diseño de un inversor resonante con conmutación suave

DISEÑO DE UN INVERSOR RESONANTE CON CONMUTACIÓN SUAVE
ING. HÉCTOR MANUEL GUIZAR REYES, M.C. MARIO SALVADOR ESPARZA GONZÁLEZ
[email protected], [email protected].
Instituto Tecnológico de Aguascalientes, tel. (449) 910-50-02, Aguascalientes, Ags.
RESUMEN
En este articulo se presentan los cálculos y
consideraciones necesarias para el diseño de un
inversor resonante utilizando el método de
conmutación a corriente cero (ZCS), así como los
resultados prácticos obtenidos.
INTRODUCCIÓN
Una nueva técnica a aparecido recientemente en las
topologías de diseños de convertidores de cd – ca.
Esta técnica se conoce como modulación suave, la
cual esta basada en las características de los
convertidores resonantes de conmutación a voltaje y
corriente cero (ZVS y ZCS), obteniendo con esto que
los circuitos tengan una mayor eficiencia y una alta
densidad de potencia ya que prácticamente se
eliminan por completo las perdidas por conmutación,
logrando así que los dispositivos de swicheo ocupen
disipadores de calor de menor tamaño.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
t5=2us. Tomando en cuenta que la celda ZCS
considera solo un ciclo (positivos); entonces la
frecuencia a considerar es f=50KHz. Sustituyendo los
valores en la ecuación 2 tenemos que C=398.579nF
tomando estos valores y aplicando la ecuación 1
obtenemos L=17.7146uH; para conocer el momento
exacto de la conmutación tenemos que tcorte = t1+t2+t3
= 12.058us, con los valores obtenidos se arma el
inversor de la fig 2.A.
A)
B)
Fig. 2. A) Inversor monofásico. B) Formas de onda (a. Pulso (tcorte
), b. IL y c. VC ) del inversor con ZCS.
Fig. 1. Forma de onda de IL y VC de una celda ZCS.
Del cto. de una celda ZCS se obtienen las formas de
onda de la fig. 1. en estas se observan 5 modos
(tiempos), su comportamiento esta dado por las
siguientes ecuaciones:
I  V  C ; t  I 0 L ; t2   LC ; t  LC seno1  1  ;
x m  s 
3
I 0  I 0  L
t4 
1
 x
Vs
Vc3C ; t  T  t  t  t  t  ; v  2V cos t
c3
s
0 3
5
1
2
3
4
I0
con el fin de conocer los valores de L y C para las
condiciones de Vs, I0, X y f, se hizo el siguiente
despeje:
2
V 
L   s  C
 xI0 
(1)
sustituyendo L en las ec. anteriores tenemos:
C
Vs
XI0
T  t5
1

1
1  1 
    sen    2 X cos sen 1 
X
X
X


  
  

(2)
RESULTADOS
Diseñe un inversor con una frecuencia de 25KHz,
alimentado por un voltaje de Vs=30V, la carga
consume una corriente I0=3A, considerar X=1.5 y
En la figura 2.B se observa que la corriente se corta
cuando llega a un valor de cero, mientras que el
capacitor no se descarga completamente; se
desarrollo un análisis de perdidas por conmutación de
un inversor de alta frecuencia[2] ordinario y otro con
modulación suave, obteniendo pérdidas de
conmutación por 37W, mientras que con la técnica
ZCS es de 1W.
CONCLUSIONES
Debido a que la IO no alcanza el valor del cálculo la
tensión en el capacitor sufre una deformación, aun
así se observa que la corriente es cero en el tiempo
calculado, eliminado con esto las perdidas al
momento del apagado del interruptor.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Muhamad H. Rashid, Electrónica de potencia,
circuitos dispositivos y aplicaciones, 1990.
[2] Héctor Manuel Guizar R./ Iván Illich Ibarra M.
/José Isabel Martinez S. “Diseño de una balastra
electrónica para una lámpara de VSAP de 150W.”,
Tesis Profesional para obtener el titulo de Ingeniero
Eléctrico, Instituto Tecnológico de Aguascalientes.
Abril 2004.