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Convertidores Continua/ Continua: Topologías básicas Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Área de Tecnología Electrónica de la Universidad.

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Presentación del tema: "Convertidores Continua/ Continua: Topologías básicas Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Área de Tecnología Electrónica de la Universidad."— Transcripción de la presentación:

1 Convertidores Continua/ Continua: Topologías básicas Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

2 ¿Qué es un convertidor CC/CC? + Convertidor CC/CC Fuente primaria de tensión continua Carga (sistema electrónico) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

3 Convertidores en los sistemas de alimentación Convertidores CA/CC Con alto contenido de armónicos de baja frecuencia. Con bajo contenido de armónicos de baja frecuencia. Convertidores CC/CC Convertidores conmutados. Convertidores lineales Convertidores CC/CA Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

4 Carga Realimentación Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (I) Idea básica Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

5 Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (II) Realización física Carga Realimentación Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

6 Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (III) Cálculo del rendimiento VgVg VTVT VOVO IgIg I R I g = (V O ·I R ) / (V g ·I g ) V O / V g IRIR El rendimiento depende de la tensión de entrada. El convertidor sólo puede reducir la tensión de entrada. Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

7 Sistemas basados en reguladores lineales Red CA Carga1 +5V Carga2 +15V Carga3 -15V Transformador de baja frecuencia Rectificadores Reguladores Lineales Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

8 Sistema de alimentación basado en reguladores lineales Pocos componentes. Robustos Sin generación de EMI Pesados y voluminosos Bajo rendimiento Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

9 Convertidores CC/CC conmutados (I) Idea básica Carga Regulador lineal VgVg Carga PWM VOVO + - VOVO VgVg t Regulador conmutado Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

10 Convertidores CC/CC conmutados (II) Filtrando la tensión sobre la carga VgVg PWM VOVO + - VOVO VgVg t VFVF VgVg t VOVO Filtro pasa- bajos VgVg VOVO + - VFVF + - Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

11 Convertidores CC/CC conmutados (III) ¿Se puede usar un filtro C? VFVF VgVg t VOVO Filtro pasa- bajos VgVg VOVO + - VFVF + - VgVg VOVO + - VgVg t VOVO NO se puede Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

12 Convertidores CC/CC conmutados (IV) ¿Se puede usar un filtro LC sin más? VgVg VOVO + - porque interrumpe bruscamente la corriente en la bobina iLiL Filtro pasa- bajos VgVg VOVO + - VFVF + - NO se puede Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

13 Convertidores CC/CC conmutados (V) El primer convertidor básico: El convertidor REDUCTOR (Buck) este diodo soluciona los problemas Filtro pasa- bajos VgVg VOVO + - VFVF + - VgVg VOVO + - VFVF + - VFVF VgVg t VOVO Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

14 Análisis del convertidor reductor (Buck) (I) Hipótesis del análisis: La tensión de salida no varía en un ciclo de conmutación. La corriente en la bobina no llega a valer nunca cero (modo continuo de conducción). T d·T t t t t iSiS iDiD iLiL Mando iSiS iLiL iDiD VgVg VOVO i D = i L VOVO - + i S = i L VgVg VOVO + - Durante d·T Durante (1-d)·T Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

15 Análisis del convertidor reductor (II) ¿Cómo calcular la relación entre variables eléctricas? Para ello, vamos a recordar dos propiedades de las bobinas y de los condensadores en circuitos que estén en régimen permanente: La tensión media en una bobina es nula. La corriente media en un condensador es nula. En caso contrario, crecería indefinidamente la corriente en la bobina y la tensión en el condensador (incompatible con el régimen permanente). + - Circuito en régimen permanente v L = 0 i C = 0 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

16 Análisis del convertidor reductor (III) Frecuentemente, cuando se opera en modo continuo de conducción, la forma de onda de tensión en la bobina es rectangular suma de productos voltios·segundos = Circuito en régimen permanente v L = 0 iLiL T d·T t t iLiL Mando vLvL t - + Áreas iguales Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

17 Análisis del convertidor reductor (IV) Aplicación del balance suma de productos voltios·segundos = 0 T d·T t t iLiL Mando vLvL t - + V g - V O IOIO - V O (V g - V O )·d·T - V O ·(1-d)·T = 0 V O = d·V g Corriente media nula por el condensador + - v L = 0 VgVg IOIO VOVO + - iLiL i C = 0 R i L = I O = V O /R Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

18 Análisis del convertidor reductor (V) Aplicación del balance de potencias i S = I O ·V O /V g i S = I O ·d Corriente media por el diodo i D = i L - i S i D = I O ·(1-d) v S max = v D max = V g VOVO + - VgVg IOIO R iSiS iLiL iDiD + - vSvS vDvD + - Tensiones máximas T d·T t t iSiS iDiD iSiS iDiD Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

19 Análisis del convertidor reductor (VI) Otra forma de razonar (I): + - v L = 0 VgVg VOVO + - R vDvD + - v D = d·V g vDvD VgVg t vDvD T d·T v D = v L + V O v D = v L + V O = V O Luego: V O = d·V g Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

20 Análisis del convertidor reductor (VII) Otra forma de razonar (II): V O = V g ·d I O = i g /d Transformador ideal de continua VgVg VOVO + - R IOIO igig 1 : d Esta forma de razonar es válida para cualquier convertidor no disipativo (combiando la relación de transformación). Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

21 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (I) Partimos del convertidor reductor: VgVg VOVO Controlado por el mando Incontrolado VgVg R VOVO Convertidor reductor VgVg VOVO d 1-d Flujo de potencia Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

