ELECTRONICA INDUSTRIAL Capítulo 4: Convertidores DC-DC Marcelo A. Pérez Segundo semestre 2016
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 2
Principio de funcionamiento Diagrama conceptual
Convertir una señal continua de amplitud fija en otra continua de amplitud ajustable y controlada
Son generalmente de conmutación forzada Se emplean IGBT, MOSFET y Diodos Se usan principalmente en aplicaciones de baja potencia (fuentes para electrónica,
cargadores de batería, control de motores DC, sistemas fotovoltaicos) También existen convertidores DC-DC con aislación galvánica
Introducción
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 3
Convertidor Buck (reductor)
Circuito de potencia
Estados de conducción Circuitos equivalentes:
T encendidoT encendido T apagadoT apagado
V d
L
D C RL
S
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d D RL
S
V d D RL
S
+ -v L
+ v L -
i L
V d
L
D C RL
S
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d D RL
S
V d D RL
S
+ -v L
+ v L -
iL
V d
L
D C RL
S
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d D RL
S
V d D RL
S
+ -v L
+ v L -
i L
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 4
Convertidor Buck (reductor) Principio de funcionamiento (S cerrado)
Tensión en el inductor
Qué pasa con la corriente?
La corriente en el inductor crece Que pasa con el ripple?
V d V D
+ v L -
C RL
+
-
V o
V d V o
V o
closedopened
closedopened
t
D T Tt
i L m in
i L m a x
I L
v L
i L
i L
+
-
S
V d
L
D C RL
S
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d D RL
S
V d D RL
S
+ -v L
+ v L -
iL
( )
( ) TDL
Vi
L
V
TD
i
t
i
d t
d iL
V
d t
d id t
d iLVv
D TL
VVi
L
VV
D T
i
t
i
d t
d i
i
iL
VV
d t
d id t
d iLVVv
oo p e n e dL
oLLL
oL
LoL
odc lo se dL
odLLL
L
L
odL
LodL
)1(
)1(
opened,switch For
Figure From
linearly. increased
must hereforeconstant.T
positive a is of Derivative
:(on) closed isswitch When the
-×÷øö
çèæ -=DÞ
-=
-D
=DD
=\
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=-=
×÷øö
çèæ -
=DÞ
-=
D=
DD
=
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=-=
( )
( ) TDL
Vi
L
V
TD
i
t
i
d t
d iL
V
d t
d id t
d iLVv
D TL
VVi
L
VV
D T
i
t
i
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VV
d t
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oo p e n e dL
oLLL
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LoL
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odLLL
L
L
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LodL
)1(
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must hereforeconstant.T
positive a is of Derivative
:(on) closed isswitch When the
-×÷øö
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-=
-D
=DD
=\
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=-=
×÷øö
çèæ -
=DÞ
-=
D=
DD
=
-=Þ
=-=
ON
odL VVv
dtvL
i
dt
diLv
LL
LL
1
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 5
Convertidor Buck (reductor)
Principio de funcionamiento (S abierto) Tensión en el inductor
Repitiendo el análisis:
La corriente decrece
V d
L
D C RL
S
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d D RL
S
V d D RL
S
+ -v L
+ v L -
iL
( )
( ) TDL
Vi
L
V
TD
i
t
i
d t
d iL
V
d t
d id t
d iLVv
D TL
VVi
L
VV
D T
i
t
i
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VV
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d id t
d iLVVv
oo p e n e dL
oLLL
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LoL
odc lo se dL
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L
L
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LodL
)1(
)1(
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linearly. increased
must hereforeconstant.T
positive a is of Derivative
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çèæ -=DÞ
-=
-D
=DD
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=-=
×÷øö
çèæ -
=DÞ
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D=
DD
=
-=Þ
=-=
V d V D
+ v L -
C RL
+
-
V o
V d V o
V o
closedopened
closedopened
t
D T Tt
i L m in
i L m a x
I L
v L
i L
i L
+
-
S
OFF
oL Vv
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 6
Convertidor Buck (reductor)
Principio de funcionamiento Que debería pasar en estado estacionario?
