Informe Buck

CAPA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERA DE PRODUCCIN Y SERVICIOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICA

Proyecto y Construccin de un Conversor CC-CC reductor de Tensin (Buck) en Modo de Conduccin continua Responsbles del estudio: Carlos Chalco DelgadoJorge Churata Apaza Christian Biamont AguilarRandy Valencia CornejoEver Chipana HuancaGustavo Salas SozaPablo Valdeiglesias DuranAREQUIPA-PERSeptiembre, 2014

Resumen del Informe Final para la disciplina de Laboratorio de Eletrnica de Potencia curso de Ingeniera Elctrica de la Universidad Nacional de San Agustin.

Proyecto y Construccin de un Conversor CC-CC Reductor de Tensin (Buck) en Modo de Conduccin Contnua

Carlos Chalco DelgadoJorge Churata ApazaChristian Biamont AguilarRandy Valencia CornejoEver Chipana HuancaGustavo Salas SozaPablo Valdeiglesias Duran

Septiembre/2014

Profesor: Ing. Ivar OrdoezPalabra Clave: Conversor CC-CC, Conversor Buck, Conduccin continua...Nmero de Pginas: xx

RESUMEN: En este trabajo sern....

CONTENIDO

1Operacin del Conversor CC-CC Buck MCC61.1Etapas de operacion del conversor:61.2Principales Formas de Onda:61.3Ganancia Estatica y Punto de Operacin:62Especificaciones del Conversor Buck72.1Especificaciones y calculo de los esfuerzos de los dispositivos:72.1.1Calculo del esfuerzo en el interruptor:72.1.2Calculo del esfuerzo en el diodo:82.1.3Calculo del esfuerzo en el inductor:82.1.4Calculo del esfuerzo en el capacitor:82.2Dimensionamiento de los dispositivos:82.2.1Dimensionamiento del inductor:82.2.2Dimensionamiento del Capacitor:82.2.3Dimensionamiento del nucleo del inductor:83Simulacin del Conversor Buck94Dimensionamento del Estado de Potencia y del Circuito de Comando104.1Estado de Potencia104.2Circuito de Comando104.3Clculo Trmico105Construccin del Prototipo116Resultados Experimentales126.1Formas de Onda126.2Rendimiento126.3Esquemas y Layout127Conclusin138Referencias Bibliogrficas14

xx

ii

Introduccin

Los conversores estticos ...

13Universidad Nacional de San Agustin

Captulo 1Operacin del Conversor CC-CC Buck MCC

Em el conversor CC-CC Buck, .... Etapas de operacion del conversor:

Principales Formas de Onda:

Ganancia Estatica y Punto de Operacin:

En grfica N 3, si consideramos que la tension media en el inductor debe ser nula tenemos la siguiente relacion:

De donde obtenemos que la ganancia esttica esta dada por:

(1)

Captulo 2Especificaciones del Conversor Buck

Los requerimientos de diseo del conversor Buck MCC son los siguientes:

Tambin debemos considerar que el rizado de la corriente en el inductor:

Y el rizado del voltaje en el condensador:

Para determinar los esfuerzos de los dispositivos y dimensionamiento de estos, es necesario realizar clculos previos como:Ciclo de trabajo:

Resistencia de convertidor:

Corriente de salida:

Especificaciones y clculo de los esfuerzos de los dispositivos:Calculo del esfuerzo en el interruptor:Para poder elegir un interruptor adecuado es necesario determinar el esfuerzo elctrico que este debe soportar y contratastar con la hoja de datos del instrumento a usar como interruptor.

Corriente Media en el interruptor

Determinamos la corriente media en el interruptor considerando que la potencia en la entrada es igual a la potencia de salida, es decir despreciando perdidas internas.

(2) Reemplazando los valores obtenidos anteriormente del ciclo de trabajo y corriente de salida en la ecuacin (2) tenemos:

Corriente Eficaz en el interruptor

Para determinar la corriente eficaz que soportara en interruptor debemos considerar las corrientes minima y mxima que circula por el inductor

(3)

Donde

Suponiendo que la corriente del inductor aumenta en forma lineal de a podemos expressar la corriente en el interruptor como una funcion lineal de la forma:

(4)

Considerando la condicion inicial:

En Reemplazando en la ecuacion (4):

Por tanto la ecuacion lineal de la corriente en el interruptor seria:

(4)Podemos calcular entonces la corriente eficaz en el interruptor:

(5)Reemplazando (4) en (5) e integrando tenemos:

(6)

Calculamos el valor de considerando que el rizado en el inductor debe ser el 20% de la corriente de salida y a partir de la ecuacion (3)

Reemplazando los valores previamente calculados, en la ecuacion (6) obtenemos:

Calculo del esfuerzo en el diodo:La consideracin a tener en cuenta para elegir el diodo son la frecuencia de operacin, la corriente eficaz y la tensin inversa que soporta el diodo, puesto que la frecuencia esta dada por los requerimientos de diseo f=50kHz se debe calcular la tensin inversa y las corrientes:

Corriente media en el diodo

La corriente media del diodo se puede hallar aplicando la Primera Ley de Kirchoff en el nodo comprendido entre los elementos L, R y C y considerando que la corriente media en el capacitor es igual a cero.

Corriente eficaz en el diodo

Para hallar la corriente eficaz en el diodo es necesario determinar la corriente en funcin del tiempo del diodo y de la respuesta de la grafica N3 podemos asumir una funcin de forma lineal:

(7)

Considerando la condicion inicial:

En Reemplazando en la ecuacion (7):

Por tanto la ecuacion lineal de la corriente en el diodo seria:

(7)Podemos calcular entonces la corriente eficaz en el interruptor:

(8)Reemplazando (7) en (8) e integrando tenemos:

(9)

Calculamos el valor de considerando que el rizado en el inductor debe ser el 20% de la corriente de salida y a partir de la ecuacion (3)

Reemplazando los valores previamente calculados, en la ecuacion (6) obtenemos:

Tension inversa

La tensin mxima que soporta el diodo es claramente apreciada en el primer modo de operacin:

Dimensionamiento de los dispositivos:

Dimensionamiento del inductor:Para determinar la inductancia apropiada para que el convertidor opere en modo continuo, debemos tener en consideracion

Dimensionamiento del Capacitor:Dimensionamiento del nucleo del inductor:

Captulo 3Simulacin del Conversor Buck

Simulamos ....

Captulo 4Dimensionamento del Estado de Potencia y del Circuito de Comando

Estado de Potencia Indutor:

Interruptor:

Diodo:

Capacitor:

Circuito de ComandoPara comandar el interruptor....

Clculo Trmico

Es necesario verificar la potencia.....

Diodo:

Interruptor:

Captulo 5Construccin del Prototipo

Primeramente ....

Captulo 6Resultados Experimentales

Formas de Onda La Figura 61 ....

RendimientoLas medidas obtenidas ....

Esquemas y LayoutPara realizar ....

Conclusin

Este trabajo ....

Referencias Bibliogrficas

[1] MARTINS, D. C.; BARBI, I. Eletrnica de Potncia - Conversores CC-CC Bsicos No Isolados. 3 edio. Florianpolis, 2008. [2] BARBI, I. Eletrnica de Potncia. 6 edio, Florianpolis, 2006.

Apndice A Proyecto Fsico del Inductor