Análisis del nuevo contador de Endesa (Parte II)

En al entrada anterior, analizamos la parte mecánica del contador y su apertura. En esta parte me centraré en una visión general y breve a todos los componentes que monta, y los principios de funcionamiento que rigen este tipo de contadores.

Las imágenes desde las cuales haremos el análisis son las siguientes:

Vista de la placa y de los componentes

Vista de la placa y de los componentes

Vista de los componentes. Click para ampliar.

Vista de los componentes. Click para ampliar.

El fabricante nos proporciona muy pocos datos relativos a las especificaciones en el manual de usuario. Entre ellas son de interés:

Metrológicas

  • Tensión de referencia: 230V
  • Intensidad máxima: 60 A (13.8 KW @ 230V)
  • Intensidad mínima: 250mA (57.5W @ 230V)

Medidas Instantáneas:

  • Energía Activa (Absorbida /Cedida) y Reactiva
  • Potencia Activa y Reactiva
  • Coseno Φ
  • Tensión y corriente eficaz

El principio de funcionamiento de este tipo de contadores es muy sencillo. La corriente entrante en el contador se hace pasar por una resistencia de elevada potencia y resistencia baja. Esta resistencia es la resistencia de muestra. En cada uno de los extremos de la resistencia de muestra se conecta un cable que entra en el circuito (en la imagen, par de cables rojo y negro). Por la ley de Ohm, siendo el valor de la resistencia constante, la caída de tensión en la resistencia de muestra es  directamente proporcional a la intensidad circulante por la misma. Siendo la intensidad proporcional a la potencia instantánea demandada por la carga conectada, integrando en el tiempo la potencia instantánea se obtiene la energía consumida.

En general el diseño de la placa parece aceptable. Se trata de una pcb de doble cara que integra todo el contador, desde la alimentación, pasando por la medida hasta la comunicación. La calidad de la soldadura es buena y los componentes están bien colocados.

A continuación, dividimos la placa en varias secciones aproximadas.

Partes del circuito.

Partes del circuito.

En rojo la fuente de alimentación. Se trata de una fuente de alimentación conmutada. El circuito de protección de entrada es correcto. Varios NTC, un MOV y un filtro antes del rectificador de onda completa. Por desgracia los dos condensadores de filtro de entrada, son de la marca SAMXON y su calidad deja bastante que desear. Esta fuente de alimentación estará conectada de forma permanente a la red, con lo que un fallo, es crítico. Por suerte, y como trataremos más adelante, el fallo del contador no interrumpe el suministro eléctrico. Observamos el transformador, un transistor de conmutación y los condensadores de filtro de salida, estos de calidad media, así como un inductor. El integrado, en realidad es un transistor de conmutación. Sin haber tomado ninguna medida, en el silkscreen se ven test points con varias tensiones, entre ellas 1.8V, 5V y 13V.

En negro, delimitado de forma aproximada, el circuito de medida. La parte mas interesante es la que recibe la entrada de la resistencia de medida. Es el par de cables rojo – negro de la fotografía. Muy próximo a este par de cables esta lo que en un principio pensé que sería un conversor analógico – digital. Sin embargo, tras buscar el datasheet, se trata de una solución que integra el ADC y todo lo necesario para realizar la medida. Se trata del genuino ADE7753. Incorpora los amplificadores necesarios para conectar directamente el shunt, como es el caso, todo el procesado de señal, y varias interfaces SPI para lectura de datos y para calibración.

En la parte azul hay un integrado de 8 pines. Se trata de un doble MOSFET de canal N. De alli salen tres cables (verde, naranja, gris) hacia el relé de corte. No se trata de un relé habitual, sino de un latching relay, esto es, un relé con dos posiciones ambas estables. De forma que, aun sin alimentación, el relé conservará la posición previamente seleccionada. El relé en cuestión, integra los bornes y la resistencia de medida. En un principio parecía una pieza manufacturada a partir de otras. No obstante buscando la referencia, se trata de un componente como tal. Es el HFE28-280. Según la nomenclatura indicada por el fabricante, su capacidad es de 100A y la resistencia de muestra es de 280µΩ. La bobina trabaja a 12V. En la entrada anterior hay imágenes. Es decir, sin introducir factores de corrección algunos, la tensión en el shunt cae 280µV por Amperio que circula, es decir, cada 230W de potencia instantánea demandados, siendo 7µV a 250mA (el mínimo según especificaciones del fabricante), y 16.8mV a 60A (el máximo según especificaciones del fabricante).

En blanco está delimitada lo que sería la unidad de control. El contador incorpora un microcontrolador ARM STM32F101RCT6. Se trata de un microcontrolador de 32 bits con 512Kb de flash y 48kb de RAM. A destacar, dispone de un puerto para display, y de varios modos de funcionamiento en bajo consumo, así como un RTC y la gestión directa de una pila. El cristal instalado es de 8Mhz. Y mas interesante aun es la memoria EEPROM 24512 instalada muy próxima al microcontrolador, cuyo contenido es fácilmente legible.

Finalmente en verde, el controlador de las comunicaciones PLC. Se trata del ST7581. Resulta como mínimo curioso que al buscar en google la referencia, la segunda entrada sea una presentación de Endesa haciendo publicidad de su contador. Se trata de un SoC con un sorprendente nivel de integración, haciendo las funciones de módem PLC, pero también toda la adaptación previa para que no requiera de mas circuitos integrados para funcionar. De hecho, vemos que el módem PLC va conectado directamente a varios pasivos de adaptación, un transformador de aislamiento para finalmente llegar a una red de acoplo y conectar a través de los cables de alimentación de la fuente conmutada. Se comunica con el microcontrolador principal vía UART. El último integrado es una memoria flash serie de 1Mbit.

A modo de conclusión, el contador parece bien diseñado. En las próximas entradas realizaré varias pruebas con el mismo para verificar su funcionamiento, precisión, etc.