22 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (II) VgVg VOVO d 1-d Flujo de potencia V g V O Flujo de potencia V O V g d 1-d 1-d d VgVg d Este interruptor tiene que ser el controlado por el mando. Si no fuera así, habría un corto circuito permanente Reductor Otro convertidor Cambiamos las V Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

23 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (III) VOVO Flujo de potencia VgVg 1-d d Flujo de potencia VgVg VOVO d 1-d Cambiamos la forma de dibujar el circuito VgVg VOVO Convertidor ELEVADOR (Boost) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

24 El convertidor reductor frente al elevador v S max = v D max = V g v S max = v D max = V O V O = V g ·d V O = V g /(1-d) V g V O V O V g d 1-d 1-d d V O V g Modificaciones VgVg VOVO Reductor vDvD vSvS VgVg VOVO Elevador vDvD vSvS Siempre V O V g Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

25 Análisis del conv. elevador (Boost) (En modo continuo de conducción) Durante d·T i L = i D VgVg VOVO + - Durante (1-d)·T iLiL iDiD iSiS VgVg VOVO i L = i S VgVg Balance voltios·segundos V g ·d·T+(V g -V O )·(1-d)·T = 0 V O = V g /(1-d) R IOIO Balance de potencias i L = I O ·V O /V g i S = i L ·d i D = i L ·(1-d) T d·T t t t t iSiS iDiD iLiL Mando iLiL iSiS iDiD Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

26 El cortocircuito y la sobrecarga en el convertidor elevador VgVg R Este camino de circulación de corriente no puede interrumpirse actuando sobre el transistor. El convertidor no se puede proteger de esta forma. Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

27 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (I) d d 1-d Reductor Elevador VoVo + - ViVi + - VgVg V O /V g = (V O /V i )·(V i /V g ) = d/(1-d) 1-d d d VgVg VOVO VgVg VOVO Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

28 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (II) 1-d d d VgVg VOVO A B Durante d·T Durante (1-d)·T ¿Es posible agrupar interruptores? Basta invertir el terminal común (masa) en el subcircuito de (1-d)T VgVg A B VOVO - + A B Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

29 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (III) Durante d·T Durante (1-d)·T VOVO - + A B VgVg A B 1-d d VgVg VOVO A B Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

30 El convertidor reductor-elevador (buck-boost) (I) 1-d d VgVg VOVO + - vDvD V g ·d·T - V O ·(1-d)·T = 0 V O = V g ·d/(1-d) Balance voltios·segundos v S max = v D max = V g +V O = V g /(1-d) Tensiones máximas VOVO + - VgVg R + - vSvS vLvL + - Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

31 El convertidor reductor-elevador (II) VOVO + - VgVg IOIO R iLiL iDiD iSiS Balance de potencias i S = I O ·V O /V g i S = I O ·d/(1-d) Corriente media por el diodo i D = I O = V O /R Corriente media por la bobina i L = i D + i S i L = I O /(1-d) T d·T t t t t iSiS iDiD iLiL Mando iLiL iSiS iDiD Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

32 TB 1 TB 2 TC 1 TC 2 d 1-d TS 1 TD 1 TL 1 TS 1 TD 1 TL 1 TS 1 TD 1 TL 1 Reductor Reductor-elevador Elevador Otra forma de generar los convertidores básicos Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

33 Comparando reductor y reductor-elevador Reductor 50V 100V 2A 1A (medios) S D L 100W v S max = v D max = 100V i S =1A i D =1A i L =2A VA S = 100VA VA D = 100VA Reductor-elevador 50V 2A 100V 1A (medios) S D L 100W v S max = v D max = 150V i S =1A i D =2A i L =3A VA S = 150VA VA D = 200VA Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

34 Comparando elevador y reductor-elevador Elevador 50V 25V 2A 4A (medios) S D L 100W v S max =v D max = 50V i S =2A i D =2A i L =4A VA S = 100VA VA D = 100VA Reductor-elevador 50V 2A 25V 4A (medios) S D L 100W v S max = v D max = 75V i S =4A i D =2A i L =6A VA S = 300VA VA D = 150VA Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

35 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (I) (sólo una bobina y un diodo) Convertidor con 1 bobina y 1 diodo IOIO iLiL R VOVO + - VgVg i L = I O /(1-d) (elevador y reductor-elevador) i L = I O (reductor) T d·T t t iLiL Mando iLiL El valor medio de i L depende de I O : Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

36 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (II) Al variar I O varía el valor medio de i L Al variar I O no varían las pendientes de i L (dependen de V g y de V O ) t t iLiL iLiL iLiL iLiL iLiL iLiL t R1R1 R crit > R 2 R 2 > R 1 Todos los casos corresponden al llamado modo continuo de conducción (mcc), en el que es válido todo lo estudiado Este es el caso crítico Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

37 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (III) t t iLiL iLiL R crit t R 3 > R crit iLiL iLiL iLiL iLiL Sigue el modo continuo Modo discontinuo ¿Qué pasa si R > R crit ? Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

38 Comparación de la tensión de salida en ambos modos de conducción Recuérdese: Al variar I O varía el valor medio de i L t iLiL iLiL iLiL iLiL t R = R crit R < R crit iLiL iLiL t R > R crit Con parte negativa (modo continuo a baja carga), la tensión de salida sería la calculada en modo continuo. Cuando estamos en discontinuo no existe la parte negativa, lo que causa que la corriente media en la bobina crezca y por tanto lo haga la corriente y la tensión de salida. Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

39 Nos acercamos a las condiciones críticas (y por tanto al modo discontinuo) si: t t iLiL t iLiL iLiL Bajamos el valor de las bobinas (aumentan las pendientes) Bajamos el valor de la frecuencia (aumentan los tiempos en los que la corriente está subiendo o bajando) Aumentamos el valor de la resistencia de carga (disminuye el valor medio de la corriente por la bobina) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