Que la corriente al inicio de cada ciclo tenga el mismo valor
iL Unstable current
Decaying current
Steady-state current
t
t
t
iL
iL
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 7
Convertidor Buck (reductor)
Principio de funcionamiento Relación tensión de entrada y salida
Gráficamente
( ) ( )
do
so
sod
o p e n e dLc lo se dL
L
L
D VV
TDL
VD T
L
VV
ii
i
i
=Þ
=-×÷øö
çèæ --×÷
øö
çèæ -
=D+D
0)1(
0
:i.e zero, is period oneover of
change theisThat cycle.next theof begining
at the same theis cycle switching of end
at the that requiresoperation state-Steady
1D
Vo
Vd
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 9
Convertidor Buck (reductor)
Diseño del inductor
Diseño para bajo rango de operación
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 10
Convertidor Buck (reductor)
Diseño del condensador Carga del condensador
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 11
Convertidor Buck (reductor)
Diseño de componentes activos
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 12
Relación corriente y ripple Ejemplo en el convertidor buck
Forma de onda de la corriente
Corriente media
Corriente máxima
minmax
min
max
L
:ripplecurrent Inductor
2
)1(1
2
:current Minimum
2
)1(1
)1(2
1
2
:current Maximum
Rin current Average currentinductor Average
IIi
L f
D
RV
iII
L f
D
RV
TDL
V
R
ViII
R
VII
L
oL
L
o
ooLL
oRL
-=D
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öçè
æ --=
D-=
÷ø
öçè
æ -+=
÷øö
çèæ -+=
D+=
==Þ
=
minmax
min
max
L
:ripplecurrent Inductor
2
)1(1
2
:current Minimum
2
)1(1
)1(2
1
2
:current Maximum
Rin current Average currentinductor Average
IIi
L f
D
RV
iII
L f
D
RV
TDL
V
R
ViII
R
VII
L
oL
L
o
ooLL
oRL
-=D
÷ø
öçè
æ --=
D-=
÷ø
öçè
æ -+=
÷øö
çèæ -+=
D+=
==Þ
=
minmax
min
max
L
:ripplecurrent Inductor
2
)1(1
2
:current Minimum
2
)1(1
)1(2
1
2
:current Maximum
Rin current Average currentinductor Average
IIi
L f
D
RV
iII
L f
D
RV
TDL
V
R
ViII
R
VII
L
oL
L
o
ooLL
oRL
-=D
÷ø
öçè
æ --=
D-=
÷ø
öçè
æ -+=
÷øö
çèæ -+=
D+=
==Þ
=
minmax
min
max
L
:ripplecurrent Inductor
2
)1(1
2
:current Minimum
2
)1(1
)1(2
1
2
:current Maximum
Rin current Average currentinductor Average
IIi
L f
D
RV
iII
L f
D
RV
TDL
V
R
ViII
R
VII
L
oL
L
o
ooLL
oRL
-=D
÷ø
öçè
æ --=
D-=
÷ø
öçè
æ -+=
÷øö
çèæ -+=
D+=
==Þ
=
Corriente mínima
Ripple en el inductor
IL
Imax
Imin
iL
iL
t
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 13
Modo de conducción continua
Ejemplo en el convertidor buck Forma de onda de la corriente en el límite de modo de conducción continua
(CCM)
La corriente mínima es
Para que no llegue a modo discontinuo Imin > 0
min
min
min
min
be bchosen is Normally
operation. of mode continous ensure
current toinductor minimum theis This
2
)1(
02
)1(1
,0 operation, continuousFor
2
)1(1
2
analysis, previous From
LL
Rf
DLL
L f
D
RV
I
L f
D
RV
iII
o
oL
L
>>
×-
=³Þ
³÷ø
öçè
æ --
³
÷ø
öçè
æ --=
D-=
minmax
min
max
L
:ripplecurrent Inductor
2
)1(1
2
:current Minimum
2
)1(1
)1(2
1
2
:current Maximum
Rin current Average currentinductor Average
IIi
L f
D
RV
iII
L f
D
RV
TDL
V
R
ViII
R
VII
L
oL
L
o
ooLL
oRL
-=D
÷ø
öçè
æ --=
D-=
÷ø
öçè
æ -+=
÷øö
çèæ -+=
D+=
==Þ
=
El modo de modo de conducción discontinua es usado en algunas ocaciones para reducir pérdidas de conmutación, dado que se conmuta con corriente cero.
