que el otro software en el procesador del sistema integrado no alterará el correcto funcionamiento del convertidor de potencia", Explica Dean." Esto elimina la necesidad de un procesador o circuito controlador separado en el convertidor de potencia, lo que a su vez hace que el sistema general sea menos costoso ".
También hace que el sistema integrado sea más pequeño, más ligero y más flexible.
"Debido a que el software del sistema embebido y el software del convertidor de potencia están utilizando un procesador compartido en un solo chip, les da a los desarrolladores un control más coordinado sobre las funciones del sistema y las demandas relacionadas que esas funciones pueden hacer en el convertidor de potencia", dice Dean.
Los investigadores hicieron dos prototipos de convertidores utilizando la nueva técnica y los compararon con docenas de otros convertidores de potencia compatibles en el mercado, y descubrieron que ninguno de los otros convertidores podría igualar la combinación de prototipos de bajo costo y alta eficiencia.
"Nuestro segundo mejor prototipo tenía un 90 por ciento de eficiencia: menos del 10 por ciento de la energía se desperdiciaba", dice Dean. "Nuestro mejor prototipo tenía un 95 por ciento de eficiencia. Y ambos tenían costos de componentes de aproximadamente 50 centavos. Todos los demás convertidoreso costaban más, eran menos eficientes o ambos "
El documento, "Uso de métodos de diseño de sistemas en tiempo real para integrar el software de control SMPS con el software de aplicación", se presentará en el IEEE Energy Conversion Congress & Expo, que se realizará del 20 al 24 de septiembre en Montreal, Canadá.El artículo es Avik Juneja, un ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Dean que ahora trabaja en Intel. El otro coautor es Subhashish Bhattacharya, profesor titular de ABB de Ingeniería Eléctrica e Informática en NC State. El trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Cienciassubvención 1116850.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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