Curso Electronica Industrial

7/29/2019 Curso Electronica Industrial

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Electrnica Industrial

Luis A. GlcherEscuela de Ingeniera Elctrica

Universidad de Costa Rica

I-2012


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ROL DE LA ELECTRONICA DE POTENCIA

Interfase

fuente cargaconvertidor

controlador

La interfase, construida con electrnica de potencia, facilita la transferencia de potencia

desde la fuente a la carga, convirtiendo los voltajes y corrientes desde una forma a otra, en

la cual es posible que la fuente y la carga intercambien papeles. El controlador mostradopermite la administracin de la transferencia de potencia, en la cual la conversin de

voltajes y corrientes, debe ser lograda con la mayor eficiencia y con la mayor densidad

como sea posible.

Aplicaciones


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MUCHAS APLICACIONES

Niveles de potencia que se encuentran en los convertidores de alta eficiencia:

menos que 1 W, en equipos porttiles alimentados por batera

menos ue Miles W, en fuentes de oder, com utadoras, e ui o de oficina

menos que Millones W, en variadores de velocidad

menos que Giga W, en rectificadores e inversores de compaas distribuidoras

Aplicaciones


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ALIMENTANDO LOS EQUIPOS DE COMPUTO

Convertidor

PotenciaVentrada Vsalida

Toma

Corriente

24 Vdc 5 Vdc

ControladorVref

.

0.5 Vdc

Aplicaciones


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CONVERTIDOR BOOST

Celda Solar

.

Aplicaciones


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VARIADORES DE VELOCIDAD

fuente

Variador de Velocidad

Convertidor

Potencia MotorCarga

Forma

Forma

fijaPosicin /

Velocidad

Sensores

Controlador

var a e

Potencia

Seal

Entrada en

Posicin /

Velocidad

Aplicaciones


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CALENTAMIENTO POR INDUCCION

fuente Seal de Alta Frecuencia ACConvertidor

Aplicaciones


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SOLDAR ELECTRICAMENTE

fuente Seal DCConvertidor

Aplicaciones


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ENERGIA Y EL AMBIENTE

Iluminacin,Cmputo,

Motores,

51%

Acondicionado, 16%

Porcentaje del uso de la electricidad en pases desarrollados

Aplicaciones


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ROL DE LOS VARIADORES DE VELOCIDADEN LOS SISTEMAS DE BOMBEO

fuente Variador

Velocidad

Salida

Entrada

Bomba

Aplicaciones


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LAMPARAS FLUORESCENTES COMPACTAS

fuente Lmparas Fluorescentes CompactasConvertidor

Aplicaciones


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TRANSPORTE

Aplicaciones


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SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

dc Convertidor

Aplicaciones


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SISTEMAS GENERACIN ELICA

Generador y

Aplicaciones


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UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLIES

UPS

fuentecarga

crtica

Aplicaciones


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AVIACION

Sistema de Distribucin Elctrico

Tolerante a Fallas

Accesorios ElectrnicosAire Acondicionado Electrnico

Accesorios Turbinas

esconge am ento ctr co

Frenos Electrnicos

Arrancaodor Electrnico

Controladore de Potencia

Electrnicos

Actuadores de Ala

Electrnicos

Terminales Remotos Electrnicos

Aplicaciones


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SATELITES

Aplicaciones


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Introduccin

Introduccin


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INTRODUCCION A LA ELECTRONICA DE

POTENCIA

Potencia

Entrada

Potencia

SalidaConvertidor

Entrada

Control

Conversin DC- DC: Cambiar y controlar la magnitud del voltaje

Rectificacin AC-DC: Posiblemente controlar el voltaje DC y la corriente ACInversin DC-AC: Producir una senoidal de amplitud y frecuencia variable

Cicloconversin AC-AC: Cambiar amplitud y frecuencia

Introduccin


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EL CONTROL DEFINITIVAMENTE SE

REQUIERE

Potencia

Entrada

Potencia

SalidaConvertidor

Controlador

Entrada

Control

SalidaRetroalimentacinEntradaRetroalimentacin

referencia

Introduccin


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ALTA EFICIENCIA ES ESENCIAL

nnnn = PentradaPsalida

Pperdida = Pentrada Psalida = Psalida

nnnn

1 1nnnn

Pperdida/ Psalida

Alta eficiencia indica bajas prdidas de potencia en

el convertidor

Es factible tamaos pequeos y una operacin

robusta

La eficiencia es un buen indicador del desempeo

de un convertidor

Introduccin


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UN CONVERTIDOR DE ALTA EFICIENCIA

Pentrada

Convertidor

La meta de la tecnologa actual es construir convertidores livianos y pequeos, que

procesen alta potencias con altas eficiencias.

Introduccin


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DISPOSITIVOS DISPONIBLES AL

DISEADOR

Resistencias Capacitores Inductores Dispositivos Semiconductores

modo lineal

corte - saturacin

Introduccin


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DISEADOR


En procesamiento de seales se evitan los inductores.

modo lineal

corte - saturacin

Introduccin


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DISEADOR

modo linealcorte - saturacin


En procesamiento de potencia se evitan los dispositivos con prdidas.

Introduccin


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PERDIDA DE POTENCIA EN UN SWITCH

IDEAL

Switch Cerrado: vvvv(t) = 0

Switch Abierto: iiii(t) = 0

En cualquier evento:pppp(t) = vvvv(t) iiii(t) = 0

Un switch ideal consume cero potencia

Introduccin


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UN EJEMPLO SENCILLO DE UN

CONVERTIDOR DC-DC

Convertidor

DC-DC

Voltaje de Entrada: 100VdcCarga: 50Volts, 10 Amps, 500W

Cmo podemos construir este convertidor?

Introduccin


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CONSTRUCCION CON PERDIDAS

P erdida =

Divisor de Resistencias

Pentrada= 1000 WPsalida = 500 W

Introduccin


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CONSTRUCCION CON PERDIDAS

Pperdida = 500 W

Regulador Serial: Transistor opera en la regin activa

Pentrada= 1000 WPsalida = 500 W

AmplificadorLineal

Introduccin


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USANDO UN SWITCH

posicinswitch

Introduccin


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EL SWITCH CAMBIA EL NIVEL DEL VOLTAJE

posicin

razn de trabajo

periodo de conmuntacin

switch

Componente DC de = valor promedio

Introduccin


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INCORPORE UN FILTRO PASA BAJAS

Pperdida = muy baja

Incorpore un filtro pasa-bajas LC, para eliminar las armnicas de alta frecuencia:

Pentrada= 1000 W

Psalida= 1000 W

Este circuito se conoce como el convertidor buck

Introduccin


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INCORPORE UN SISTEMA DE CONTROL