40 Existen 3 estados distintos: Conduce el transistor (d·T) Conduce el diodo (d·T) No conduce ninguno (1-d-d)·T t iLiL Mando t iLiL vLvL T d·T t + - iDiD t iDiD Ejemplo VOVO VgVg VOVO VgVg VgVg VOVO VOVO VgVg (d·T) (1-d-d)·T(d·T) Modo discontinuo de conducción VOVO VgVg Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

41 VOVO VgVg (d·T) VOVO VgVg V g = L·i Lmax /(d·T) iLiL t iLiL vLvL T d·T t + - iDiD t iDiD VOVO VgVg i Lmax Relación de transformación M=V O / V g : M =d/(k) 1/2, siendo: k =2·L / (R·T) Relación de transformación en modo discontinuo (en el reductor-elevador) V O = L·i Lmax /(d·T) i D = i Lmax ·d/2 i D = V O /R Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

42 Relación de transformación en discontinuo, M: M = d / (k) 1/2, siendo: k = 2·L / (R·T) Relación de transformación en continuo, N: N = d / (1-d) En la frontera: M = N, R = R crit, k = k crit k crit = (1-d) 2 Modo continuo: k > k crit Modo discontinuo: k < k crit Frontera entre modos de conducción (en el reductor-elevador) t iLiL iLiL R crit Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

43 N = d 2 M = 1 + 4·k d2d2 k crit = (1-d) k crit max = 1 d M = k d N = 1-d k crit = (1-d) 2 k crit max = 1 2 M = 1 + 4·d 2 k 1 N = 1-d k crit = d(1-d) 2 k crit max = 4/27 Reductor Reductor- elevador Elevador Extensión a otros convertidores Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

44 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (I) No vale porque el transformador no se desmagnetiza LmLm Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

45 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (II) No vale porque el transformador se desmagnetiza instantaneamente (sobretensión infinita) LmLm D2D2 D1D1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

46 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (III) Esta es la solución LmLm Dipolo de tensión constante Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

47 Operación en régimen permanente de un elemento magnético con dos devanados Circuito en régimen permanente n 1 : n 2 v1v1 v2v (v i /n i ) = 0 v i = n i · d /dt = B - A = (v i /n i )·dt B A Ley de faraday: En régimen permanente: ( ) en un periodo = 0 Luego: Si se excita el elemento magnético con ondas cuadradas: suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

48 Operación en régimen permanente de un elemento magnético con varios devanados: ejemplo Suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0 (V 1 /n 1 )·d 1 ·T - (V 2 /n 2 )·d 2 ·T = 0 d 2 = d 1 ·n 2 ·V 1 /(n 1 ·V 2 ) t v i /n i T d 1 ·T t d 2 ·T + - V 1 /n 1 max V 2 /n 2 Para asegurar la desmagnetización: d 2 < 1 - d 1 V1V1 V2V2 n2n2 n1n1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

49 El convertidor directo (forward) (I) VgVg n2n2 n1n1 Desmagnetización basada en la tensión de entrada V 1 = V 2 = V g Teniendo en cuenta: d = d·n 2 /n 1 d < 1 - d obtenemos: d < n 1 /(n 1 + n 2 ) d max = n 1 /(n 1 + n 2 ) V1V1 V2V2 n2n2 n1n1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

50 El convertidor directo (II) VOVO n 2 :n 3 n1n1 + - v D2 vSvS + - v D1 + - VgVg v S max = V g +V g ·n 1 /n 2 = V g /(1-d max ) v D1 max = V g ·n 3 /n 1 v D2 max = V g ·n 3 /n 2 d max = n 1 /(n 1 + n 2 ) V g ·n 3 /n 1 VOVO + - Durante d·T VOVO - + Durante (1-d)·T V O = d·V g ·n 3 /n 1 (en modo continuo) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

51 El convertidor directo (III) i D2 VOVO VgVg n 2 :n 3 n1n1 iSiS iLiL i D1 i D3 iOiO i D2 ·n 3 /n 1 T d·T t Mando t iLiL iOiO d·T i D3 i D2 i D1 iSiS t t t t i D2 = I O ·d i D1 = I O ·(1-d) i m = V g ·T·d 2 /(2·L m ) (ref. al primario) i S = I O ·d·n 3 /n 1 + i m i D3 = i m Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

52 Comparando reductor y directo Reductor 50V 100V 2A 1A (medios) S D L 100W v S max =v D max =100V i S =1A i D =1A i L =2A VA S =100VA VA D =100VA VA S = 200VA VA D = 100VA Mayor V S max en el directo Directo 50V 2A 100V 1A (medios) S D1D1 L 100W 1 : 1:1 D2D2 D3D3 v S max =200V i S =1A i D1 = i D2 =1A v D1 max = v D2 max = 100V i L =2A Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

53 Variación de V g v D2 VOVO n 2 :n 3 n1n1 + - vSvS + - v D1 + - VgVg t v i /n i t + - V g /n 1 max V g /n 2 Alta V g t v i /n i t + - V g /n 1 max V g /n 2 Baja V g t v i /n i t + - V g /n 1 max Vg/n2Vg/n2 Mejores tensiones máximas Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

54 ¿Existen otras formas de desmagnetizar el transformador? t v i /n i t + - V g /n 1 max V C /n 1 Enclavamiento RCD (RCD clamp) Mal rendimiento Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. VCVC VgVg LmLm LdLd VgVg Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

55 Otras formas de desmagnetizar el transformador: Desmagnetización resonante Pequeña variación de V g Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. vTvT t + - (Resonant reset) vTvT + - VgVg LmLm LdLd VgVg Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

