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Convertidores Continua/ Continua: Topologías básicas. Universidad de Oviedo. Área de Tecnología Electrónica. Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo. Fuente primaria de tensión continua. Convertidor CC/CC. +. Carga. (sistema electrónico). ¿Qué es un convertidor CC/CC?.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
convertidores continua continua topolog as b sicas
Convertidores Continua/ Continua:Topologías básicas

Universidad de Oviedo

Área de Tecnología Electrónica

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

qu es un convertidor cc cc

Fuente primaria de tensión continua

Convertidor CC/CC

+

Carga

(sistema electrónico)

¿Qué es un convertidor CC/CC?

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide3

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

slide4

Realimentación

Carga

Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (I)

Idea básica

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide5

Realimentación

Carga

Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (II)

Realización física

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide6

Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (III)

Cálculo del rendimiento

VT

-

Ig

+

IR

IR Ig

= (VO·IR) / (Vg·Ig)

 VO / Vg

+

Vg

VO

-

  • 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

sistemas basados en reguladores lineales

Carga1

+5V

Red

CA

Carga2

+15V

Carga3

-15V

Sistemas basados en reguladores lineales

Transformador de baja frecuencia

Rectificadores

Reguladores Lineales

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

sistema de alimentaci n basado en reguladores lineales
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

slide9

+

VO

PWM

Vg

-

Carga

Regulador conmutado

VO

Vg

t

Convertidores CC/CC conmutados (I)

Idea básica

Carga

Regulador lineal

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide10

Filtro pasa-bajos

+

+

VF

VO

Vg

-

-

VO

Vg

VF

Vg

VO

t

t

Convertidores CC/CC conmutados (II)

Filtrando la tensión sobre la carga

+

VO

PWM

Vg

-

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide11

+

Filtro pasa-bajos

+

+

VO

VF

Vg

VO

Vg

-

-

-

VF

Vg

VO

VO

Vg

t

t

Convertidores CC/CC conmutados (III)

¿Se puede usar un filtro “C”?

NO se puede

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide12

Filtro pasa-bajos

+

+

+

VF

VO

Vg

VO

-

-

-

Convertidores CC/CC conmutados (IV)

¿Se puede usar un filtro “LC” sin más?

iL

Vg

NO se puede

porque interrumpe bruscamente la corriente en la bobina

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide13

Filtro pasa-bajos

+

+

+

+

VF

VO

Vg

Vg

VO

-

VF

-

-

-

VF

Vg

VO

t

Convertidores CC/CC conmutados (V)

El primer convertidor básico:

El convertidor REDUCTOR (Buck)

este diodo soluciona los problemas

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide14

Mando

t

iL

iS= iL

+

t

iL

-

Vg

iS

iS

VO

t

VO

iD

iD

Vg

t

+

iD= iL

d·T

-

VO

T

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).

Durante d·T

Durante (1-d)·T

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide15

+

Circuito en régimen permanente

vL = 0

-

iC = 0

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).

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide16

Mando

t

Circuito en régimen permanente

iL

+

iL

t

vL = 0

-

vL

+

t

-

d·T

T

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 = 0”

Áreas iguales

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide17

vL = 0

+

-

+

Mando

IO

iL

VO

t

Vg

iC = 0

R

iL

-

IO

t

vL

Vg- VO

+

(Vg- VO)·d·T - VO·(1-d)·T = 0 VO = d·Vg

t

-

- VO

d·T

T

iL = IO = VO/R

Análisis del convertidor reductor(IV)

  • Aplicación del balance “suma de productos voltios·segundos = 0”
  • Corriente media nula por el condensador

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide18

iS

vS

IO

+

-

+

iL

+

VO

Vg

vD

iD

R

-

-

iS

iS

t

iS = IO·VO/Vg iS = IO·d

iD

iD

t

d·T

T

iD = iL - iSiD = IO·(1-d)

Análisis del convertidor reductor(V)

  • Tensiones máximas

vS max = vD max = Vg

  • Aplicación del balance de potencias
  • Corriente media por el diodo

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide19

vL = 0

+

-

vD

+

+

Vg

vD

vD

VO

R

Vg

-

-

t

d·T

T

vD = d·Vg

vD = vL + VOvD = vL + VO = VO

Luego:

VO = d·Vg

Análisis del convertidor reductor(VI)

Otra forma de razonar (I):

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide20

IO

ig

+

VO = Vg·d

VO

R

Vg

-

IO = ig/d

1 : d

Análisis del convertidor reductor(VII)

Otra forma de razonar (II):

Transformador ideal de continua

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

slide21

Controlado por el mando

VO

R

Vg

VO

Convertidor reductor

Vg

Incontrolado

d

VO

1-d

Vg

Flujo de potencia

¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (I)

Partimos del convertidor reductor:

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide22

d

d 1-d

VO

1-d

Vg

1-d d

VOVg

VgVO

Flujo de potencia

Flujo de potencia

Vg

d

¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (II)

Cambiamos las V

Reductor

Otro convertidor

Este interruptor tiene que ser el controlado por el mando. Si no fuera así, habría un corto circuito permanente

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide23

1-d

1-d

Vg

VO

d

VO

Vg

d

Flujo de potencia

Flujo de potencia

Vg

VO

¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (III)

Cambiamos la forma de dibujar el circuito

Convertidor ELEVADOR (Boost)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide24

vD

vS

-

+

+

-

+

+

VO

VO

Vg

vD

Vg

vS

-

-

Reductor

Elevador

Modificaciones

d 1-d

1-d d

VOVg

VgVO

VO<VgVO>Vg

El convertidor reductor frente al elevador

VO = Vg/(1-d)