PARA REGULAR EL VOLTAJE DE SALIDA

Potencia

EntradaCarga

Convertidor de Conmutacin

Sensor

seal

error

compensador

Modulador

Ancho Pulso

referencia

Introduccin


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EL CONVERTIDOR BOOST

Introduccin


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UN INVERSOR SENCILLO

PUENTE-H

Module la razn de trabajo

para obtener una onda

senoidal de baja frecuencia

Introduccin


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COMPUTADORA LAPTOP

Cargador

Rectificador

Inversor

Buck

Microprocesador

Monitor

voltaje de entrada85-265Vrms

RectificadorPWM

Buck

Boost

BateraLitio Disco

Duro

AdministracinEnerga

Introduccin


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SISTEMA POTENCIA SATELITE

CeldasSolares

Regulador

Shunt

Bateras Bateras

CargadoresBateras

CargadoresBateras

ConvertidorDC-DC

ConvertidorDC-DC

Carga

Rentada

Carga

Rentada

Introduccin


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POTENCIA DEL VEHICULO ELECTRICO

Batera

Inversor Inversor

Motor AC Motor AC

Microproce

bus de control

Convertidor

DC-DC

Cargador

Batera

Inversor Inversor

Motor ACMotor AC

electrnica

Votaje DC

Frecuencia VariableVoltaje Variable

Introduccin


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Principios de Anlisis deConvertidores en Estado

Estacionario

Convertidores en Estado Estacionario


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Principios de Anlisis de Convertidores en Estado Estacionario

1. Introduccin.

2. Balance de volt-segundos en el Inductor, Balance deCarga en el Capacitor y la Aproximacin de RizadoPequeo.

3. Convertidor Buck.

4. Convertidor uk.

5. Estimacin del rizado en convertidores que contienenfiltros pasa bajas de dos polos.

6. Resumen de Puntos Clave.



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Introduccin:

Convertidor Buck



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Componente DC del Voltaje de Salida del Switch



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Inclusin de un filtro pasa bajas para remover las armnicas de conmutacin

y dejar pasar slo la componente DC



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Tres convertidores bsicos DC-DC



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Objetivos de esta seccin

Desarrollar tcnicas para la fcil determinacin del voltajede salida de un circuito convertidor arbitrario.

Derivar los principios del balance volt-segundos en elinductory el balance de carga (amp-segundos) en el

.

Introducir el concepto de la aproximacin de pequeorizado.

Desarrollar mtodos simples para seleccionar los valoresde los elementos del filtro pasa bajas.

Ilustrar mediante ejemplos.Convertidores en Estado Estacionario


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Balance volt-segundos en el Inductor, balance de Carga en

el Capacitor y aproximacin de pequeo rizado



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La aproximacin de pequeo rizado

n un conver or en se a o, e r za o e vo a e e sa a es peque o.

Por eso, las formas de onda pueden ser fcilmente determinadasignorando el rizado.



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Anlisis del Convertidor Buck:

forma de onda de corriente del inductor



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Voltaje y Corriente del Inductor

Subintervalo 1: interruptor en posicin 1.

Voltaje del Inductor.L

+

iL(t)

+ vL(t) i (t)

.

Aproximacin del pequeorizado.

Encontrar la pendiente.

C R v(t)

+ vL(t) iC(t)

+

Vg



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Voltaje del Inductor.L

+

Aproximacin del pequeorizado.

Encontrar la pendiente.

C R v(t)

iL(t)

iC

t

+

Vg



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53/687

Formas de onda del voltaje y la corriente del inductor

vL(t)

tDTs Ts

iL(t)

tConvertidores en Estado Estacionario


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Formas de onda del voltaje y la corriente del inductor



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Determinacin del rizado de la corriente del inductor



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Forma de onda de la corriente del inductor durante el transciente

de encendido

iL(t)

t


d d d l d l d d l d


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Forma de onda de la corriente del inductor durante el transciente de

encendido



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El principio del balance volt-segundos en el inductor:


B l lt d l i d t


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Balance volt-segundos en el inductor:

Ejemplo en el Convertidor Buck


El principio del balance de carga en el capacitor:


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El principio del balance de carga en el capacitor:

Derivacin.


Resumen de las Tcnicas para el Anlisis en Estado Estacionario de


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1. Aproximacin lineal del rizado

Resumen de las Tcnicas para el Anlisis en Estado Estacionario de

convertidores en conmutacin

V

IvC


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Estudiar pginas 1a61.Hacer ejercicios delTutorialpginas 2a118,Modo deConduccin Continuo.

Preparacin para lasiguiente clase:Leerpginas 6a9.


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Ejemplo con el convertidor Boost


l d l d


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Anlisis del convertidor Boost


S bi t l 1 I t t i i 1


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Subintervalo 1: Interruptor en posicin 1


S bi t l 2 I t t i i 2


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Subintevalo 2: Interruptor en posicin 2


Formas de Onda de la Corriente del Capacitor y


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p ydel Voltaje del Inductor.


Balance de volt segundos en el inductor


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Balance de volt-segundos en el inductor


Factor de Conversin M(D) en el convertidor Boost


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Factor de Conversin M(D) en el convertidor Boost.


Determinacin de la componente DC de la corriente del Inductor:


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Determinacin de la componente DC de la corriente del Inductor:




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Determinacin del rizado del voltaje del capacitor


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Determinacin del rizado del voltaje del capacitor


Ejemplo del convertidor uk


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j p


Circuito del convertidor ukposiciones 1 y 2 del interruptor


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posiciones 1 y 2 del interruptor


Formas de onda durante el subintervalo 1Intervalo de conduccin del MOSFET


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Intervalo de conduccin del MOSFET


Formas de onda durante el subintervalo 2:Intervalo de conduccin del diodo


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Intervalo de conduccin del diodo


Los valores promedio se igualan a cero


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Los principios de balance de volt-segundos en el inductor y delbalance de carga del capacitor establecen que los valores promediodel voltaje del inductor y de la corriente del capacitor son cero,cuando el convertidor opera en estado estacionario. Entonces, paradeterminar las condiciones en estado estacionario en el convertidorse puede esquematizar las formas de onda de los voltajes de los

a cero.




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Factor de conversin del convertidor Cuk, M = V/Vg


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Formas de onda de las corrientes de los inductores


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Forma de onda del capacitor C1


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Magnitudes de rizado


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Estimacin del rizado de voltaje del capacitor de salidaen un filtro de salida de dos polos.


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Corriente y voltaje del capacitor


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Estimacin del rizado del voltaje del capacitor, v


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La corriente ic(t) es positiva para la

mitad del periodo de conmutacin.