56 t v i /n i t + - V g /n 1 V C /n 1 Dos transistores Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. Flujo sin nivel de continua Otras formas de desmagnetizar el transformador: Enclavamiento activo (Active clamp) V C = V g ·d/(1-d) VCVC VgVg LmLm LdLd VgVg Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

57 Dos transistores Bajas tensiones en los semiconductores Otras formas de desmagn. el transf.: Convertidor directo con dos transistores t v i /n i t + - V g /n 1 max V g /n 1 d max = 0.5 V O = d·V g ·n 2 /n 1 (en modo continuo) v S1 max = v S2 max = V g v D1 max = v D2 max = V g v D3 max = v D4 max = V g ·n 2 /n 1 VgVg n 1 : n 2 S1S1 D4D4 D3D3 D1D1 D2D2 S2S2 VOVO Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

58 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor-elevador (I) Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

59 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor-elevador (II) La bobina y el transformador pueden integrarse en un único dispositivo magnético. Dicho dispositivo magnético se calcula como una bobina, no como un transformado. Debe almacenar energía. Normalmente tiene entrehierro Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

60 El convertidor de retroceso o convertidor indirecto (flyback) VOVO + - vSvS + - VgVg + - vDvD n1n1 n2n2 Suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0 d·T·V g /n 1 - (1-d)·T·V O /n 2 = 0 V O = V g ·(n 2 /n 1 )·d/(1-d) v D max = V g ·n 2 /n 1 + V O = V g ·(n 2 /n 1 )·/(1-d) v S max = V g +V O ·n 1 /n 2 = V g /(1-d) Máximas tensiones Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

61 Comparando retroceso y reductor-elevador Reductor-elevador 50V 2A 100V 1A (medios) S D L 100W v S max = v D max = 150V i S =1A i D =2A i L =3A VA S = 150VA VA D = 200VA Las solicitaciones eléctricas son iguales v S max = v D max = 150V i S =1A i D =2A VA S = 150VA VA D = 200VA 50V 2A 100V 1A (medios) S D 100W Retroceso 1:1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

62 Dos transistores Relación de transformación acotada Bajas tensiones en los semiconductores Otra forma del convertidor de retroceso: Convertidor de retroceso con dos transistores V O = V g ·(n 2 /n 1 )·d/(1-d) (en m.c.) d max = 0.5 v S1 max = v S2 max = V g v D1 max = v D2 max = V g v D3 max = V g ·(n 2 /n 1 )·/(1-d) VgVg n 1 : n 2 S1S1 D3D3 D1D1 D2D2 S2S2 VOVO Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

63 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor elevador No es posibleNo es posible incorporar aislamiento galvánico con un único transistor Con varios transistores puentes alimentados en corriente Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

64 ¿Cómo son las corrientes por los puertos de entrada y salida de un convertidor? d 1-d i2i2 i1i1 Puerto de entrada Puerto de salida i2i2 i1i1 1 : N t i1i1 t i2i2 Situación ideal Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

65 Corriente de entrada en cada convertidor t i1i1 i1i1 t t i2i2 t i2i2 t i2i2 i1i1 t Reductor-elevador i2i2 i1i1 Elevador i2i2 i1i1 Reductor i2i2 i1i1 ruidoso no ruidoso ruidoso no ruidoso ruidoso Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

66 Reductor Elevador Reductor-elevador Filtrando la corriente de entrada Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

67 ¿Existen convertidores con ambas corrientes poco ruidosas? i2i2 i1i1 Puerto de entrada Puerto de salida Convertidor CC/CC t i2i2 poco ruidosa t i1i1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

68 Convertidor elevador-reductor (I) V O /V g = (V O /V i )·(V i /V g ) = d/(1-d) Reductor Elevador d 1-d VoVo + - ViVi + - VgVg d vDvD + - T d·T t t vDvD Mando ViVi Elevador d 1-d ViVi + - VgVg vDvD + - Modificamos la posición relativa del condensador y el diodo Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

69 Convertidor elevador-reductor (II) T d·T t t vDvD Mando ViVi Elevador d 1-d ViVi + - VgVg vDvD + - d Reductor VoVo + - ViVi d vDvD + - T d·T t t vDvD Mando -V i La tensión v D en ambos casos es igual, salvo por el signo Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

70 Convertidor elevador-reductor (III): El convertidor de ´Cuk T d·T t t vDvD Mando -V i ViVi Elevador d 1-d + - VgVg vDvD + - Reductor VOVO Balance voltios-segundos en la bobina del elevador (lo mismo que en un elevador normal): V i = V g /(1-d) La tensión de salida es la media de la tensión en el diodo: V O = d·V i V O = V g ·d/(1-d) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

71 El convertidor de ´Cuk ViVi + - VgVg VOVO + - vDvD vSvS igig iOiO V i = V g /(1-d) V O = V g ·d/(1-d) v S max = v D max = V i = V g /(1-d) Teniendo en cuenta que las corrientes medias por los condensadores son cero: i S = i g i D = i O Los esfuerzos eléctricos son los mismos que en el convertidor reductor-elevador V i = V g + V O Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

72 El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (I) V i = V g + V O d·T (1-d-d)·T d·T ViVi VgVg VOVO VgVg VOVO ViVi VgVg VOVO ViVi i L2 i L1 i L2 t t di/dt = V g /L 1 di/dt = V g /L 2 di/dt = V O /L 1 di/dt = V O /L 2 i L2 i L1 i L1 + i L2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

73 El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (II) di/dt = V g /L 1 + V g /L 2 t i L1 + i L2 di/dt = V O /L 1 + V O /L 2 Llamando: 1/L eq = 1/L 1 + 1/L 2 queda: V g /L 1 + V g /L 2 = V g /L eq V O /L 1 + V O /L 2 = V O /L eq Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador la fórmula es la misma, usando L eq como inductancia: k = 2·L eq / (R·T) d M = k k crit = (1-d) 2 k crit max = 1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