VO = Vg·d

Siempre VO<Vg

Siempre VO>Vg

vS max = vD max = Vg

vS max = vD max = VO

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide25

iL

iD

iL= iS

Mando

Vg

t

VO

iS

iL

Vg

iL

t

iL= iD

iS

iS

+

t

-

Vg

VO

iD

iD

Durante (1-d)·T

t

iL = IO·VO/Vg iS = iL·d

d·T

T

iD = iL·(1-d)

Análisis del conv. elevador (Boost)

(En modo continuo de conducción)

IO

R

Durante d·T

  • Balance voltios·segundos

Vg·d·T+(Vg-VO)·(1-d)·T = 0

VO = Vg/(1-d)

  • Balance de potencias

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide26

R

Vg

El cortocircuito y la sobrecarga en el convertidor elevador

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

slide27

+

+

1-d

d

Vi

Vg

Vo

d

1-d

-

-

Reductor

Elevador

d

1-d

Vg

VO

VO

d

Vg

1-d

¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (I)

VO/Vg = (VO/Vi )·(Vi/Vg ) = d/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide28

A

B

A

B

d

1-d

Vg

Vg

VO

d

1-d

A

B

+

-

VO

¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (II)

Durante

d·T

Durante

(1-d)·T

¿Es posible agrupar interruptores?

Basta invertir el terminal común (masa) en el subcircuito de (1-d)T

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide29

A

B

d

A

1-d

Vg

VO

B

Vg

A

-

B

+

VO

¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (III)

Durante

d·T

Durante

(1-d)·T

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide30

vD

vS

-

+

-

+

1-d

d

-

+

VO

VO

vL

Vg

Vg

R

+

-

El convertidor reductor-elevador(buck-boost) (I)

  • Balance voltios·segundos

Vg·d·T - VO·(1-d)·T = 0 VO = Vg·d/(1-d)

  • Tensiones máximas

vS max = vD max = Vg+VO= Vg/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide31

Mando

-

IO

iS

iD

t

VO

iL

Vg

iL

iL

R

+

t

iS

iS

iD = IO = VO/R

t

iD

iD

iS = IO·VO/Vg iS = IO·d/(1-d)

t

d·T

T

iL = iD + iSiL = IO/(1-d)

El convertidor reductor-elevador (II)

  • Corriente media por el diodo
  • Balance de potencias
  • Corriente media por la bobina

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide32

TD1

TS1

TB1

TC1

d

Reductor

1-d

TB2

TC2

TL1

Reductor-elevador

TL1

TS1

TL1

TD1

TD1

TS1

Elevador

Otra forma de generar los convertidores básicos

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide33

1A (medios)

L

2A

vS max = vD max = 100V

iS=1A iD=1A iL=2A

50V

S

D

100V

100W

VAS = 100VA VAD = 100VA

Reductor

1A (medios)

2A

D

vS max = vD max = 150V

S

50V

iS=1A iD=2A iL=3A

L

100V

100W

VAS = 150VA VAD = 200VA

Reductor-elevador

Comparando reductor y reductor-elevador

Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide34

4A (medios)

2A

vS max =vD max = 50V

L

iS=2A iD=2A iL=4A

D

50V

25V

S

100W

VAS = 100VA VAD = 100VA

Elevador

4A (medios)

2A

D

vS max = vD max = 75V

S

50V

iS=4A iD=2A iL=6A

L

25V

100W

Reductor-elevador

Comparando elevador y reductor-elevador

VAS = 300VA VAD = 150VA

Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide35

iL

iL

iL

IO

Convertidor con 1 bobina y 1 diodo

t

+

VO

Mando

Vg

R

t

-

d·T

T

iL = IO (reductor)

iL = IO/(1-d) (elevador y reductor-elevador)

El modo de conducción en los tres convertidores básicos (I)

(sólo una bobina y un diodo)

El valor medio de iL depende de IO:

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide36

iL

iL

iL

iL

iL

iL

El modo de conducción en los tres convertidores básicos (II)

R1

  • Al variar IO varía el valor medio de iL
  • Al variar IO no varían las pendientes de iL (dependen de Vg y de VO)

t

R2 > R1

Todos los casos corresponden al llamado “modo continuo de conducción” (mcc), en el que es válido todo lo estudiado

t

Rcrit > R2

Este es el caso crítico

t

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide37

Rcrit

iL

iL

t

R3 > Rcrit

iL

iL

t

R3 > Rcrit

iL

iL

t

El modo de conducción en los tres convertidores básicos (III)

¿Qué pasa si R > Rcrit ?

Sigue el modo continuo

Modo discontinuo

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide38

iL

iL

R = Rcrit

iL

iL

t

iL

Comparación de la tensión de salida en ambos modos de conducción

R< Rcrit

Recuérdese: Al variar IO varía el valor medio de iL

t

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.