Esta corriente positiva causa queel voltaje del capacitorvc(t) se

incremente entre su mnimo y su

.

tiempo, la carga total q se

deposita en las placas delcapacitor, en donde

( )

)voltajeelencarga()cargalaencambio(

2

C

vCq

=

=


Estimacin del rizado del voltaje del capacitor v


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La carga total q es el rea deltringulo, como se muestra:

Eliminando q y resolviendo2

21 s

L Tiq =

para v:

Nota: En la prctica, la

resistencia en serieequivalente del capacitor(ESR) incrementa ms v.

C

Tiv sL8

=


Rizado de la corriente del inductor en filtros de dos polos


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Anlisis y Diseo del Convertidor Buck BoostProblema


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Anlisis y Diseo del Convertidor Buck BoostProblema


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Anlisis y Diseo del Convertidor Buck BoostSolucin


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Estudiar pginas 6a9.Hacer ejercicios delTutorialpginas 2a118,Modo deConduccin Continuo.

Preparacin para lasiguiente clase:Leerpginas 9a13,Wrdidas .


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Modelado del Circuito Equivalente enEstado Estacionario, Prdidas y

Eficiencia


Modelado del Circuito Equivalente en Estado Estacionario,Prdidas y Eficiencia


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1. El modelo del transformador DC

2. Inclusin de prdidas en el cobre del inductor.

3. Construccin de un modelo de circuito equivalente .

4. Cmo obtener el puerto de entrada del modelo.

5. Ejemplo: Inclusin de prdidas de conduccin en lossemiconductores del convertidor Boost.

6. Inclusin de prdidas de conmutacin en lossemiconductores del convertidor Buck

Modelado del circuito equivalente en estado estacionario

El modelo del transformador DC


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Circuitos equivalentes que corresponden alas ecuaciones del convertidor ideal DC-DC


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El modelo del Transformador DC


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Modela las propiedadesbsicas del convertidorideal DC-DC:

Conversin devoltajes y corrientesDC, idealmente con un100% de eficiencia.Razn de conversin

M, controlable pormedio del ciclo detrabajo.

Las lneas slidas denotan el modelo de un transformador ideal, capaz depasar voltajes y corrientes DC.

Modelo invariante en el tiempo (sin conmutacin), el cual puede serresuelto para buscar componentes DC de las formas de onda delconvertidor.


Ejemplo: Uso del modelo del transformador dc


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Prdidas en el ncleo del inductor y en el cobre


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El modelo del transformador dc se puede extender para incluir propiedadesno ideales del convertidor.Por ejemplo, las prdidas de los inductores reales:

1.Prdidas por el cobre: Resistencia del conductor.2.Prdidas en el ncleo: por histresis y corrientes de Eddy.Un modelo que describe las prdidas en el cobre del inductor es:

Insertando el modelo del inductor en el circuito del Convertidor Boost:


Anlisis del convertidor Boost no-ideal


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Ecuaciones del circuito, interruptor en posicin 1


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Ecuaciones del circuito, interruptor en posicin 2


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Formas de onda del voltaje del inductory de la corriente del capacitor


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Solucin para el voltaje de salida


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Construccin del modelo del circuito equivalente.


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Se concluye de la seccin anterior (derivado del balance de volt-segundos y delbalance de carga) que:


Ecuacin del voltaje del inductor


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El trmino IRL: La cadade voltaje a travs dela resistencia RL.

El trmino DV:se puedetomar como una fuentedependiente.


Ecuacin de la corriente del capacitor


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Derivado de la ley de corriente

de Kirchoff, es usado paraencontrar la corriente delcapacitor durante cadasubintervalo.

RVIDiC /'0 == Nodo

La corriente promedio delcapacitor es cero.

Esta es una ecuacin de nodo :las componentes dc decorriente que fluyen hacia el

nodo del capacitor suman cero.

V/R: Corriente a travs de la carga.

DI: se puede tomar como una fuentedependiente.


Circuito equivalente completo


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Circuito equivalente completo


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El modelo describe las propiedades bsicas del

convertidor:a) Transformacin de voltaje dc y niveles de

corriente.

b) Efectos de segundo orden y prdidas depotencia.c) Razn de conversin dc V/Vg.


Solucin del circuito equivalente


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Solucin para la corriente de entrada (del inductor).


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1R

Solucin para la eficiencia del convertidor


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Eficiencia para varios valores de RL


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Cmo se obtiene el Modelo del Puente de Entrada?


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Construya el Circuito Equivalente


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Qu pas con el transformador? Se necesita otra ecuacin


Modelando el Puerto de Entrada del Convertidor


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Forma de Onda de la Corriente de Entrada,

Componente DC (valor promedio) de es:


Circuito Equivalente del Puerto de Entrada


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Complete el Circuito Equivalente del Convertidor Buck

Dibuje los circuitos equivalentes de entrada y salida:


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Dibuje los circuitos equivalentes de entrada y salida:

Reemplace las fuentes dependientes con un transformador DC equivalente:



Prdidas por Conduccin en los Semiconductor


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j p


Prdidas por Conduccin en los Semiconductor

Modelos de los dispositivos semiconductores en estado de saturacin:


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MOSFET: resistencia de encendido.

BJT: Voltaje de saturacin.

Tpicamente Vds = 0.5 5.0 Volts

Diodo: voltaje constante ms unaresistencia de encendido


p camen e sa = . . o s

Tpicamente VF = 0.8 1.2 VoltsDiodos de Recuperacin Rpida

VF = 0.3 0.6 VoltsDiodos de Schottky

Convertidor Boost, circuitos durante los subintervalos 1 y 2


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Voltaje promedio del inductor y corriente promedio del capacitor


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Construccin de los circuitos equivalentes


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Combinando los dos circuitos


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Solucin para el voltaje de salida


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Solucin para la eficiencia del convertidor


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Prdidas de conmutacin en semiconductores

Las transiciones de conmutacin (entre posicin 1 y 2) no soninstantneas Le toma n tiempo dete minado al inte pto


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instantneas. Le toma un tiempo determinado al interruptorpasar de la posicin 1 a la posicin 2, y viceversa. Durante

este tiempo de conmutacin el transistor pasa a travs de unperiodo de disipacin de potencia alta e instantnea.


+ -Vce

Estimacin de las Prdidas

Esta energa se pierde en cadaciclo de conmutacin


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ciclo de conmutacin.La Potencia Perdida es igual a la

Energa Perdida por segundo

nconmutacidefrecuenciafdonde

TEfEP

s

s

TsTT

:

== .

.

As que las prdidas porconmutacin en la transicin aapagado son:

La eficiencia puede ahora ser

calculada por medio del uso de

( ) TLg EttIVrea == 022

1

nconmutacidefrecuenciafdonde s :

( )( )Watts

T

ttIV

SLg 2

1 02

IPERDIDASOUTI

OUT PPPconP

P=+= ,


Resumen

1 El d l d l t f d d d ib l f i


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1. El modelo del transformador dc describe las funcionesprincipales del convertidor: Transformacin de los niveles devoltaje y corriente dc, idealmente con 100% de eficiencia,control de la razn de conversin M con el ciclo de trabajo D.