74 Una propiedad interesante del convertidor de ´Cuk v L1 = v L2 = V g v L1 = v L2 = -V O v L1 = v L2 = 0 Para ambos modos: Las mismas tensiones en L 1 y L 2 v L1 + - d·T VgVg VOVO V g + V O v L2 - + L1L1 L2L2 d·T VgVg VOVO v L2 - + v L1 + - V g + V O L1L1 L2L2 (1-d-d)·T VgVg VOVO v L1 + - v L2 - + V g + V O L1L1 L2L2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

75 Acoplamiento de dos bobinas (I) n 1 : n 2 v L1 + - v L2 L d1 LmLm n1n1 v L2 · n2n v Lm L d2 n1n1 v L v L2 L2L2 L1L1 n2n2 M n1n1 v L1 + - L1L1 + - v L2 L2L2 n2n2 Bobinas sin acoplar Bobinas acopladas Circuito equivalente Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

76 n 1 : n v L2 LmLm n1n1 v L2 · n2n v LmO L d2 v L1 + - L d1 Acoplamiento de dos bobinas (II) Thèvenin n1n1 v LmO = v L2 · n2n2 LmLm · L m +L d2 + - v L1 + - L d1 L d2 ·L m L d2 + L m L sal = Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

77 Acoplamiento de dos bobinas (III) i L1 v L1 - v LmO = (L d1 + L sal )· di L1 dt Aplicamos la Ley de Faraday: Si v L1 = v LmO di L1 dt = 0 i L1 = cte. (sin rizado) n1n1 v LmO = v L2 · n2n2 LmLm · L m +L d2 + - v L1 + - L d1 L d2 ·L m L d2 + L m L sal = Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

78 Acoplamiento de dos bobinas cuando v L1 = v L2 i L1 n1n1 v LmO = v L1 · n2n2 LmLm · L m +L d2 + - v L1 + - L d1 L d2 ·L m L d2 + L m L sal = El rizado de i L1 se anula si v L1 = v LmO n 1 = n 2 ·(1 + L d2 /L m ) n 1 : n 2 L d1 LmLm L d2 i L1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

79 v L1 = L 1 ·di L1 /dt + M·di L2 /dt v L2 = M·di L1 /dt + L 2 ·di L2 /dt n1n1 v L v L2 L2L2 L1L1 n2n2 M i L1 i L2 Razonando de otro modo Si v L2 = v L1 y M = L 2 (L 1 -M)·di L1 /dt = 0 (L 1 -M) 0 di L1 /dt = 0 (no hay rizado en i L1 ) Si v L2 = v L1 y M = L 1 (L 2 -M)·di L2 /dt = 0 (L 2 -M) 0 di L2 /dt = 0 (no hay rizado en i L2 ) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

80 Relaciones entre L 1, L 2 y M por un lado y L d1, L d2, L m, n 1 y n 2 por otro (I) n1n1 v L v L2 L2L2 L1L1 n2n2 M i L1 i L2 v L1 = L 1 ·di L1 /dt + M·di L2 /dt v L2 = M·di L1 /dt + L 2 ·di L2 /dt [v L1 ] iL1=0 = M·di L2 /dt [v L1 ] iL2=0 = L 1 ·di L1 /dt [v L2 ] iL1=0 = L 2 ·di L2 /dt n 1 : n 2 L d1 LmLm L d2 v L v L2 i L1 i L2 i L2 ·n 2 /n 1 [v L1 ] iL1=0 = (L m ·n 2 /n 1 )·di L2 /dt [v L1 ] iL2=0 = (L d1 +L m )·di L1 /dt [v L2 ] iL1=0 = (L d2 +L m )·(n 2 /n 1 ) 2 ·di L2 /dt Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

81 Relaciones entre L 1, L 2 y M por un lado y L d1, L d2, L m, n 1 y n 2 por otro (II) M = L m ·n 2 /n 1 L 1 = L d1 + L m L 2 = (L d2 + L m )·(n 2 /n 1 ) 2 Condiciones de anulación de rizado: En L 1 : M = L 2 n 1 = n 2 ·(1 + L d2 /L m ) En L 2 : M = L 1 n 2 = n 1 ·(1 + L d1 /L m ) Importante: ambas son realizables por separado Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

82 t i L1 t i L2 i L1 i L2 L2L2 L1L1 n2n2 n1n1 Anulación del rizado en la entrada de un convertidor de ´Cuk t i L1 t i L2 i L1 i L2 L1L1 n1n1 L2L2 n2n2 M = L 2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

83 Anulación de cualquiera de los rizados Magnetismo integrado t i L2 t i L1 i L2 L1L1 n1n1 L2L2 n2n2 M = L 1 t i L1 t i L2 i L1 i L2 L1L1 n1n1 L2L2 n2n2 M = L 2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

84 Configuración LDC de un reductor VOVO V i = V g /(1-d) Fuente + transistor Elevador d 1-d VgVg vDvD + - Reductor VOVO V i = V g /(1-d) VgVg VOVO Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (I) ´Cuk Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

85 Configuración LDC de un reductor VOVO V i = V g /(1-d) Fuente + transistor Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (II) ¿Podemos usar otra configuración LDC de salida? Configuración LDC de un reductor-elevador VOVO V i (¿?) Fuente + transistor Procedente de un ´Cuk Va a dar origen a un nuevo convertidor Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

86 Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (III) VOVO V i (¿?) VOVO VgVg Convertidor SEPIC L1L1 L2L2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