R > Rcrit

iL

t

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide39

iL

t

iL

t

iL

t

Nos acercamos a las condiciones críticas (y por tanto al modo discontinuo) si:

  • 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

slide40

Mando

t

iL

iL

t

iD

iD

t

vL

VO

Vg

+

-

t

d·T

d’·T

VO

VO

Vg

T

Vg

Vg

VO

(d’·T)

(1-d-d’)·T

(d·T)

Modo discontinuo de conducción

  • Existen 3 estados distintos:
  • Conduce el transistor (d·T)
  • Conduce el diodo (d’·T)
  • No conduce ninguno (1-d-d’)·T

Ejemplo

Vg

VO

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide41

iLmax

iL

iL

VO

Vg

t

iLmax

(d·T)

iD

iD

VO = L·iLmax/(d’·T)

iD = iLmax·d’/2

iD = VO/R

t

vL

Vg

VO

Vg

+

(d’·T)

-

t

VO

d·T

d’·T

T

Relación de transformación en modo discontinuo (en el reductor-elevador)

Vg = L·iLmax/(d·T)

Relación de transformación M=VO/Vg :

M =d/(k)1/2, siendo: k =2·L / (R·T)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide42

Rcrit

iL

iL

t

Frontera entre modos de conducción (en el reductor-elevador)

  • 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 = Rcrit , k = kcrit
  • kcrit = (1-d)2
  • Modo continuo:k > kcrit
  • Modo discontinuo:k < kcrit

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide43

Reductor-elevador

Reductor

Elevador

1

N = d

N =

d

1-d

N =

2

1-d

M =

4·d2

d

1 + 1 +

4·k

k

M =

1 + 1 +

d2

M =

k

2

kcrit = (1-d)2

kcrit = d(1-d)2

kcrit = (1-d)

kcrit max = 1

kcrit max = 1

kcrit max = 4/27

Extensión a otros convertidores

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide44

Lm

Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (I)

No vale porque el transformador no se desmagnetiza

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide45

D2

D1

Lm

Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (II)

No vale porque el transformador se desmagnetiza instantaneamente (sobretensión infinita)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide46

Lm

Dipolo de tensión constante

Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (III)

Esta es la solución

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide47

Circuito en régimen permanente

B

= B - A = (vi/ni)·dt

A

+

+

v1

v2

-

-

n1 : n2

(vi /ni)= 0

Operación en régimen permanente de un elemento magnético con dos devanados

Ley de faraday:

vi = ni · d/dt

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

slide48

max

n1

V1

t

vi/ni

V1/n1

+

n2

-

t

V2

V2/n2

d1·T

d2·T

T

Operación en régimen permanente de un elemento magnético con varios devanados:ejemplo

“Suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0”

(V1/n1)·d1·T - (V2/n2)·d2·T = 0  d2 = d1·n2·V1/(n1·V2)

Para asegurar la desmagnetización: d2 < 1 - d1

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide49

n1

V1

n2

V2

El convertidor directo (forward) (I)

Desmagnetización basada en la tensión de entrada

V1 = V2 = Vg

n1

Teniendo en cuenta:

d’ = d·n2/n1 d’ < 1 - d

obtenemos:

d < n1/(n1 + n2)  dmax = n1/(n1 + n2)

Vg

n2

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide50

vD2

+

-

+

n1

VO

vD1

-

+

Vg

+

n2:n3

-

Vg·n3/n1

vS

VO

-

Durante d·T

+

VO

-

Durante (1-d)·T

El convertidor directo (II)

dmax = n1/(n1 + n2)

vS max = Vg+Vg·n1/n2 = Vg/(1-dmax)

vD1 max = Vg·n3/n1

VO = d·Vg·n3/n1

(en modo continuo)

vD2 max = Vg·n3/n2

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide51

iL

iO

iD3

iL

iD2

t

iO

iD2

t

n1

iD1

iD1

VO

Vg

n2:n3

t

iS

iS

iD2·n3/n1

t

iD2 = IO·d

iD1 = IO·(1-d)

iD3

t

im = Vg·T·d2/(2·Lm) (ref. al primario)

d’·T

Mando

iD3 = im

iS = IO·d·n3/n1 + im

t

d·T

T

El convertidor directo (III)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide52

1A (medios)

L

2A

vS max=vD max=100V

iS=1A iD=1A iL=2A

50V

S

D

100V

VAS=100VA VAD=100VA

100W

Reductor

1A (medios)

D3

L

2A

D2

vD1 max= vD2 max= 100V

vS max=200V

iL=2A

D1

50V

100V

iS=1A iD1= iD2=1A

S

1 : 1:1

100W

Directo

Comparando reductor y directo

VAS = 200VA VAD = 100VA

Mayor VS max en el directo

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide53

max

t

vD2

+

-

vi/ni

Vg/n1

+

+

t

-

n1

VO

vD1

Vg/n2

-

Vg

+

Baja Vg

n2:n3

vS

-

max

max

t

t

vi/ni

vi/ni

Vg/n1

Vg/n1

+

t

+

t

-

-

Vg/n’2

Vg/n2

Alta Vg

Mejores tensiones máximas

Variación de Vg

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide54

max

VC

t

Vg

vi/ni

Vg/n1

+

t

-

VC/n1

Lm

Ld

Vg

¿Existen otras formas de desmagnetizar el transformador?

Enclavamiento RCD

(RCD clamp)

  • Mal rendimiento
  • Integración de parásitos
  • Útil para rect. sinc. autoexc.

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide55

+

vT

vT

-

Vg

+

t

-

Lm

Ld

Vg

Otras formas de desmagnetizar el transformador: Desmagnetización resonante

(Resonant reset)

  • Pequeña variación de Vg
  • Integración de parásitos
  • Útil para rect. sinc. autoexc.