2. El efecto de las prdidas puede ser determinado por el

uso de las mismas tcnicas de anlisis (balance volt-segundos en el inductor, etc).

3. Las principales fuentes de baja eficiencia del convertidor

son: Prdidas en el ncleo magntico y el cobre. Prdidas por conduccin en el semiconductor. Prdidas por conmutacin del semiconductor.


Convertidor Buck BoostProblema


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Convertidor Buck BoostProblema


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Convertidor Buck BoostSolucin


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139/687

Estudiar pginas 9a13,Prdidas.

Hacer ejercicios delTutorialpginas 119a204,Anlisis dePrdidas.

Preparacin para lasiguiente clase:Leerpginas 1a18,InterruptoresModoeConduccin DiscontinuoConduccin Discontinuo.


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Implementacin de Interruptoresutilizando Transistores y Diodos

Implementacin de interruptores

Implementacin de Interruptores utilizando Transistores yDiodos

1 Aplicaciones con interruptores: De uno dos o cuatro


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1. Aplicaciones con interruptores: De uno, dos o cuatrocuadrantes. Rectificadores sncronos.


Interruptores SPST (un polo, un tiro) ySPDT (un polo, doble tiro)


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Implementacin de un interruptor SPDT utilizando dosinterruptores SPST

Dos interruptores SPST no son exactamenteequivalentes a un interruptor SPDT.


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Es posible para ambos interruptores SPST estarsimultneamente en ON o en OFF.

Entonces, el comportamiento del convertidor se

modifica significativamente(Modo de conduccindiscontnuo).

El estado de conduccin de los interruptores SPST

puede depender del voltaje o corriente aplicados. Porejemplo el diodo.


Operacin de los cuadrantesde los interruptores SPST


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un


en estado apagado

Algunas aplicaciones bsicas de interruptores


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en estado apagadoen estado apagado en estado apagadoen estado apagado


en estado apagadoen estado apagadoen estado apagadoen estado apagado

Interruptores de un cuadrante

Interruptor activo:El estado delinterruptor es controlado exclusivamente con

t t i l


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un tercer terminal.

Interruptor pasivo: El estado delinterruptor es controlado por una corriente .

.

interruptor es controlado por una corrientey/o voltaje aplicados a las terminales 1 y 0.

SCR:Un caso especial la transicin aencendido es activa mientras que latransicin a apagado es pasiva.

Interruptor de un cuadrante: i(t)de encendido y v(t) de apagado sonunipolares.


El diodo

Un interruptor pasivo.

Un interruptor de un cuadrante.


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p

Puede conducir corriente positivaen estado de encendido.

Puede bloquear voltaje negativoen estado de apagado.

Teniendo en cuenta que los puntosde operacin de los estados deencendido y apagado radican en lacaracterstica i-v del diodo,entonces el interruptor puede

implementarse usando un diodo.


El Transistor de Unin Bipolar (BJT) y el Transistor Bipolar deCompuerta Aislada (IGBT)

Un interruptor activo controladopor la terminal C.


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Interruptor de un cuadrante.

Puede conducir corriente positivaen estado de encendido.

Puede bloquear voltajes positivosen estado de apagado.

Teniendo en cuenta que los puntosde operacin de los estados deencendido y apagado radican en lacaracterstica i-v del transistor,

entonces el interruptor puedeimplementarse usando un BJT oun IGBT.


El Transistor de Efecto de Campode Metal-xido (MOSFET)

Un interruptor activo controlado porla terminal C.


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Normalmente operado como un

interruptor de un cuadrante.

Puede conducir corriente positiva enestado de encendido (tambin puedeestado de encendido (tambin puedeconducir corriente negativa enalgunas circunstancias).

Puede bloquear voltajes positivos enestado de apagado.

Teniendo en cuenta que los puntosde operacin de los estados de

encendido y apagado radican en lacaracterstica i-v del MOSFET,entonces el interruptor puedeimplementarse usando un MOSFET.


Implementacin de interruptoresusando transistores y diodos


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Implementacin del convertidor Buck usando interruptores deun cuadrante


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Interruptores de corriente bidireccionalde dos cuadrantes

Usualmente, un interruptor activocontrolado por la terminal C.

Normalmente operado como


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Normalmente operado como

interruptor de dos cuadrantes.

Puede conducir corriente positivao nega va en es a o eencendido.

Puede bloquear voltajes positivosen estado de apagado.

Teniendo en cuenta que los puntosde operacin de los estados de

encendido y apagado radican en lacaracterstica i-v compuesta,entonces el interruptor puedeimplementarse como se muestra.


Interruptores de dos cuadrantes


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en estado apagadoen estado apagado

Diodo del MOSFET de Potencia


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Un inversor sencillo


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156/687


157/687

Cargador/descargador bidireccional de bateras


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Interruptores de dos cuadrantesy voltaje bidireccional

Usualmente, un interruptor activocontrolado por la terminal C.

Normalmente operado como uninterruptor de dos cuadrantes


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interruptor de dos cuadrantes.

Puede conducir corriente positiva enestado de encendido.

Puede bloquear voltajes positivos o

negativos en estado de apagado. Teniendo en cuenta que los puntos

de operacin de los estados deencendido y apagado radica en lacaracterstica i-v compuesta,entonces el interruptor puederealizarse como se muestra.

El SCR es un interruptor de este tipo,sin control de apagado.


Interruptores de dos cuadrantes


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en estado apagadoen estado apagado

Ejemplo: Inversor Buck-Boost DC-3AC


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Tres formas de realizar uninterruptor de cuatro cuadrantes


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Convertidor de matriz 3ac-3ac


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Rectificadores sncronos


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Convertidor Buck con un rectificador sncrono

El MOSFET Q2 escontrolado paraencenderse cuando el


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diodo normalmenteconduce.

Las prdidas deconduccin del

semiconductor pueden serarbitrariamente pequeasreduciendo la resistenciade encendido del MOSFET.

til en aplicaciones debajo voltaje y altacorriente.



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El Modo de Conduccin Discontinuo

1. Origen del modo de conduccin discontinuo y ellmite entre modos.


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2. Anlisis de la razn de conversin M(D,K)

3. Ejemplo con el convertidor Boost

4. Resumen


Introduccin al Modo de Conduccin Discontinuo (MCD)

Ocurre porque el rizado en la corriente del inductor o en el voltaje delcapacitor causa que la corriente o voltaje aplicados al interruptor seinviertan, debido a que la corriente (o voltaje) unidireccional asumidadurante la implementacin del interruptor es violada.