87 VOVO VgVg ViVi L1L1 L2L2 Subcircuitos en el convertidor SEPIC L1L1 L2L2 VOVO VgVg ViVi L1L1 L2L2 VOVO VgVg ViVi L1L1 L2L2 VOVO VgVg ViVi Dura: d·T Dura: (1-d)·T en modo continuo d·T en modo discontinuo Dura: (1-d-d)·T (sólo en modo discontinuo) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

88 VOVO - + VgVg + - v L1 vSvS + - v L vDvD + - ViVi L1L1 L2L2 v S max = v D max = V g +V O = V g /(1-d) Tensiones máximas: Aplicamos el balance voltios·segundos a ambas bobinas: V g ·d·T + (V g - V i - V O ) ·(1-d)·T = 0 V i ·d·T - V O ·(1-d)·T = 0 V i = V g V O = V g ·d/(1-d) Tensiones en el convertidor SEPIC Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

89 Corrientes en el convertidor SEPIC VOVO VgVg IOIO R i L2 iDiD i L1 iSiS L1L1 L2L2 C2C2 C1C1 Balance de potencias: i L1 = I O ·V O /V g i L1 = I O ·d/(1-d) i D = I O = V O /R Corriente media por el condensador C 1 = 0: i L2 = i D i L2 = I O i S = i L1 i S = I O ·d/(1-d) Corriente media por el condensador C 2 = 0: Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

90 VOVO VgVg L1L1 L2L2 V i = V g VOVO L2L2 VOVO VgVg L2L2 Comparando el reductor-elevador y el SEPIC A efectos de tensiones máximas y corrientes medias por los semiconductores, ambos son iguales Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

91 (1-d-d)·T VgVg VOVO i L1 i L2 VgVg L1L1 L2L2 d·T VgVg VOVO i L1 VgVg L1L1 L2L2 i L2 d·T i L1 VgVg VOVO VgVg L1L1 L2L2 i L2 t t di/dt = V g /L 1 di/dt = V g /L 2 di/dt = V O /L 1 di/dt = V O /L 2 i L2 i L1 i L1 + i L2 El SEPIC en modo discontinuo (I) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

92 di/dt = V g /L 1 + V g /L 2 t i L1 + i L2 di/dt = V O /L 1 + V O /L 2 Llamando: 1/L eq = 1/L 1 + 1/L 2 queda: V g /L 1 + V g /L 2 = V g /L eq V O /L 1 + V O /L 2 = V O /L eq Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador la fórmula es la misma, usando L eq como inductancia: k = 2·L eq / (R·T) d M = k k crit = (1-d) 2 k crit max = 1 El SEPIC en modo discontinuo (II) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

93 Tensiones en las bobinas del SEPIC v L1 = v L2 = V g v L1 = v L2 = -V O v L1 = v L2 = 0 Para ambos modos de conducción son iguales (1-d-d)·T VgVg VOVO v L1 + - v L2 - + VgVg L1L1 L2L2 d·T VgVg VOVO v L1 + - VgVg L1L1 L2L2 v L2 - + d·T v L1 + - VgVg VOVO VgVg L1L1 L2L2 v L2 - + Integración magnética Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

94 Anulación del rizado de entrada en el SEPIC i L1 i L2 L1L1 n1n1 L2L2 n2n2 t i L1 t i L2 M = L 2 t i L1 t i L2 i L1 L2L2 L1L1 n2n2 n1n1 i L2 Integración magnética Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

95 VgVg VOVO d 1-d Flujo de potencia Reductor Simetrías en los convertidores descritos (I) Flujo de potencia VgVg VOVO 1-d d Elevador Reductor-elevador d1-d Flujo de potencia VgVg VOVO Reductor-elevador Flujo de potencia d 1-d VgVg VOVO V g V O V O V g d 1-d 1-d d Modificaciones Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

96 Simetrías en los convertidores descritos (II) SEPIC Flujo de potencia d 1-d VgVg VOVO VgVg ´Cuk Flujo de potencia d 1-d VgVg VOVO V g +V O Flujo de potencia d 1-d VgVg VOVO ´Cuk V O +V g Flujo de potencia d 1-d VgVg VOVO VOVO Nuevo convertidor Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

97 El convertidor zeta o SEPIC inverso d 1-d VgVg VOVO VOVO VgVg VOVO VOVO V O = V g ·d/(1-d) V g = V O ·(1-d)/d Despejando, queda: V O = V g ·d/(1-d) (lo mismo que en el SEPIC) V g V O V O V g d 1-d 1-d d Modificaciones SEPIC zeta Todos los valores máximos de tensión y medios de corriente quedan igual que en el SEPIC, ´Cuk y reductor-elevador. Admite integración magnética Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

98 Flujo de potencia Reductor / elevador V1V1 V 2 < V 1 Flujo de potencia SEPIC / zeta V1V1 V2V2 Flujo de potencia ´Cuk / ´Cuk V1V1 V2V2 Flujo de potencia Red.-elev. / Red.-elev. V1V1 V2V2 Convertidores reversibles Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

99 Introducción de aislamiento galvánico en el convertidor de ´Cuk (I) Convertidor sin aislamiento galvánico Dividimos el condensador en dos partes Conectamos el punto medio de los condensadores a una inductancia Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

100 Introducción de aislamiento galvánico en el convertidor de ´Cuk (II) Estructura final En la posición de la bobina se puede poner un transformador Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