Usualmente se prefiere modo de conducción continuo por tener menos ripple
El modo de modo de conducción discontinua es usado en algunas ocaciones para reducir pérdidas de conmutación, dado que se conmuta con corriente cero.
Usualmente se prefiere modo de conducción continuo por tener menos ripple
iL
Imax
Imint
0
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 16
Convertidor Boost (elevador)
Circuito de potencia
Estados de conducción Circuitos equivalentes:
T encendidoT encendido T apagadoT apagado
V d
L D
C
RL
S
V d
L D
CRL
S
V d
LD
C RLS
+ v L -
+
V o
-
+ v L -
V o
+
CIRCUIT OF BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d
L D
C
RL
S
V d
L D
CRL
S
V d
LD
C RLS
+ v L -
+
V o
-
+ v L -
V o
+
CIRCUIT OF BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
V d
L D
C
RL
S
V d
L D
CRL
S
V d
LD
C RLS
+ v L -
+
V o
-
+ v L -
V o
+
CIRCUIT OF BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 17
DT T
iL
vLCLOSED
t
t
Vd
Vd Vo
iL
Convertidor Boost (elevador)
Principio de funcionamiento Transistor encendido
V d
L D
C
RL
S
V d
L D
CRL
S
V d
LD
C RLS
+ v L -
+
V o
-
+ v L -
V o
+
CIRCUIT OF BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
iL
ON
L
DTVi
L
V
dt
diDT
i
t
i
dt
diL
V
dt
didt
diL
Vv
dclosedL
dL
LLL
dL
L
dL
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 18
DT T
iL
vLCLOSED
t
t
Vd
Vd Vo
iL
Convertidor Boost (elevador)
Principio de funcionamiento Transistor apagado
V d
L D
C
RL
S
V d
L D
CRL
S
V d
LD
C RLS
+ v L -
+
V o
-
+ v L -
V o
+
CIRCUIT OF BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i L
OFF
vL =Vd -Vo = LdiL
dt
Þ diL
dt= Vd -Vo
L
diL
dt= DiL
Dt= DiL
(1-D)T
Þ DiL( )opened=
Vd -Vo( )(1-DT )
L
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 19
Convertidor Boost (elevador)
Principio de funcionamiento Ejercicio:
Solución
Ejercicio en clase: - Encuentre la relación entre la
tensión de entrada y salida en en función de D
Ejercicio en clase: - Encuentre la relación entre la
tensión de entrada y salida en en función de D
D
VV
L
TDVV
L
DTV
ii
do
odd
openedLclosedL
1
0)1(
0
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 20
Convertidor Buck-Boost
Circuito de potencia
Estados de conducción Circuitos equivalentes:
T encendidoT encendido T apagadoT apagado
V d L
D
C RL
S
RL
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK-BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i LV d v L
+
-
i LV d v L
+
-
D
DS
S
V d L
D
C RL
S
RL
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK-BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i LV d v L
+
-
i LV d v L
+
-
D
DS
S
V d L
D
C RL
S
RL
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK-BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i LV d v L
+
-
i LV d v L
+
-
D
DS
S
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 21
DT T
Imin
Imax
ic
iD
iL
Vd
vL
Q
VdVo
Io=Vo / R
Imax
Imin
Convertidor Buck-Boost
Principio de funcionamiento Transistor encendido
L
TDVi
L
V
TD
i
t
iL
V
d t
d id t
d iLVv
L
D TVi
L
V
D T
i
t
iL
V
d t
d id t
d iLV dv
oo p e n e dL
oLL
oL
LoL
dc lo se dL
dLL
dL
LL
)1()(
)1(
openedSwitch
)(
closedSwitch
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=-D
=DD
=Þ
==
=DÞ
=D
=DD
=Þ
==
V d L
D
C RL
S
RL
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK-BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i LV d v L
+
-
i LV d v L
+
-
D
DS
S
ON
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 22
DT T
Imin
Imax
ic
iD
iL
Vd
vL
Q
VdVo