169/687

Comnmente ocurre en convertidores dc-dc y rectificadores, que tieneninterruptores de uno o cuatro cuadrantes. Tambin puede ocurrir en

.

Ejemplo tpico: convertidor dc-dc operando con una carga ligera (carga debaja corriente). A veces los convertidores dc-dc y los rectificadores se

disean a propsito para operar en MCD para cualquier carga. Las propiedades de los convertidores cambian radicalmente cuando se

entra en MCD: M se vuelve dependiente de la carga.

La impedancia de salida se incrementa.

Las dinmicas se alteran.

El control del voltaje de salida se puede perder cuando se remueve la carga.


Origen del Modo de Conduccin Discontinuo ysu lmite.


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171/687

Continua la reduccin de la corriente de carga


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K y Kcrit vrs D


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Note que Kcrit= D 1 entonces si escogemos K > max(Kcrit) o K > 1, elconvertidor opera en modo de conduccin continua para cualquier valor posible deD.

Tambin note que el lmite entre los modos depende no solo de D, tambin de R (locual afecta la corriente promedio en el inductor), de L (lo cual afecta el rizo i) y Ts

(el cual tambin afecta el rizado).


Resistencia de carga crtica Rcrit


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para MCC

para MCD

Resumen: Lmite entre modos


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Ejemplo: Anlisis de un convertidor bucken MCD

Tcnicas de anlisis para el MCD:

Balance volt-segundos del inductor:

Balance de carga del capacitor:

==ST

LS

L dttvTv

00)(

1


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Balance de carga del capacitor:

==ST

o CCdttii 0)(

1

Se aplica la aproximacin de pequeo rizado:

Las ecuaciones de estado estacionario del convertidor obtenidas

por medio del balance de carga para cada capacitor y el balance

volt-segundo para cada inductor. La aproximacin de pequeo

rizado se debe usar con precaucin.

S

IiIti

VvVtv

>


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Subintervalo 1


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Subintervalo 2


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Subintervalo 3


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Balance volt-segundos en el inductor


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Balance de carga del capacitor

Ecuacin de nodo:

Balance de carga delcapacitor:


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Entonces


Se debe calcular lacomponente dc de la corrientedel inductor y se iguala a lacorriente de carga (para elcaso de este convertidorbuck).

Forma de onda de la corriente del inductor


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Solucin para V


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Convertidor Buck M(D, K)


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Estudiar pginas 140a186,Interruptores yModo deConduccin Discontinuo.

Prctica de Conceptos:


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Prctica deConceptos:Hacer ejercicios delTutorialpginas 205a333,Modo deConduccin Discontinuo.

Preparacin para lasiguiente clase: , .



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para MCC

para MCD

Lmite entre modos


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Lmite entre modos


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Subintervalo 2


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Subintervalo 3


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Solucin para V

Dos ecuaciones y dos incgnitas:

(del balance volt-segundos del inductor)

(del balance de carga del capacitor)Se elimina D2 se resuelve para V. De la ecuacin del balance volt-segundos:


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Se substituye en la ecuacin del balance de carga y se reordenan lostrminos:

Solucin para V

Use la frmula cuadrtica:


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Note que una de las races lleva a un V positivo mientras queel otro lleva a un V negativo. Se selecciona la raz positiva:

DondeVlido para

El ciclo de trabajo del transistor D = intervalo 1, ciclo detrabajo D1.


Caractersticas del convertidor Boost


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Resumen de las caractersticas en MCD


202/687


Resumen de las caractersticas en MCD

Las caractersticas del buck y el

boost en MCD son asintticas

para M = 1 y a la caracterstica del

buck-boost en MCD.

La caracterstica del buck-boost

.


203/687

Las caractersticas de MCC y

MCD intersecan al modo en el

lmite.

La caracterstica del boost en

MCD es cercanamente lineal.


Resumen

1. El modo de conduccin discontinuo ocurre, paraconvertidores que poseen interruptores con corrientes ovoltajes unidireccionales, cuando los rizados de lacorriente del inductor y de la corriente del capacitor es lo

bastante grande para invertir la polaridad de la corrientedel volta e del interru tor.


204/687

2. Las condiciones de operacin en el modo de conduccindiscontinuo se puede determinar cuando los rizados de la

corriente del inductor o el voltaje del capacitor y suscomponentes dc causan que la corriente de encendido yel voltaje de apagado inviertan su polaridad.

3. El razn de conversin dc M de los convertidores que

operan en un modo de conduccin discontinuo puedeencontrarse aplicando los principios de balances volt-segundos en el inductor y de carga en el capacitor.


Resumen

4. Se requiere un cuidado extra cuando se aplica laaproximacin de pequeo rizado. Algunas formas deonda, como la forma de onda del voltaje, pueden tenerun pequeo rizado tal que se puede despreciar. Otras

formas de onda como las de corriente de los inductoresueden tener un ran rizado ue no se uede des reciar.


205/687

5. Las caractersticas de un convertidor cambiasignificativamente cuando los convertidores entran en

MCD. El voltaje de salida se vuelve dependiente de lacarga, lo que resulta en un incremento en la impedanciade salida del convertidor.


Convertidor Buck Boost en MCDProblema


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Convertidor Buck Boost en MCDProblema


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Convertidor Buck Boost en MCDSolucin


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Estudiar pginas 188a213,Modo deConduccin Discontinuo.

Hacer ejercicios delTutorialpginas 205a333,Modo deConduccin Discontinuo


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Conduccin Discontinuo.

Preparacin para lasiguiente clase:Leerpginas 215a256,Topologas.

eerp g nas a , onver ores on s am en o.Leerpginas 322a343,Choppers.



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Topologa de los Convertidores

Topologa de Convertidores

Topologa de los Convertidores en Modo Conmutado

1. Manipulaciones de circuitos. De dnde seoriginan los convertidores buck, boost, buck-boost yotros?

2. Una pequea lista de convertidores. Cmo seuede obtener un convertidor cuando se tienen unas

propiedades dadas?Cules convertidores son


216/687

p p posibles?