101 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (I) Balance (voltios/espiras)·segundos L 1 : V g ·d·T + (V g - V C1 + V C2 ·n 3 /n 4 )·(1-d)·T = 0 L 2 : (V C2 + V C1 ·n 4 /n 3 - V O ) ·d·T - V O ·(1-d)·T = 0 T 1 : (V C1 /n 3 ) ·d·T - (V C2 /n 4 ) ·(1-d)·T = 0 V O = V g ·(n 4 /n 3 )·d/(1-d) V C1 = V g V C2 = V O n 3 : n 4 VgVg VOVO V C1 V C2 L1L1 L2L2 T1T1 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

102 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (II) Máximas tensiones: v S max = V g + V O ·n 3 /n 4 = V g /(1-d) v D max = V g ·n 4 /n 3 + V O = V g ·(n 4 /n 3 )·/(1-d) n 3 : n 4 VgVg VOVO VgVg VOVO L1L1 L2L2 T1T1 L3L3 L4L4 iDiD iSiS iOiO i L1 Corrientes medias: i S = i L1 = i O ·(n 4 /n 3 )·d/(1-d) i D = i L2 = i O Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

103 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (III) n 3 : n 4 VgVg VOVO VgVg VOVO L1L1 L2L2 T1T1 L3L3 L4L4 v L1 + - v L4 + - v L2 + - v L3 - + d·T v L1 = v L3 = V g v L2 = v L4 = V g ·n 4 /n 3 d·T v L1 = v L3 = -V O ·n 3 /n 4 v L2 = v L4 = -V O Sólo en m.d. (1-d-d)·T v L1 = v L2 = v L3 = v L4 = 0 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

104 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (IV) Se puede hacer integración magnética y anular los rizados de entrada y salida t i1i1 n 3 : n 4 VgVg VOVO VgVg VOVO L1L1 L2L2 T1T1 L3L3 L4L4 v L1 + - v L4 + - v L v L3 + M 1 = L 3 M 2 = L 4 i1i1 i2i2 t i2i2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

105 El convertidor SEPIC con aislamiento (I) VgVg VgVg VOVO L1L1 L2L2 L3L3 n 2 : n 3 Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico Todas las solicitaciones eléctricas son como en el convertidor de retroceso VgVg VgVg VOVO L1L1 L2L2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

106 El convertidor SEPIC con aislamiento (II) t i1i1 n 2 : n 3 VgVg VgVg VOVO L1L1 L2L2 L3L3 M 1 = L 2 i1i1 Se puede hacer integración magnética y anular el rizado de entrada Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

107 VgVg VOVO VOVO El convertidor zeta con aislamiento t i1i1 L1L1 VgVg VOVO VOVO n 1 : n 2 L1L1 L3L3 L2L2 VgVg VOVO VOVO M = L 2 i1i1 L1L1 L2L2 n 1 : n 2 Sin aislamiento Con aislamiento Sin integración magnética Con aislamiento Con integración magnética Todas las solicitaciones eléctricas como en el SEPIC, ´Cuk y red.-elev. Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

108 Inversores clásicos con transistores (alimentados desde fuente de tensión) VOVO VgVg S2S2 S1S1 Push-pull VOVO VgVg S2S2 S1S1 Medio puente S2S2 S1S1 VgVg S3S3 S4S4 VOVO Puente completo Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

109 Obtención de convertidores CC/CC desde los inversores clásicos (Ejemplo) Inversor push-pull Conv. CC/CC push-pull Rect. con transf. con toma media Rect. con dos bobinas Conv. CC/CC push-pull Rect. en puente Conv. CC/CC push-pull Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

110 El convertidor push-pull o simétrico (I) Convertidor directo Convertidor push-pull o simétrico B B H B B H Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

111 El convertidor push-pull o simétrico (II) S2S2 S1S1 n 1 : n 2 n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg VOVO L Circuito equivalente cuando conduce S 2 : V g ·n 2 /n 1 L VOVO Circuito equivalente cuando conduce S 1 : V g ·n 2 /n 1 L VOVO ¿Qué pasa cuando no conducen ninguno de los dos transistores? Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

112 El convertidor push-pull o simétrico (III) L VOVO iLiL D1D1 D2D2 i L1 i L2 Circuito equivalente cuando no conducen ni S 1 ni S 2 : Conducen ambos diodos la tensión en el transformador es cero Las corrientes i L1 y i L1 deben ser tales que: i L1 + i L2 = i L i L1 - i L2 = i Lm (sec. trans.) VOVO L Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

113 Tensiones en el convertidorpush-pull La tensión v D es la misma que en un conv.directo con un ciclo de trabajo 2·d V O = 2·d·V g ·n 2 /n 1 (en modo continuo) v smax = 2·V g v D1max = v D2max = 2·V g ·n 2 /n 1 S2S2 n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg VOVO L vDvD + - S1S1 + - v D1 + - v D2 v S v S2 D1D1 D2D2 t t t T d·T t t Mando t v S1 v D1 v D2 vDvD 2·V g V g ·n 2 /n 1 2·V g ·n 2 /n 1 S1S1 S2S2 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

114 Corrientes en el convertidorpush-pull S2S2 S1S1 n 1 : n 2 n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg VOVO L i S1 iLiL D1D1 D2D2 i D1 i D2 i S2 iOiO Corrientes medias: i S1 = i S2 = i O ·d·(n 2 /n 1 ) i D1 = i D2 = i O /2 t t t iLiL Mando i S2 t i D1 i S1 t T d·T t i D2 S1S1 S2S2 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

115 Un problema presentado por el convertidor push-pull S2S2 S1S1 n1n1 n1n1 VgVg VOVO i S1 i S2 En control modo tensión puede llegar a saturarse el transformador por asimetrías en la duración de los tiempos de conducción de los transistores Se usa modo corriente B B H Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