Io=Vo / R
Imax
Imin
Convertidor Buck-Boost
Principio de funcionamiento Transistor apagado
L
TDVi
L
V
TD
i
t
iL
V
d t
d id t
d iLVv
L
D TVi
L
V
D T
i
t
iL
V
d t
d id t
d iLV dv
oo p e n e dL
oLL
oL
LoL
dc lo se dL
dLL
dL
LL
)1()(
)1(
openedSwitch
)(
closedSwitch
-=DÞ
=-D
=DD
=Þ
==
=DÞ
=D
=DD
=Þ
==
V d L
D
C RL
S
RL
+
V o
-
V o
+
CIRCUIT OF BUCK-BOOST CONVERTER
CIRCUIT WHEN SWITCH IS CLOSED
CIRCUIT WHEN SWITCH IS OPENED
V o
+
-
-
i LV d v L
+
-
i LV d v L
+
-
D
DS
S
OFF
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 23
Convertidor Buck-Boost
Principio de funcionamiento Relación tensión de entrada y salida
Por lo tanto la tensión de salida es
Note que la tensión de salida es siempre negativa (inverso a la entrada) Para D > 0.5 funciona como elevador Para D < 0.5 funciona como reductor La energía se almacena en el inductor mientras el interruptor está cerrado y se
transfiere a la carga cuando está abierto
÷øö
çèæ-
-=Þ
=-
+Þ
=D+D
DD
V
L
TDV
L
D TV
s
od
o p e n e diLc lo se diL
1V
:tageOutput vol
0)1(
0
:operation stateSteady
o
)()(
Vo = -Vd
D
1-D
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 25
Convertidor Puente H
Circuito de potencia
Se llama también puente H Funciona en 4 cuadrantes Los transistores T1 y T2 (T3 y T4) funcionan de manera complementaria Tiene 4 estados de conmutación
vd
id
V
vd
id
T1
T2
R L
T3
T4
+
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 26
VB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
Convertidor Puente H
Cuadrantes de operación Cuadrante 1
–
Formas de onda
I
id
vd
t
V
-V
v iddB
B
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 27
Convertidor Puente H
Cuadrantes de operación Cuadrante 2
Formas de onda
id
vd
IIVB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
+
0
VB
-VB
vd
id
t
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 28
Convertidor Puente H
Cuadrantes de operación Cuadrante 3
Formas de onda
id
vd
IIIVB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
0
VB
-VB
vd id
t
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 29
Convertidor Puente H
Cuadrantes de operación Cuadrante 4
Formas de onda
VB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
+
id
vd
IV
0
VB
-VB
id
vd
t
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 30
Fuentes lineales Diagrama simplificado:
Fuentes lineales
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 32
Fuentes lineales Eficiencia de una fuente lineal:
- La tensión mínima de la fuente tiene que ser mayor que la tensión de salida
Vd min = V0 + V
- La eficiencia depende también de las variaciones de la tensión de entrada. Por ejemplo
Vac: 5%, 10%, 15%
Fuentes lineales
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 33
Fuentes lineales Tamaño de una fuente lineal:
- Transformador grande
- Disipador grande
Usualmente DP va entre:
Ejemplo: Fuente lineal de 300[W] con DP de 0.25 tiene un volumen de:
Densidad de potencia (DP) baja
30.2 0.3[ / ]W in®
33001200[ ]
0.25Vol in= = 10[ ] 10[ ] 12[ ]in in in´ ´
325.4[ ] 25.4[ ] 30.5[ ] 1549.4[cm ]cm cm cm´ ´ =
Fuentes lineales
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 34
Diagrama básico de una fuente de conmutación
Fuentes conmutadas
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 35
Fuente con múltiples salidas: Diagrama básico de una fuente de conmutación
Fuentes conmutadas
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 36
Transformador con dos devanados y su circuito equivalente: Transformadores para fuentes de conmutación