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide56

VC

t

Vg

vi/ni

Vg/n1

+

t

-

VC/n1

Lm

Ld

Vg

Otras formas de desmagnetizar el transformador: Enclavamiento activo

(Active clamp)

VC = Vg·d/(1-d)

  • Dos transistores
  • Integración de parásitos
  • Útil para rect. sinc. autoexc.
  • Flujo sin nivel de continua

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide57

D4

D2

S1

max

VO

D3

Vg

S2

t

n1 : n2

vi/ni

D1

Vg/n1

+

t

-

Vg/n1

Otras formas de desmagn. el transf.: Convertidor directo con dos transistores

dmax = 0.5

VO = d·Vg·n2/n1(en modo continuo)

vS1 max = vS2 max = Vg

vD1 max = vD2 max = Vg

vD3 max = vD4 max = Vg·n2/n1

  • Dos transistores
  • Bajas tensiones en los semiconductores

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide58

Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor-elevador (I)

Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide59

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

slide60

vD

+

-

+

n1

VO

n2

-

Vg

+

vS

-

El convertidor de retroceso o convertidor indirecto (flyback)

“Suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0”

d·T·Vg/n1 - (1-d)·T·VO/n2 = 0

VO = Vg·(n2/n1)·d/(1-d)

Máximas tensiones

vS max = Vg+VO·n1/n2 = Vg/(1-d)

vD max = Vg·n2/n1 + VO= Vg·(n2/n1)·/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide61

1A (medios)

2A

D

vS max = vD max = 150V

S

50V

iS=1A iD=2A iL=3A

L

100V

100W

VAS = 150VA VAD = 200VA

Reductor-elevador

1A (medios)

D

2A

50V

iS=1A iD=2A

100V

1:1

S

100W

Retroceso

Comparando retroceso y reductor-elevador

vS max = vD max = 150V

VAS = 150VA VAD = 200VA

Las solicitaciones eléctricas son iguales

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide62

S1

D2

D3

VO

S2

Vg

n1 : n2

D1

Otra forma del convertidor de retroceso: Convertidor de retroceso con dos transistores

  • Dos transistores
  • Relación de transformación acotada
  • Bajas tensiones en los semiconductores

VO = Vg·(n2/n1)·d/(1-d) (en m.c.)

dmax = 0.5

vS1 max = vS2 max = Vg

vD1 max = vD2 max = Vg

vD3 max = Vg·(n2/n1)·/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide63

Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor elevador

  • No 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

slide64

i1

i2

Puerto de salida

Puerto de entrada

d

1-d

i2

i1

Situación ideal

Situación ideal

i1

i2

1 : N

t

t

¿Cómo son las corrientes por los puertos de entrada y salida de un convertidor?

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide65

i2

i1

i2

i1

t

t

no ruidoso

Reductor

ruidoso

i2

i1

i2

i1

t

t

ruidoso

Elevador

no ruidoso

i1

i2

i1

i2

t

t

ruidoso

ruidoso

Reductor-elevador

Corriente de entrada en cada convertidor

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide66

Reductor

Elevador

Reductor-elevador

Filtrando la corriente de entrada

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide67

i1

i2

t

t

poco ruidosa

poco ruidosa

i2

Convertidor CC/CC

i1

Puerto de entrada

Puerto de salida

¿Existen convertidores con ambas corrientes “poco ruidosas”?

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide68

1-d

d

Mando

+

+

+

d

Vo

vD

Vi

t

Vg

1-d

-

-

vD

-

Vi

Elevador

Reductor

t

d·T

T

Vi

+

-

+

Modificamos la posición relativa del condensador y el diodo

vD

d

Vg

1-d

-

Elevador

Convertidor elevador-reductor (I)

VO/Vg = (VO/Vi )·(Vi/Vg ) = d/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide69

Mando

+

+

+

t

Vo

vD

d

Vi

vD

1-d

-

-

Vi

-

t

Reductor

d·T

Vi

T

+

-

+

Mando

vD

t

d

Vg

1-d

-

vD

t

Elevador

-Vi

d·T

T

Convertidor elevador-reductor (II)

La tensión vD en ambos casos es igual, salvo por el signo

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide70

Vi

Mando

+

-

t

+

vD

t

vD

VO

d

Vg

-Vi

1-d

-

d·T

Reductor

Elevador

T

Convertidor elevador-reductor (III):

El convertidor de ´Cuk

Balance “voltios-segundos” en la bobina del elevador (lo mismo que en un elevador normal):

Vi = Vg/(1-d)

La tensión de salida es la media de la tensión en el diodo:

VO= d·ViVO = Vg·d/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide71

Vi

iO

ig

+

-

vD

VO

vS

Vg

+

-

VO = Vg·d/(1-d)

Vi = Vg/(1-d)

Teniendo en cuenta que las corrientes medias por los condensadores son cero:

iD = iO

iS = ig

El convertidor de ´Cuk

Vi = Vg + VO

vS max = vD max = Vi = Vg/(1-d)

Los esfuerzos eléctricos son los mismos que en el convertidor reductor-elevador

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide72

iL2

iL1

iL1 + iL2

Vi

Vg

VO

d·T

t

iL2

iL1

di/dt = Vg/L1

Vi

Vg

VO

di/dt = VO/L1

d’·T

iL1

t

iL2

iL2

iL1

di/dt = VO/L2

Vi

Vg

VO

di/dt = Vg/L2

(1-d-d’)·T

El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (I)

Vi = Vg + VO

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide73

d

M =

k

El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (II)

iL1 + iL2

Llamando:

1/Leq = 1/L1 + 1/L2

queda:

Vg/L1 + Vg/L2 = Vg/Leq

VO/L1 + VO/L2 = VO/Leq

di/dt = Vg/L1 + Vg/L2

di/dt = VO/L1 + VO/L2

t

Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador  la fórmula es la misma, usando Leq como inductancia:

k = 2·Leq / (R·T)

kcrit max = 1

kcrit = (1-d)2

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide74

vL1

vL2

+

-

-

+

L2

L1

VO

Vg + VO

Vg

d·T

vL2

vL1

-

+

+

-

L1

L2

Vg + VO

VO

Vg

d’·T

vL2

vL1

-

+

+

-

L2

L1

VO

Vg + VO

Vg

(1-d-d’)·T

Una propiedad interesante del convertidor de ´Cuk

Para ambos modos:

Las mismas tensiones en L1 y L2

vL1 = vL2 = Vg

vL1 = vL2 = -VO

vL1 = vL2 = 0

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide75

+

+

L1

L2

vL1

vL2

n1

n2

-

-

M

+

+

L1

L2

vL1

vL2

n1

n2

-

-

Ld2

Ld1

Lm

+

+

+

+

n1

vLm

vL2·

vL1

vL2

n2

-

-

-

-

n1 : n2

Acoplamiento de dos bobinas (I)

Bobinas sin acoplar

Bobinas acopladas

Circuito equivalente

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide76

Ld1

Ld2

Lm

+

+

+

+

n1

vL2·

vL1

vLmO

vL2

n2

-

-

-

-

n1 : n2

Ld2·Lm

Lsal =

Ld1

Ld2 + Lm

+

+

Lm

n1

vL1

vLmO = vL2 ·

·

n2

Lm+Ld2

-

-

Acoplamiento de dos bobinas (II)

Thèvenin

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide77

Ld2·Lm

Lsal =

Ld1

Ld2 + Lm

+

+

Lm

n1

vL1

vLmO = vL2 ·

·

n2

Lm+Ld2

-

-

diL1

vL1 - vLmO = (Ld1 + Lsal)·

dt

diL1

= 0 iL1 = cte. (sin rizado)

Si vL1 = vLmO

dt

Acoplamiento de dos bobinas (III)

iL1

Aplicamos la Ley de Faraday:

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide78

Ld2·Lm

Lsal =

Ld1

Ld2 + Lm

+

+

Lm

n1

vL1

vLmO = vL1 ·

·

iL1

n2

Lm+Ld2

-

-

El rizado de iL1 se anula si vL1 = vLmOn1 = n2·(1 + Ld2/Lm)

iL1

n1 : n2

Ld1

Ld2

Lm

Acoplamiento de dos bobinas cuando vL1 = vL2

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide79

iL1

iL2

M

+

+

L1

L2

vL1

vL2

n1

n2

-

-

  • Si vL2 = vL1y M = L2(L1-M)·diL1/dt = 0
  • (L1-M)0 diL1/dt = 0 (no hay rizado en iL1)
  • Si vL2 = vL1y M = L1(L2-M)·diL2/dt = 0
  • (L2-M)0 diL2/dt = 0 (no hay rizado en iL2)

Razonando de otro modo

vL1 = L1·diL1/dt + M·diL2/dt

vL2 = M·diL1/dt + L2·diL2/dt

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide80

iL1

iL2

M

+

+

L1

L2

vL1

vL2

n1

n2

-

-

iL2·n2/n1

iL1

iL2

+

+

Ld1

Ld2

vL1

vL2

Lm

-

-

n1 : n2

Relaciones entre L1, L2y M por un lado y Ld1, Ld2, Lm, n1y n2 por otro (I)

vL1 = L1·diL1/dt + M·diL2/dt

vL2 = M·diL1/dt + L2·diL2/dt

[vL1]iL1=0 = M·diL2/dt

[vL1]iL2=0 = L1·diL1/dt

[vL2]iL1=0 = L2·diL2/dt

[vL1]iL1=0 = (Lm·n2/n1)·diL2/dt

[vL1]iL2=0 = (Ld1+Lm)·diL1/dt

[vL2]iL1=0 = (Ld2+Lm)·(n2/n1)2·diL2/dt

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide81

Relaciones entre L1, L2y M por un lado y Ld1, Ld2, Lm, n1y n2 por otro (II)

M = Lm·n2/n1

L1 = Ld1 + Lm

L2 = (Ld2 + Lm)·(n2/n1)2

Condiciones de anulación de rizado:

En L1: M = L2n1 = n2·(1 + Ld2/Lm)

En L2: M = L1n2 = n1·(1 + Ld1/Lm)

Importante: ambas son realizables por separado

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide82

L2

L1

n2

iL1

iL2

iL1

n1

iL2

t

t

M = L2

L1

L2

iL2

iL1

iL1

iL2

n1

n2

t

t

Anulación del rizado en la entrada de un convertidor de ´Cuk

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide83

M = L2

L1

L2

iL2

iL1

iL1

iL2

n1

n2

t

t

M = L1

L1

L2

iL2

iL1

iL2

iL1

n1

n2

t

t

Anulación de cualquiera de los rizados

Magnetismo integrado

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide84

Vi = Vg/(1-d)

+

vD

VO

d

Vg

1-d

-

Vi = Vg/(1-d)

Reductor

Elevador

Vi = Vg/(1-d)

VO

Vg

VO

Fuente

+ transistor

Configuración LDC de un reductor

Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (I)

´Cuk

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide85

Vi = Vg/(1-d)

VO

Fuente

+ transistor

Configuración LDC de un reductor

Vi (¿?)

VO

Fuente

+ transistor

Configuración LDC de un reductor-elevador

Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (II)

¿Podemos usar otra configuración LDC de salida?

Procedente de un ´Cuk

Va a dar origen a un nuevo convertidor

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide86

Vi (¿?)

VO

L1

Vi (¿?)