3. Transformadores de aislamiento. Cmo sepuede incorporar un transformador de aislamiento enun convertidor?

4. Evaluacin y diseo de convertidores. Parauna aplicacin dada, cul es el mejor convertidor?


Manipulacin de Circuitos


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Comencemos con el ms simple y bsico de los convertidores, el Buck:

El interruptor cambia con las componentes Dc, el filtro pasa bajas remueve lasarmnicas de conmutacin

La razn de conversin es M = D

Inversin de la Fuente y la Carga

Ejemplo Convertidor Buck


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Inversin de la Fuente y la Carga


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La reversin del flujo de

potencia requiere una

nueva implementacin

de interruptores.

cuando el interruptor se


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cuando el interruptor se

encuentra en la posicin

2. Se intercambian D y D

21

1V

D'V =


Conexin de Convertidores en Cascada


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Convertidor Buck en cascadacon un convertidor Boost


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Buck en cascada con un boost:Simplificacin del filtro interno


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Convertidor Buck-Boost no inversor


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Reversin de la polaridad del voltaje de salida


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Reduccin del nmero de interruptores:Buck-Boost inversor


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Conecciones en cascada

Las propiedades del convertidor Buck-Boost vienendesde su derivacin como un Buck en cascada con unBoost:

Modelo del circuito equivalente: el transformador 1:Ddel Buck en cascada con el transformador D:1 del

oos .

Corriente de entrada pulsante del convertidor Buck


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Corriente de entrada pulsante del convertidor Buck.

Corriente de salida pulsante del convertidor Boost.

Otras conecciones en cascada son posible:

Convertidor uk: Boost en cascada con Buck.


Convertidor Boost en cascada con un Buck:Convertidor uk no inversor


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Intervalos del Convertidor uk no Inversor

Por analoga con la derivacin Buck-Boost, se puede obtener una salida

negativa por la polaridad inversa del capacitor (V1) durante el segundo


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g p p p ( ) g

intervalo. De nuevo, esto tambin reduce el nmero de conmutaciones:


Convertidor uk inversor


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Rotacin de la celda de tres terminales


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Rotacin de una red dual de tres terminales


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Salidas a.c. Conexin diferencial de la carga

En muchas aplicaciones se requiere una salida de a. c., entonces se

necesita un convertidor que sea capaz de producir una salida de cualquier

polaridad.


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De los convertidores que hemos estudiado hasta ahora (Buck y Boost)

pueden producir una salida de voltaje unipolar y positiva, mientras que el

Buck Boost y el uk producen una salida unipolar negativa.


Conexin diferencial de cargapara obtener un voltaje de salida bipolar

El voltaje diferencial de carga es

Las salidas V1 y V2 pueden ser

ambas positivas pero el voltaje


234/687

ambas positivas pero el voltaje

diferencial de salida V puede serpositivo o negativo.


Conexin diferencial usando dos Bucks

El transistor del convertidor #1 esmanejado con un ciclo de trabajo D.

El transistor del convertidor #2 es

manejado con el ciclo de trabajo

complementario D.

El voltaje diferencial de carga es:


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Simplificando:


Razn de conversin M(D),Convertidores Buck diferencialmente conectados


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Simplificacin del filtro del circuito,convertidores Buck diferencialmente conectados


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Simplificacin del filtro del circuito,convertidores Buck diferencialmente conectados


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Conexin diferencial para obtener un inversor 3

Con una carga 3 balanceada, elvoltaje de neutro es

Los voltajes de fase son


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Se controlan los convertidores deforma tal que sus voltajes desalida contienen la mismapolaridad dc. Su polaridad dcaparecer en el neutro Vn. steentonces se cancela, as, losvoltajes de fase no contienenpolaridad dc.


Conexin diferencial 3 de tres convertidores Buck


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Conexin diferencial 3 de tres convertidores Buck


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El inversor de fuente de corriente 3


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Una pequea lista de convertidores

Son realizables un nmero infinito de convertidores, el cualcontiene interruptores incluidos en una red de inductores ycapacitores.

Dos clases simples de convertidores son:

Convertidores de una entrada y una salida (SISO)que contienen un solo inductor. El periodo deconmutacin se divide en dos subintervalos. A staclase pertenecen 8 convertidores


243/687

clase pertenecen 8 convertidores.

Convertidores SISO que contienen dos inductores. Elperiodo de conmutacin se divide en dossubintervalos. En sta clase se enlistan los miembrosms interesantes.


Convertidores SISO que contienen un inductor

Se usan interruptores para conectar el inductor entre lafuente y la carga, de una manera durante el primersubintervalo y de otra durante el segundo.

Existen un nmero limitado de formas de hacer esto,

entonces, todas las combinaciones posibles pueden serencon ra as.

Despus de la eliminacin de casos redundantes odegenerados se encuentran 8 convertidores:


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degenerados, se encuentran 8 convertidores: Convertidores dc-dc: Buck, Boost, Buck-boost, Buck-boost no

inversor.

Convertidores dc-ac: Puente, Watkins-Johnson.

Convertidores ac-dc: Puente alimentado por corriente, Watkins-

Johnson inverso.


Convertidores que producen unvoltaje de salida unipolar


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Convertidores que producen unvoltaje de salida unipolar


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Convertidores que producen un voltaje de salida bipolar,convenientes como inversores dc-ac


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Convertidores que producen un voltaje de salida bipolar,convenientes como rectificadores ac-dc


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Varios miembros de la clase de convertidorescon dos inductores


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Varios miembros de la clase de convertidorescon dos inductores


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Electrnica IndustrialConvertidores DC-DC con


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Transformadores de Aislamiento

Convertidores con Transformadores de Aislamiento

Transformadores de aislamiento

Objetivos: Aislamiento de las conexiones a tierra en la entrada y la

salida para cumplir requerimientos de seguridad.

Reduccin del tamao del transformador debido a la

incorporacin de transformadores de aislamiento de alta.

Minimizacin del voltaje y la corriente de estrs cuandose necesita una razn de conversin grande hacia arriba


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o hacia abajo. Uso del radio de vueltas deltransformador.

Se obtienen mltiples voltajes de salida debido amltiples devanados en el secundario del transformadory mltiples circuitos convertidores en el secundario.


Un modelo simple de un transformador


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Inductancia de magnetizacin LM

Modelos de magnetizacin delmaterial del ncleo deltransformador.

Aparece efectivamente en paralelocon el devanado.

Si todos los devanadossecundarios son desconectadosentonces el devanado secundariose comporta como un inductor,igual a la inductancia demagnetizacin.


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En dc: la inductancia demagnetizacin tiende a ser uncorto circuito. Los tranformadoresno dejan pasar voltaje dc.

El transformador se satura cuandola corriente de magnetizacines muy grande.

Mi


Balance volt-segundos en LM

La inductancia de magnetizacin esun inductor real que obedece:

integrando:

determina por la integral del voltajede devanado aplicado. La corrientede magnetizacin y las corriente de

d d tid d


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devanado son cantidadesindependientes. Se aplica elbalance volt-segundos; en estadoestacionario, , entonces:


Reseteo del transformador

Reseteado del transformador es el mecanismo mediante elcual se obtiene el balance volt-segundo de la inductancia demagnetizacin.

La necesidad de resetear los volt-segundos del transformador acero al final de cada periodo de conmutacin se suma a laconsiderable complejidad de los convertidores.