P = 0.00050 · Bmax · f · Ae · Ab · J
Potencia en un transformador de ferrita:
P: Potencia [W]Ae: Area del núcleo [cm2]Ab: Area de la ventanaBmax: Inducción máxima
[Gauss] f: Frecuencia [Hz]J: Densidad de corriente
Fuentes conmutadas
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 37
Núcleo comercial E 42/20 Transformadores para fuentes de conmutación
Vol= 4.22 x 4.22 x 3.72 = 65cm3
Núcleo ferrita para trafos Núcleo ferrita para suprimir EMI/EMC
Fuentes conmutadas
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 38
Núcleo comercial E 42/20 Transformadores para fuentes de conmutación
Fuentes conmutadas
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 40
Intervalo ON:
El convertidor Flyback: Formas de onda
Cuando el transistor conduce se cumple:
Discretizando para intervalo pequeño t:
Variación de flujo
1 1 (1) d
dv V N
dt
F= = ×
1 (2)dV Nt
DFÞ = ×
D
(6) 01
tN
Vt d
ONtt 0
Convertidor Flyback
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 41
Intervalo OFF
El convertidor Flyback: Formas de onda
Cuando el transistor se abre
Además se cumple la relación:
Y como v2=-v0, reemplazando (12) en (11)
( )( )1 1
ˆ (10)
ON
tv N
t t
F -F=
-
( ) ( )1
1
ˆ (11)ON
vt t t
NF = F+ -
( ) ( )0
2
ˆ (13)ON
Vt t t
NF = F- -
OFFONSON ttTtt
Convertidor Flyback
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 42
Intervalo 2 (off) continuación: El convertidor Flyback: Formas de onda
El valor de se obtiene de (6) evaluando t=ton
Además, en est. estacionario se cumple que:
Finalmente, despejando se logra:
Si se define el ciclo de trabajo Dp=ton/Ts
F̂
( ) ( ) ( )0S
1 2
0 T (14)dS ON ON
V VT t t
N NF =F + × - -
( ) ( )0 (15)STF = F
0 2
1
(17)ON
d S ON
V tN
V N T t= ×
-
20
1
(18)1
pd
p
DNV V
N D
æ ö= × ç ÷ç ÷-è ø
Convertidor Flyback
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 43
Control de la fuente flyback Control PWM del ciclo de trabajo
Fuentes de baja tensión (Cargador de celulares, PDA, reproductores mp3)
Fuentes para televisores y monitores CRT.
Fuentes para lámparas de Xenon, flash, láser, etc.
Drivers para semiconductores de potencia.
Fuentes económicas de múltiples salidas (fuentes de PC 300W).
AplicacionesSi hay aislación en el circuito de potencia, debe haber aislamiento en la realimentación o control.
Convertidor Flyback
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 44
Una fuente de conmutación Flyback real:
Convertidor Flyback
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 46
El convertidor Forward ideal:
Convertidor forward ideal
Intervalo 1 (on):
D1 conduce y D2 se bloquea
Por lo tanto la corriente iL crece
ONtt 0
01
2 VVN
Nv dL
Intervalo 2 (off):
D1 se bloquea y la corriente iL sigue
circulando por D2
Por lo tanto la corriente iL decrece
SON Ttt
0VvL
Dado que , al integrar entre 0 y Ts se cumple dt
diLv L
L
SSL
L
T
L
Ti
i
L dtvL
di00
1
01
0 001
2
ONSONdLSL tTVtVV
N
N
LiTi
Convertidor Forward
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 47
El convertidor Forward ideal:
Convertidor forward ideal
Considerando que
Despejando:
Como ton/Ts = Dp:
0 SLL Tii
0 001
2ONSONd tTVtVV
N
N
S
ON
d T
t
N
N
V
V
1
20
0 2
1p
d
V ND
V N=
Por lo tanto controlando el ciclo de trabajo Dp se puede controlar la tensión de salida.
Esto se implementa simplemente mediante una PWM.
En este caso ideal no se está considerando la corriente de magnetización del trafo real.
Lo anterior hace que el sistema no opere apropiadamente.