116 El convertidor en medio puente (half bridge) La tensión v D es la mitad que en el caso del push-pull V O = d·V g ·n 2 /n 1 (en modo continuo) v smax = V g v D1max = v D2max = V g ·n 2 /n 1 VOVO S2S2 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg L vDvD + - S1S1 + - v D1 + - v D2 v S v S2 D1D1 D2D2 V g /2 t v S2 t t T d·T t t Mando t v S1 v D1 v D2 vDvD VgVg VgVg V g ·0.5·n 2 /n 1 V g ·n 2 /n 1 S1S1 S2S2 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

117 Corrientes en el convertidor en medio puente i D1 iLiL S2S2 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg L iOiO S1S1 i D2 i S1 i S2 D1D1 D2D2 VOVO V g /2 Corrientes medias: i S1 = i S2 = i O ·d·(n 2 /n 1 ) i D1 = i D2 = i O /2 t t t iLiL Mando i S2 t i D1 i S1 t T d·T t i D2 S1S1 S2S2 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

118 El convertidor en puente completo (full bridge) La tensión v D es como en el caso del push-pull V O = 2·d·V g ·n 2 /n 1 (en modo continuo) v smax = V g v D1max = v D2max = 2·V g ·n 2 /n 1 VOVO S3S3 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg L vDvD + - S4S4 + - v D1 + - v D2 v S v S3 D1D1 D2D2 S1S1 S2S2 v S2, v S3 t Mando t v S1, v S4 VgVg VgVg t t t T d·T t v D1 v D2 vDvD V g ·n 2 /n 1 2·V g ·n 2 /n 1 S 1, S 4 S 2, S 3 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

119 Corrientes en el convertidor en puente completo Corrientes medias: i S3 = i S4 = i O ·d·(n 2 /n 1 ) i D1 = i D2 = i O /2 i D1 iLiL iOiO i D2 i S4 VOVO S3S3 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg L S4S4 D1D1 D2D2 S1S1 S2S2 i S3 t t t iLiL Mando i S2, i S3 t i D1 i S1, i S4 t T d·T t i D2 S 2, S 3 S 1, S 4 d max = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

120 Problemas de saturación en el transformador del convertidor en puente completo En control modo tensión puede llegar a saturarse el transformador por asimetrías en la duración de los tiempos de conducción de los transistores Soluciones: Colocar un condensador en serie C S Usar modo corriente S2S2 S1S1 CSCS VgVg VOVO S3S3 S4S4 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

121 VgVg vSvS iSiS VgVg VgVg vSvS vSvS iSiS iSiS POPO POPO POPO v Smax = 2·V g i S = P O /(2·V g ) Mayores solicitaciones de tensión apto para baja tensión de entrada v Smax = V g i S = P O /V g Mayores solicitaciones de corriente apto para alta tensión de entrada v Smax = V g i S = P O /(2·V g ) Menores solicitaciones eléctricas apto para alta potencia Comparación entre push-pull y puentes Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

122 Convertidores CC/CC derivados de inversores alimentados desde fuente de corriente Inversor Push-pull Inversor en puente completo Convertidor CC/CC Push- pull alimentado en corriente Convertidor CC/CC en puente alimentado en corriente Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

123 t Mando de S 1 t Mando de S 2 t v S2 t T d·T t t v S1 v D1 2·V O 2·V O ·n 1 /n 2 VOVO v D2 2·V O VOVO Convertidor Push-pull alimentado en corriente (I) VgVg + - VgVg V O ·n 1 /n 2 VgVg + - Conducen S 1 y S 2 No conduce S 1 No conduce S 2 n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg VOVO S2S2 S1S1 + - v D1 + - v D2 v S2 + - d min = 0.5 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

124 Aplicando el balance voltios·segundos V O = V g ·(n 2 /n 1 )/2(1-d) (en modo continuo) Convertidor Push-pull alimentado en corriente (II) VgVg Conducen S 1 y S VgVg V O ·n 1 /n 2 No conduce S 1 V O ·n 1 /n 2 VgVg + - No conduce S 2 VgVg Conducen S 1 y S 2 d·T (1-d)·T dura t 1 dura t 2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

125 iLiL iOiO n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 VgVg S2S2 S1S1 i D1 i D2 i S2 d min = 0.5 i S1 T d·T t i D1 t i S2 t t i S1 iLiL t Mando de S 1 t Mando de S 2 i D2 Corrientes en el push-pull alimentado en corriente i S1 = i S2 = i O ·(n 2 /n 1 )/4(1-d) i D1 = i D2 = i O /2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

126 V g V O n 1 n 2 n 2 n 1 V O V g d 1-d 1-d d Modificaciones V O = V g ·d VgVg VOVO Reductor V O = V g /(1-d) VgVg VOVO Elevador Convertidores alimentados en tensión vs. alimentados en corriente Push-pull alimentado en tensión V O = 2·d·V g ·n 2 /n 1 VgVg VOVO n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 Push-pull alimentado en corriente V O = V g ·(n 2 /n 1 )/2(1-d) VgVg VOVO n1n1 n1n1 n2n2 n2n2 Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

127 Problema en el apagado del convertidor push-pull alimentado en corriente S2S2 S1S1 iLiL Hay que garantizar que el flujo en la bobina no pasa a valer cero cuando dejan de conducir S 1 y S 2 al apagar el convertidor iLiL Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

128 Otro conexionado para desmagnetizar la bobina de entrada Desmagnetización hacia la entrada Desmagnetización hacia la salida Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

129 El puente completo alimentado en corriente Desmagnetización hacia la entrada Desmagnetización hacia la salida Se comporta como un push-pull alimentado en corriente en todo salvo en la tensión máxima en el transistor (que es V g ) Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

130 Rectificador en puente en la salida Push-pull alimentado en corriente Puente completo alimentado en corriente Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo


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