VO

L2

Vg

Convertidor SEPIC

Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (III)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide87

Vi

L1

VO

Vg

L2

Vi

Vi

L1

L1

L2

L2

Vg

VO

Vg

VO

Vi

L1

L2

VO

Vg

Subcircuitos en el convertidor SEPIC

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

slide88

Vi

vL1

vD

-

+

-

+

+

-

+

+

-

L1

L2

VO

vS

vL2

Vg

-

+

-

Aplicamos el balance “voltios·segundos” a ambas bobinas:

Vi = Vg

VO = Vg·d/(1-d)

Vg·d·T + (Vg - Vi - VO) ·(1-d)·T = 0

Vi·d·T - VO·(1-d)·T = 0

Tensiones máximas:

vS max = vD max = Vg+VO= Vg/(1-d)

Tensiones en el convertidor SEPIC

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide89

iD

C1

IO

iL1

R

L1

VO

L2

iS

Vg

iL2

C2

  • “Corriente media por el condensador C2 = 0”:

iD = IO = VO/R

  • Balance de potencias:

iL1 = IO·VO/VgiL1 = IO·d/(1-d)

  • “Corriente media por el condensador C1 = 0”:

iS = iL1 iS = IO·d/(1-d)

iL2 = iD  iL2 = IO

Corrientes en el convertidor SEPIC

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide90

Vi = Vg

L1

VO

Vg

L2

Vi = Vg

VO

L2

VO

Vg

L2

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

slide91

iL1

Vg

iL1 + iL2

L1

VO

iL2

Vg

L2

t

d·T

iL1

Vg

di/dt = Vg/L1

L1

VO

iL2

L2

Vg

di/dt = VO/L1

iL1

t

d’·T

iL1

iL2

Vg

di/dt = VO/L2

L1

iL2

VO

di/dt = Vg/L2

Vg

L2

(1-d-d’)·T

El SEPIC en modo discontinuo (I)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide92

d

M =

k

El SEPIC en modo discontinuo (II)

iL1 + iL2

Llamando:

1/Leq = 1/L1 + 1/L2

queda:

Vg/L1 + Vg/L2 = Vg/Leq

VO/L1 + VO/L2 = VO/Leq

di/dt = Vg/L1 + Vg/L2

di/dt = VO/L1 + VO/L2

t

Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador  la fórmula es la misma, usando Leq como inductancia:

k = 2·Leq / (R·T)

kcrit max = 1

kcrit = (1-d)2

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide93

vL1

Vg

+

-

-

L1

vL2

VO

Vg

L2

+

d·T

vL1

Vg

+

-

-

L1

vL2

VO

L2

Vg

+

d’·T

vL1

Vg

+

-

-

L1

vL2

VO

Vg

L2

+

(1-d-d’)·T

Tensiones en las bobinas del SEPIC

Para ambos modos de conducción son iguales

vL1 = vL2 = Vg

vL1 = vL2 = -VO

vL1 = vL2 = 0

Integración magnética

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide94

L2

n2

iL1

iL2

iL1

n1

L1

iL2

t

t

M = L2

iL2

iL1

L1

L2

n1

n2

iL1

iL2

t

t

Anulación del rizado de entrada en el SEPIC

Integración magnética

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide95

1-d

d

VO

Vg

Vg

1-d

VO

d

Flujo de potencia

Flujo de potencia

Modificaciones

Reductor

Elevador

d  1-d

1-d  d

d

1-d

d

1-d

VO Vg

VO

VgVO

VO

Vg

Vg

Flujo de potencia

Flujo de potencia

Reductor-elevador

Reductor-elevador

Simetrías en los convertidores descritos (I)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide96

Vg+VO

VO +Vg

VO

d

1-d

d

1-d

Vg

VO

Vg

´Cuk

´Cuk

Flujo de potencia

Flujo de potencia

VO

d

Vg

1-d

VO

1-d

VO

d

Vg

Vg

Flujo de potencia

SEPIC

Flujo de potencia

Nuevo convertidor

Simetrías en los convertidores descritos (II)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide97

d

Modificaciones

VO

1-d

VO

Vg

SEPIC  zeta

d  1-d

1-d  d

VO Vg

VO

VgVO

VO

Vg

El convertidor zeta o SEPIC inverso

VO = Vg·d/(1-d)  Vg = VO·(1-d)/d

Despejando, queda: VO = Vg·d/(1-d) (lo mismo que en el SEPIC)

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

slide98

V1

V2< V1

V1

V2

Flujo de potencia

Flujo de potencia

Reductor / elevador

Red.-elev. / Red.-elev.

V1

V2

V1

V2

Flujo de potencia

Flujo de potencia

´Cuk / ´Cuk

SEPIC / zeta

Convertidores reversibles

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide99

Convertidor sin aislamiento galvánico

Dividimos el condensador en dos partes

Conectamos el punto medio de los condensadores a una inductancia

Introducción de aislamiento galvánico en el convertidor de ´Cuk (I)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide100

En la posición de la bobina se puede poner un transformador

Estructura final

Introducción de aislamiento galvánico en el convertidor de ´Cuk (II)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide101

L1

L2

VC1

VC2

T1

VO

Vg

n3 : n4

El convertidor de ´Cuk con aislamiento (I)

  • Balance “(voltios/espiras)·segundos”
  • L1: Vg·d·T + (Vg - VC1 + VC2·n3/n4 )·(1-d)·T = 0
  • L2: (VC2 + VC1·n4/n3 - VO )·d·T - VO·(1-d)·T = 0
  • T1: (VC1/n3)·d·T - (VC2/n4)·(1-d)·T = 0

VO = Vg·(n4/n3)·d/(1-d) VC1 = Vg VC2 = VO

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide102

L1

L2

Vg

VO

iO

iL1

T1

L3

VO

L4

iS

iD

Vg

n3 : n4

Corrientes medias:

iS = iL1 = iO·(n4/n3)·d/(1-d) iD = iL2 = iO

El convertidor de ´Cuk con aislamiento (II)

