L. Salazar (Ph.D.) Electronica de Potencia 1 06/10/2014 II Parte Programa CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
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L. Salazar (Ph.D.)Electronica de Potencia 106/10/2014
II Parte Programa
CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
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Utilizan Transistores como elemento conmutador:BJT, IGBT, MOSFET
CC-CC, chopper
CC-CA, inversores
CA-CC, rectificadores conmutadosCA-CA, convertidores de frecuencia
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CONVERTIDORES DC DC
SIN TRANSFORMADOR
CON TRANSFORMADOR
SOLO 1 SW
MAS DE 1 SW
UN CUADRANTE DE OPERACIÓN
MAS DE UN CUADRANTE DE OPERACIÓN
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sV
CE V
L R
L
i
0V
sV
L R 0
V
Regulador Lineal Basico
Un regulador de voltaje lineal emplea transistores que se operanen región activa para regular el voltaje de salida
La operación en región activa se puede representar comouna resistencia variable que se cambia para regular el voltaje
Como resultado la eficiencia de conversión es baja debido aLa disipación de potencia en la resistencia variable
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Regulador lineal vs conmutado
Regulador lineal: Operación continua
Regulador conmutado: Operación conmutada
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Convertidor CC-CC Conmutado
sV
L R
0V
L
R 0V
sV
Cerrado Abierto
0DT T
S V
0v
T D)1(
t
Convertidor CC-CC
basico conmutado Equivalente de
Conmutacion
Tension de Salida
Perdida de potencia nula Alta eficiencia de conversión!
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PRINCIPIO DE CONVERSIÓN
La componente continua se controla ajustando el ciclo de trabajo D, que es lafracción del periodo en la que el interruptor esta cerrado.
f t T
t t t
t D conduccionconduccion
corteconduccion
conduccion
T DT
S S DV dt V T
dt t vT
V 0 0
00 1)(1
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ESTRUCTURA BÁSICA, CELDA PWM
+ +
+
- -
-Vac
A C
P
Vcp
Ia
Ip
Ic
Vap
Puerta de Corriente
Puerta
de
Voltaje
Puerta
de
Corriente
Tres puertas de conexión seis posibles convertidores CC CC básicos
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TIPOS BÁSICOS DE CONVERTIDORES CC-CC
Buck
Boost Sepic
Buck - Boost
Cuk
Zeta
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Suposiciones para el análisis El circuito opera en régimen permanente
La corriente en la bobina es permanente (siempre
positiva) El valor del condensador es muy grande y la tensión de
salida se mantiene constante para una entrada dada
El periodo de conmutación es T;el interruptor estará
cerrado un tiempo DT, y abierto el resto del tiempo (1-D)T
ANÁLISIS DE CONVERTIDORES CC-CC
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S V
Lv
X v
Li C i Ri
0V
CONVERTIDOR CC-CC REDUCTOR (BUCK)
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Circuito equivalente cuando elinterruptor esta cerrado S
V
S x V v
0V V v
S L
0V
S V
0 x
v
0V v
L
0V
CONVERTIDOR REDUCTOR
Circuito equivalente cuando elinterruptor esta abierto
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Formas de onda
CONVERTIDOR REDUCTOR
DT T
max I
min I
R I L
i 0
V V S
0V
t
A1
A2Corriente en la Bobina
Voltaje en la Bobina Li
C i
t
Corriente en el condensador
A1=A2 en estado estable
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La corriente de la bobina es periódica
)()( t iT t i L L
T t
t
L L d v
T V 0)(
1
La tensión media en la bobina es cero
SUPOSICIONES PARA SIMPLIFICAR EL ANÁLISIS
T t
t
cC d i
T I 0)(
1
La corriente media en el condensador es cero
).......(
).........(
0
0
real perdidas P P
ideal P P
S
S
La potencia entregada por la fuente es igual a la suministrada a la carga,cuando los componentes no son ideales la fuente produce perdidas
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Análisis con el interruptor cerrado
DT L
V V i
L
V V
DT
i
t
i
dt
di
L
V V
dt
di
dt
di LV V v
S cerrado L
S L L L
S L
L
S L
)()( 0
0
0
0
CONVERTIDOR REDUCTOR
S V
S x V v
0V V v
S L
0V
DT T
max I
min I
R I L
i
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Análisis con el interruptor abierto
)1()(
)1(
0
0
0
0
T D L
V i
L
V
T D
i
t
i
L
V
dt
di
dt
di LV v
abierto L
L L
L
L
L
CONVERTIDOR REDUCTOR
DT T
max I
min I R
I Li
S
V
0
xv
0V v
L
0V
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La operación en régimen permanente significa que lacorriente de la bobina es la misma al final y al principiode cada ciclo de conmutación.
DV V
T D L
V DT
L
V V
ii
S
S
abierto Lcerrado L
0
0
00
:VDespejando
0)1(
anterioresecuacioneslasUtilizando
0)()(
CONVERTIDOR REDUCTOR
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La corriente media en la bobina debe ser igual ala corriente media en la carga, porque la
corriente media en el condensador debe sernula en régimen permanente
R
V
I I R L
0
CONVERTIDOR REDUCTOR
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Calculo de corriente máxima y mínima en la bobina
Lf D
RV T D
LV
RV
i I I L L
2)1(1)1(
21
2
000
max
CONVERTIDOR REDUCTOR
Lf
D
RV T D
L
V
R
V I
i I I L L
2
)1(1)1(2
1
2
000
min
min
f es la frecuencia de conmutación
DT T
max I
min I
R I L
i
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Rizado del voltaje de salida
C
QV
V C Q
CV Q
iii R LC
0
0
0
capacidadde
definicionlaAplicando
CONVERTIDOR REDUCTOR
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C i
t
Q
2
T
2
Li
0V
0v
0V
t
CONVERTIDOR REDUCTOR
C
iT
C
QV
iT iT Q
L
L L
8
obtenemosqueloCon
8222
1
0
La variación de la carga, es el área del triangulo
situado sobre el eje del tiempo, en la fig
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Sustituyendo tenemos:
salidadercondensadoelen p- prizadodevoltajeelesVDonde
8
)1()1(
8
0
2
000
LCf
DV D
Lf
V
C
T V
CONVERTIDOR REDUCTOR
Li
0V
0v
0V
t
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Expresando el rizado en el voltaje del condensador como una fracción de latensión de salida:
2
0
0
8
1
LCf
D
V
V
CONVERTIDOR REDUCTOR
Lf
D R
I
I
L
L )1(
También para el rizado de la corriente en la bobina conI o=I L y vo=IoR
Las expresiones anteriores permiten diseñar el filtro L C de salida
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Como los componentes del convertidor son ideales, lapotencia entregada por el generador debe ser igual ala absorbida por la carga
0
0
00
0
I
I
V
V
I V I V
P P
S
S
S S
S
CONVERTIDOR REDUCTOR