Es necesario agregar un devanado adicional para desmagnetizar.
Convertidor Forward
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El convertidor Forward real Se agrega devanado de desmagnetización:
Circuito básico
Circuito con modelo de transformador más completo
Considerando ahora la rama de magnetización:
Convertidor Forward
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 49
El convertidor Forward real Principio de operación:
Circuito con modelo de transformador más completo
Durante:ONtt 0
mONON tttt
dVv 1
Durante:
v1 = -N1
N3
Vd
El trafo se desmagnetiza a través de D3
Convertidor Forward
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Control del convertidor forward Control de corriente por histéresis:
Principio de operación: Si hay aislación en el circuito de potencia, debe haber aislamiento en la realimentación o control.
Control Forward
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El convertidor Forward: fuente comercial
Aislación óptica mediante optocoplador
Convertidor Forward
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Fuente de conmutación Push-Pull
Intervalo 1, T1 (T2) on:
D1 (D2) conduce y D2 (D1) se bloquea
Por lo tanto la corriente iL crece.
ONtt 0
01
2 VVN
Nv dL
Intervalo 2 (ambos transistores off):
voi es nulo, ambos diodos conducen la mitad de iL
Calculando la integral entre 0 y Ts/2
T1 y T2 se emplean alternadamente cada uno durante Ts/2
ONON ttt
LDDL iiiVv 21
210 ,
V 0
V d
=2 N 2
N 1
D
Convertidor Push-Pull
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Fuente de conmutación Push-Pull Aplicación: - circuitos para accionar semiconductores de potencia (Drivers)
- Adquisición y procesamiento de datos
- Instrumentación industrial
Convertidor Push-Pull
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Fuente de conmutación semipuente
Intervalo 1, T1 (T2) on:
D1 (D2) conduce y D2 (D1) se bloquea
Por lo tanto la corriente iL crece.
ONtt 0
2 0
1
2 VV
N
Nv d
L
Intervalo 2 (ambos transistores off):
voi es nulo, ambos diodos conducen la mitad de iL
Calculando la integral entre 0 y Ts/2
T1 y T2 se emplean alternadamente cada uno durante Ts/2
ONON ttt
LDDL iiiVv 21
210 ,
Convertidor Semipuente
V 0
V d
=N2
N1
D
Electrónica Industrial/Convertidores DC-DC 55
Fuente de conmutación puente
Intervalo 1, T1 y T2 (T3 y T4) on:
D1 (D2) conduce y D2 (D1) se bloquea
Por lo tanto la corriente iL crece.
ONtt 0
01
2 VVN
Nv dL
Intervalo 2 (ambos transistores off):
voi es nulo, ambos diodos conducen la mitad de iL
Calculando la integral entre 0 y Ts/2
(T1 , T2) y (T3, T4) se emplean alternada-
mente cada un par durante Ts/2
ONON ttt
LDDL iiiVv 21
210 ,
DN
N
V
V
d 1
20 2
PuentePuenteS
N
N
N
N
1
2
1
2 2
Convertidor Puente
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Control del Push-Pull, semipuente y puente
v0 ref
Driver
PWM
Diente de sierra
Controlador
OPTOISO
Aislación
Lógica de control OPTO
ISODriver
T1
T2
Convertidores: - Push-Pull - Semipuente
V0
v0 refDriver
PWM
Diente de sierra
Controlador
OPTOISO
Aislación
Lógica de control
OPTOISO
Driver
T1
T2Convertidor
PuenteV0
DriverOPTO
ISO
OPTOISO
Driver
T3
T4
Control Fuente Conmutada
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Comparación fuente switching / fuente lineal
Fuentes de un mismo fabricante
Fuente Lineal F5-25 Switching SPL130-1005
Voltaje y corriente de salida 5[V], 25[A] 5[V], 26[A]
Peso 7,7[Kg] 1[Kg]
Densidad de potencia 0.2 0.5 W/in3 2 10 W/in3
Pérdidas 75[Watts] < 5[Watts]
Eficiencia 40%–55% 60%–95%
Rango voltaje entrada ±10% ±20%
Tipos de fuentes conmutadas