Máximas tensiones:

vS max = Vg + VO·n3/n4 = Vg/(1-d)

vD max = Vg·n4/n3 + VO= Vg·(n4/n3)·/(1-d)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide103

vL1

vL2

Vg

VO

+

+

-

-

T1

L1

-

L2

+

VO

vL3

Vg

vL4

-

+

n3 : n4

L3

L4

El convertidor de ´Cuk con aislamiento (III)

d·T vL1 = vL3 = Vg vL2 = vL4 = Vg·n4/n3

d’·T vL1 = vL3 = -VO·n3/n4 vL2 = vL4 = -VO

Sólo en m.d. (1-d-d’)·T vL1 = vL2 = vL3 = vL4 = 0

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide104

vL1

vL2

M1 = L3

M2 = L4

+

+

-

-

i1

i2

T1

-

+

L1

L2

Vg

VO

vL3

VO

vL4

Vg

-

+

n3 : n4

i1

L3

L4

i2

t

t

El convertidor de ´Cuk con aislamiento (IV)

Se puede hacer integración magnética y anular los rizados de entrada y salida

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide105

L1

Vg

VO

Vg

L2

L1

Vg

VO

Vg

L3

L2

n2 : n3

El convertidor SEPIC con aislamiento (I)

  • Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico
  • Todas las solicitaciones eléctricas son como en el convertidor de retroceso

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide106

M1 = L2

i1

L1

VO

Vg

L3

Vg

L2

i1

n2 : n3

t

El convertidor SEPIC con aislamiento (II)

Se puede hacer integración magnética y anular el rizado de entrada

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide107

VO

VO

Vg

M= L2

L2

VO

VO

i1

L1

VO

Vg

L3

VO

L1

L2

Vg

n1 : n2

i1

n1 : n2

t

El convertidor zeta con aislamiento

Sin aislamiento

L1

Con aislamiento

Con integración magnética

Con aislamiento

Sin integración magnética

Todas las solicitaciones eléctricas como en el SEPIC, ´Cuk y red.-elev.

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide108

VO

Vg

VO

“Push-pull”

S1

S2

S1

Vg

S2

Medio puente

S1

S3

VO

Vg

S4

Puente completo

S2

Inversores clásicos con transistores (alimentados desde fuente de tensión)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide109

Rect. con transf. con toma media

Inversor “push-pull”

Conv. CC/CC “push-pull”

Rect. con dos bobinas

Rect. en puente

Conv. CC/CC “push-pull”

Conv. CC/CC “push-pull”

Obtención de convertidores CC/CC desde los inversores clásicos (Ejemplo)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide110

B

B

H

B

H

B

El convertidor “push-pull” o simétrico (I)

Convertidor directo

Convertidor directo

Convertidor

“push-pull” o simétrico

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide111

n1 : n2

  • Circuito equivalente cuando conduce S1:

n1

L

n2

VO

n1

L

VO

n2

Vg·n2/n1

Vg

  • Circuito equivalente cuando conduce S2:

S2

S1

L

VO

Vg·n2/n1

El convertidor “push-pull” o simétrico (II)

¿Qué pasa cuando no conducen ninguno de los dos transistores?

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide112

iL1

iL

L

D1

VO

D2

iL2

L

VO

El convertidor “push-pull” o simétrico (III)

  • Conducen ambos diodos  la tensión en el transformador es cero
  • Las corrientes iL1 y iL1deben ser tales que:
  • iL1 + iL2 = iL
  • iL1 - iL2 = iLm (sec. trans.)
  • Circuito equivalente cuando no conducen ni S1 ni S2:

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide113

Mando

t

S2

S1

vD1

2·Vg

vS1

-

+

t

vS2

+

n1

2·Vg

L

n2

vD

t

VO

-

n1

vD

Vg·n2/n1

S2

S1

n2

t

+

+

Vg

2·Vg·n2/n1

vS1

vD1

-

-

t

-

+

vS2

vD2

vD2

2·Vg·n2/n1

t

d·T

T

Tensiones en el convertidor “push-pull”

D1

dmax = 0.5

D2

  • La tensión vD es la misma que en un conv.directo con un ciclo de trabajo 2·d VO = 2·d·Vg·n2/n1(en modo continuo)
  • vsmax = 2·Vg vD1max = vD2max = 2·Vg·n2/n1

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide114

Mando

t

S1

S2

iL

iL

iD1

n1 : n2

t

iS1

n1

L

D1

t

n2

VO

iS2

iS2

n1

t

n2

iD1

Vg

S2

S1

D2

iS1

t

iD2

iD2

Corrientes medias:

iS1 = iS2 = iO·d·(n2/n1) iD1 = iD2 = iO/2

t

d·T

T

Corrientes en el convertidor “push-pull”

iO

dmax = 0.5

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide115

n1

VO

B

iS2

Vg

n1

H

B

S2

S1

iS1

Un problema presentado por el convertidor “push-pull”

  • 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”

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide116

Mando

t

S2

S1

Vg

vS1

vD1

L

t

-

+

+

vS2

vS2

S2

Vg

Vg/2

+

D1

-

vD

t

n2

-

vD

Vg·0.5·n2/n1

Vg

n2

n1

t

+

D2

S1

Vg/2

Vg·n2/n1

vD1

vS1

-

-

+

t

vD2

vD2

Vg·n2/n1

t

d·T

T

El convertidor en medio puente (“half bridge”)