Para entender la operacin de los convertidores contransformador de aislamiento:

Se reemplaza el transformador por el modelo de un circuito

i l t t l i d t i d ti i


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equivalente que contenga la inductancia de magnetizacin. Se analiza el convertidor como es usual, tratando la

inductancia de magnetizacin como otro inductor.

Se aplica el balance volt-segundos para todos los inductores

del convertidor, incluyendo a la inductancia demagnetizacin.


Convertidores aislados de Puente Completoy Medio Puente


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Puente completo con un circuitoequivalente del transformador


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Formas de onda del Puente Completo

Durante el primer pediodo deconmutacin: conducen lostransistores Q1 y Q4 durante DTs,aplicando volt-segundos VgDTS aldevanado primario.

Durante el siguiente periodo:conducen los transistores Q2 y Q3durante DTS, aplicando volt-

segundos VgDTS al devanadoprimario.

El balance volt-segundo del

transformador se obtiene despus


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transformador se obtiene despusde dos periodos de conmutacin.

Hay efectos por no idealidades?


Efecto de las no idealidadesen el balance volt-segundos del transformador

Volt-segundos aplicados al devanado primario durante el primer periodode conmutacin:

(Vg-(cada de voltaje positivo Q1 y Q4))(tiempo de conduccin deQ1 y Q4)

Volt-segundos aplicados al devanado primario durante el siguienteperiodo de conmutacin:

-(Vg-(cada de voltaje positivo Q1 y Q4))(tiempo de conduccin deQ1 y Q4)

Estos volt-segundos nunca suman un cero exacto.

Los volt-segundos netos se aplican al devanado primario.

La corriente de magnetizacin se incrementa en magnitud mslentamente


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lentamente.La saturacin se puede prevenir poniendo un capacitor en serie con elprimario o usando un modo de corriente progamada.


Operacin de los diodos del lado secundario

Durante el segundosubintervalo (D), ambosdiodos conducen.

La corriente del inductor delfiltro de salida se divideaproximadamente entre los

diodos.

La relacin amp-vueltas delsecundario se aproxima a

cero


261/687

cero. Escencialmente no hay

magnetizacin del ncleodel transformador debido alas corrientes del devanadosecundario.


Balance volt-segundos en elinductor del filtro de salida


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Convertidor Buck con Medio Puente Aislado

Reemplazo de los transistores Q3 y Q4 con capacitores


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Reemplazo de los transistores Q y Q con capacitoresgrandes.

El voltaje en el punto central del capacitor es 0.5 Vg.

vS(t) se reduce en un factor de dos

M=0.5 nD


Convertidor Forward

Convertidor derivado Buck con transformador aislado.

Versiones de un y dos transistores


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Versiones de un y dos transistores.

El ciclo de trabajo mximo se limita.

El transformador se resetea mientras el transistor se

apaga.


Convertido forward con el circuitoequivalente del transformador


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Formas de Onda del convertidor forward

La corriente demagnetizacin, en

conjunto con el Diodo

D1, operan en MCD.

salida, en conjunto con

el Diodo D3, puede

operar ya sea en MCC oMCD


266/687

operar ya sea en MCC oen MCD.


Subintervalo 1: el transistor conduce


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Subintervalo 2: el transformador se resetea


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Subintervalo 3


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Balance volt-segundos de la inductancia de magnetizacin


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Reseteo del transformador

Del balance volt-segundos de la corriente de magnetizacin:

Resolviendo para D2:

D3 no puede ser negativo. Pero . Entonces

Resolucin para D


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p


Qu pasa cuando D > 0.5?


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Razn de conversin M(D)


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Mximo ciclo de trabajo vs.voltaje de estrs del transistor


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El convertidor Forward de dos transistores


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Convertidor Buck push-pull aislado


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Push-pull: Formas de Onda

Usado con entradas de bajovoltaje.

El circuito del lado secundario es

idntico al del Puente Completo.

Como con el Puente Completo, el

balance volt-segundos deltransformador se obtiene despus

de dos periodos de conmutacin.

Hay efectos de no idealidades en

el balance volt-segundos del

transformador?

El t l d i t d


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El control de corriente programado

puede usarse para mitigar los

problemas de saturacin del

transformador. El control del ciclode trabajo no es recomendado.


Convertidor Flyback


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Derivacin del convertidor Flyback


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El Transformador Flyback

Un inductor de dos devanados. El smbolo es el mismo que el

del transformador, pero funciona

significativamente diferente al

transformador ideal.

La energa se almacena en lainductancia de magnetizacin.

La inductancia de magnetizacin

es relativamente pequea.

La corriente no fluye simultneamente en el primario y en el secundario. Los voltajes instantneos del devanado siguen la relacin de vueltas.


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j g

Las corrientes instantneas (y RMS) del devanado no siguen la relacinde vueltas.

Se modela como una inductancia de magnetizacin en paralelo con untransformador ideal.


Subintervalo 1


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Subintervalo 2


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Formas de Onda y solucin del MCC del Flyback

Balance volt-segundos:

El razn de conversin es:

La componente dc de la corrientede magnetizacin es:

La componente dc de la corriente


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La componente dc de la corrientede fuente es:


Circuito equvalente modelo:MCC del Flyback


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Convertidor Flyback: Discusin

Ampliamente usados en aplicaciones de baja potencia y/oalto voltaje. Bajo nmero de partes. Mltiples salidas son fciles de obtener, con un mnimo de

partes adicionales. La regulacin cruzada es inferior a los convertidores

La regulacin cruzada es inferior a los convertidoresaislados derivados del Buck.

Frecuentemente operado en MCD.

Anlisis en MCD: Buck-boost en MCD con relacin devueltas.


285/687

.


Convertidores aislados derivados del Boost

Una amplia variedad de convertidores aisladosdc-dc derivados del Boost pueden serencontrados: Convertidores Boost aislados de Puente Completo y

Medio Puente. Convertidor Forward inverso

De estos, los convertidores aislados derivados delBoost Puente Completo y Medio Puente son losms populares y son brevemente discutidos aqu.


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Puente Completo con transformadoraislado derivado del convertidor Boost


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Mecanismo de reseteo del transformador

Como en la topologa depuente completo del Buck, elbalance volt-segundos deltransformador se obtienedespus de dos periodos deconmutacin.

Durante el primer periodo deconmutacin: los transistoresQ1 y Q4 conducen duranteDTS, aplicando volt-segundosVDTS en el devanado

secundario. Durante el siguiente periodode conmutacin: los


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transistores Q2 y Q3 conducendurante DTS, aplicando volt-segundos -VDTS en eldevanado secundario.


Razn de conversin M(D)

Aplicacin del balancevolt-segundos a la formade onda del inductor:

Boost con relacin de

vueltas n.


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Convertidor Push-Pull derivado del Boost


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Convertidor Push-Pull basado en el convertidor Watkins-Johnson


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Versiones aisladas de los convertidoresSEPIC y uk


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SEPIC aislado


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SEPIC inverso


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Obtencin de aislamiento en el convertidor uk


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Convertidor uk aislado

Discusin:

Los capacitores C1a y C1b aseguran que no se aplican voltajes dc a los

devanados primario o secundario del transformador.

El transformador funciona de manera normal, con una pequea corriente de

magnetizacin y un almacenamiento de energa despreciable en la

inductancia de magnetizacin


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inductancia de magnetizacin.


Evaluacin y Diseo del convertidor

Para una aplicacin dada, cul es la mejor topologa deconvertidor?No existe un convertidor fundamental, que satisfagaperfectamente todas las posibles aplicaciones.

Estudios comerciales:Diseos escabrosos para que varias topologas de

Diseos escabrosos para que varias topologas deconvertidores cumplan las especificaciones dadas.Una comparacin cuantitativa no polarizada de las corrientesy voltajes peor caso del transformador, el tamao deltransformador, etc.Comparacin por medio del estrs de conmutacin, utilizacin


297/687

.

de interruptores y costo del semiconductor.Diseo con computadora.


Estrs de conmutacin y utilizacin de interruptores

El costo ms grande de un convertidor lo representausualmente los dispositivos semiconductores activos.Las prdidas de conduccin y conmutacin asociadas con losdispositivos semiconductores activos, frecuentementedominan las otras fuentes de prdidas.

Esto sugiere que los convertidores candidatos a evaluar seencuentra comparando el voltaje y la corriente de estrsimpuestos en los dispositivos semiconductores activos.

La minimizacin del estrs total de conmutacin conlleva unareduccin en las prdidas y una minimizacin del rea total desilicn requerida para realizar los dispositivos de potencia del


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silicn requerida para realizar los dispositivos de potencia delconductor.


Estrs total activo de conmutacin S

En un convertidor que tiene kdispositivos semiconductores activos, el estrstotal activo de conmutacin se define como:

Donde

Vjes el voltaje pico aplicado al interruptorj

IJes la corriente rms aplicada al interruptorj(la corriente pico se usa

En un buen diseo, se minimiza el estrs total activo de conmutacin2


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Utilizacin activa del interruptor U

Se desea minimizar el estrs total activo de conmutacin y a su vez,maximizar la potencia de salida Pcarga.La utilizacin activa del interruptorUse define como

La utilizacin activa del interruptor es la potencia de salida del.mide que tan bien utiliza un convertidor sus dispositivossemiconductores.

La utilizacin activa del interruptor es menor que 1 en convertidores detransformador aislado y es una cantidad a maximizar.

Un convertidor con baja utilizacin del interruptor requieren un reaextra activa de silicn y opera a una relativa baja potencia.

La utilizacin activa del interruptor es una funcin del punto de


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La utilizacin activa del interruptor es una funcin del punto deoperacin del convertidor.


Ejemplo con el convertidor Flyback en MCC: Determinacin deS

Durante el subintervalo 2, elvoltaje de bloqueo deltransistor VQ1,pkse iguala aVg ms el voltaje de cargareflejado:

La corriente del transistorcoincide con ig(t). Su valorrms es:

El estrs de conmutacin S


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El estrs de conmutacin Ses:


Ejemplo con el convertidor Flyback en MCC: Determinacin deU

Se expresa la potenciade carga Pcarga en

trminos de Ve I:

MCC

previamente derivada

es:

Entonces, la utilizacin

del interruptor U es:


302/687

del interruptorUes:


Ejemplo con el Flyback:Utilizacin del interruptor U(D)

Para valores de V, Vg

y Pcarga

dados, el diseador puedeescoger un D arbitrario. Larelacin de vueltas n debeentonces escogerse de

acuerdo con

en

Para un diseo con un solopunto de operacin, escoger D

= 1/3.Un D pequeo conlleva unagran corriente de transistor.


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gUn D grande conlleva un gran

voltaje de transistor.Convertidores con Transformadores de Aislamiento

Comparacin de utilizaciones de interruptores para algunosconvertidores comnes


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Control Programado por Corriente


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Control Programado por CorrientevrsControl por Ciclo de Trabajo


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se requiere un filtro en la seal de sensado.


Oscilacin para D > 0.5


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Corriente del InductorModo de Conduccin Continuo


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Corriente del Inductor en Estado EstacionarioControl Programado por Corriente

Primer Intervalo:

Despeje D:

Segundo Intervalo:

En estado estacionario:


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ESTABILIDAD DEL CONTROLADOR

Se desea determinar la estabilidad del controlador, estableciendo si la perturbacindecae a cero despus de n intervalos.

Considere una pequea perturbacin en

tal que


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CORRIENTE DEL INDUCTORCON PERTURBACIN

Onda en estado

estacionario

Perturbacin


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Cambio en la Corriente del Inductor durante un periododebido a la perturbacin

acercamientoOnda en estado estacionario

Perturbacin


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Cambio en la Corriente del Inductor durante muchos periodosdebido a la perturbacin

Para estabilidad:


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Ejemplo: Operacin Inestable D = 0.6


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Ejemplo: Operacin Estable D = 1/3


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Estabilizacin al Aadir una Rampa Artificial ala corriente medida del switch


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Formas de Onda en Estado Estacionariocon la rampa artificial


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Anlisis de Estabilidad: Perturbacin

Onda en estado

estacionario

Perturbacin


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Anlisis de Estabilidad: cambio debido a la perturbacindespus de muchos periodos

Primer Intervalo:

Segundo Intervalo:

Cambio Neto en un Periodo Completo:

Despus de n periodos de conmutacin:

Valor caracterstico:


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El valor caracterstico


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Variadores de Velocidad de Motores DC

Choppers


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Choppers

Variadores de Velocidad de Motores D. C.Choppers

Objetivos: Controlar la velocidad del motor. Encender el motor bajo condiciones controladas. Proveer mximo torque cuando se necesite. Ejecutar las funciones anteriores tan eficientemente como sea posible.

Cuando la potencia de entrada es dc, se requiere un convertidor dc a dc.

Cuando la potencia de entrada es dc, se requiere un convertidor dc a dc.El convertidor Buck es el ms comunmente usado.

Algunas aplicaciones grandes de estos sistemas son transporte de masa(BART, etc) y servo sistemas dc.


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. Choppers


Armadura

Campo


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Campo

Choppers


Armadura

CampoCampo


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Choppers

Fuente EMF causada por la

rotacin de los conductores dearmadura en presencia del campo:

Torque causado por la corriente

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