VO

dmax = 0.5

  • La tensión vD es la mitad que en el caso del “push-pull”
  • VO = d·Vg·n2/n1(en modo continuo)
  • vsmax = Vg vD1max = vD2max = Vg·n2/n1

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide117

Mando

t

S1

S2

iL

iD1

iL

t

iS1

iS2

iO

S2

Vg/2

D1

t

L

n2

VO

iS2

Vg

n2

n1

t

D2

S1

iD1

iS1

Vg/2

t

iD2

iD2

Corrientes medias:

iS1 = iS2 = iO·d·(n2/n1) iD1 = iD2 = iO/2

t

d·T

T

Corrientes en el convertidor en medio puente

dmax = 0.5

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide118

Mando

S2, S3

S1, S4

t

vD1

L

Vg

vS1, vS4

-

+

VO

+

vS3

t

S3

S1

+

-

vS2, vS3

D1

vD

n2

Vg

-

t

Vg

n1

n2

vD

+

Vg·n2/n1

D2

S4

S2

t

vS4

-

-

+

2·Vg·n2/n1

vD1

vD2

t

vD2

2·Vg·n2/n1

t

d·T

T

El convertidor en puente completo (“full bridge”)

dmax = 0.5

  • La tensión vD es como en el caso del “push-pull”
  • VO = 2·d·Vg·n2/n1(en modo continuo)
  • vsmax = Vg vD1max = vD2max = 2·Vg·n2/n1

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide119

Mando

S2, S3

S1, S4

t

iL

t

iL

iD1

iO

iS1, iS4

iS3

S3

t

S1

L

D1

iS2, iS3

n2

t

Vg

n1

VO

n2

iD1

D2

S4

S2

iS4

t

iD2

iD2

t

Corrientes medias:

iS3 = iS4 = iO·d·(n2/n1) iD1 = iD2 = iO/2

d·T

T

Corrientes en el convertidor en puente completo

dmax = 0.5

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide120

CS

S1

S3

VO

Vg

S4

S2

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 CS
      • Usar “modo corriente”

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide121

PO

iS

+

Vg

vS

-

PO

iS

Vg

+

vS

-

PO

vS

iS

Vg

+

-

Comparación entre “push-pull” y puentes

vSmax = 2·Vg iS = PO/(2·Vg)

Mayores solicitaciones de tensión

 apto para baja tensión de entrada

vSmax = Vg iS = PO/Vg

Mayores solicitaciones de corriente

 apto para alta tensión de entrada

vSmax = Vg iS = PO/(2·Vg)

Menores solicitaciones eléctricas

 apto para alta potencia

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide122

Inversor “Push-pull”

Inversor en puente completo

Convertidor CC/CC “Push-pull” alimentado en corriente

Convertidor CC/CC en puente alimentado en corriente

Convertidores CC/CC derivados de inversores alimentados desde fuente de corriente

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide123

Mando de S1

t

vD1

Mando de S2

-

+

t

n1

VO

vS1

2·VO·n1/n2

n2

t

n1

vS2

2·VO·n1/n2

n2

Vg

t

dmin = 0.5

S1

S2

+

vS2

vD1

2·VO

-

+

-

vD2

VO

t

vD2

VO·n1/n2

VO·n1/n2

2·VO

+

+

t

VO

-

Vg

Vg

-

Vg

d·T

T

Conducen S1 y S2

No conduce S1

No conduce S2

Convertidor “Push-pull” alimentado en corriente (I)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide124

VO·n1/n2

VO·n1/n2

+

+

Vg

-

Vg

-

Vg

Vg

Conducen S1 y S2

Conducen S1 y S2

No conduce S1

No conduce S2

Convertidor “Push-pull” alimentado en corriente (II)

dura t2

dura t1

dura t1

dura t2

d·T

(1-d)·T

Aplicando el balance “voltios·segundos”

VO = Vg·(n2/n1)/2(1-d) (en modo continuo)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide125

Mando de S1

t

Mando de S2

iD1

iO

t

iL

iL

n1

n2

t

n1

iS1

iS1

n2

Vg

t

dmin = 0.5

S1

S2

iS2

iS2

iD2

t

iD1

iD2

iS1 = iS2 = iO·(n2/n1)/4(1-d)

iD1 = iD2 = iO/2

t

d·T

T

Corrientes en el “push-pull” alimentado en corriente

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide126

Modificaciones

d 1-d

Vg

Vg

VO

VO

1-d d

VOVg

Elevador

Reductor

VO = Vg·d

VO = Vg/(1-d)

VgVO

n1n2

n2n1

n1

n1

VO

n2

n2

VO

Vg

n1

n1

Vg

n2

n2

“Push-pull” alimentado en tensión

VO = 2·d·Vg·n2/n1

“Push-pull” alimentado en corriente

VO = Vg·(n2/n1)/2(1-d)

Convertidores alimentados en tensión vs. alimentados en corriente

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide127

iL

S1

S2

Problema en el apagado del convertidor “push-pull” alimentado en corriente

Hay que garantizar que el flujo en la bobina no pasa a valer cero cuando dejan de conducir S1 y S2al apagar el convertidor

iL

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide128

Desmagnetización hacia la entrada

Desmagnetización hacia la salida

Otro conexionado para desmagnetizar la bobina de entrada

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide129

Desmagnetización hacia la entrada

Desmagnetización hacia la salida

El puente completo alimentado en corriente

Se comporta como un “push-pull” alimentado en corriente en todo salvo en la tensión máxima en el transistor (que es Vg)

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo

slide130

“Push-pull” alimentado en corriente

Puente completo alimentado en corriente

Rectificador en puente en la salida

Área de Tecnología Electrónica de la Universidad de Oviedo