Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Sistemas de alimentación ATE Univ. de Oviedo SISAL001.00 ¿Qué es un Sistema de Alimentación ? Fuente primaria de energía eléctrica + Sistema de Alimentación Carga (sistema electrónico) ATE Univ. de Oviedo SISAL002.00 Múltiples cargas (multisalida) Fuente primaria de energía eléctrica + Carga1 a V1 Sistema de Carga2 a V2 Alimentación Carga3 a V3 ATE Univ. de Oviedo SISAL003.00 Múltiples cargas y fuentes Fuente primaria1 a V1 Carga1 a V1 + Sistema de Carga2 a V2 + Fuente primaria2 a V2 Alimentación Carga3 a V3 ATE Univ. de Oviedo SISAL004.00 Arquitectura de convertidores Carga1 a V1 Bus + Convertidor1 (CA/CC) (CC/CC) Fuente1 + Convertidor3 Convertidor2 Carga2 a V2 (CC/CC Fuente2 bidirec.) Sistema de Alimentación Convertidor4 (CC/CC) Carga3 a V3 ATE Univ. de Oviedo SISAL005.00 Fuentes primarias de Corriente Alterna (CA) Fuentes primarias Frecuencia Tensiones Red Europea 50Hz 220, 230V (175-265V) Red Amer./Jap. 60, 50Hz 110, 100V (85-135V) Red Universal 50-60Hz 110-230V (85-265V) Red Avionica 400Hz 115V (80-165V) ATE Univ. de Oviedo SISAL006.00 Fuentes primarias de Corriente Continua (CC) Fuentes primarias Tensión / celda Tensiones Baterías Pb-ácido 2V (1,75-2,6V) 12-24-48V Baterías Ni-Cd 1,2V (1,05-1,35V) 2,4-6-12V Baterías Ni-Metal H 1,2V (1,05-1,35V) 2,4-6-12V Baterías Térmicas 1,87V (1,2-2,07V) 28V Panel solar 0-0,6V Vpmax=0,45V Variable ATE Univ. de Oviedo SISAL007.00 Tipos de cargas electrónicas Tipo Tensiones Circuitos digitales 5V 3,3V (¿2,7V 1,5V?) Circuitos analógicos +15V -15V 9V 12V Circuitos de RF 6V 12V Baterías 2,4V 6V 12V 24V 48V Accesorios (ventilador) 12V ATE Univ. de Oviedo SISAL008.00 Ejemplo de arquitectura (I) Sistema de Alimentación usado en centrales telefónicas Convertidor1 (CA/CC) Red de alterna Convertidor2 (CC/CC) 5V cc Convertidor4 (CC/CC) 3,3V cc + Batería 48V - + Convertidor3 (CC/CC) Convertidor5 (CC/CC) 15V cc ATE Univ. de Oviedo SISAL009.00 Ejemplo de arquitectura (II) Sistema de Alimentación usado en aviónica Convertidor3 (CC/CC) 28 V cc Convertidor1 Convertidor2 Convertidor4 (CA/CC) (CC/CC) (CC/CA) Generador (turbina) 115 V ca, 400Hz + Generador Auxiliar (en tierra) Baterías - ATE Univ. de Oviedo SISAL010.00 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL011.00 Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (I) Idea básica Realimentación Carga ATE Univ. de Oviedo SISAL012.00 Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (II) Realización física Realimentación Carga ATE Univ. de Oviedo SISAL013.00 Convertidores CC/CC basados en reguladores lineales (III) Cálculo del rendimiento Ig VT + IR + Vg VO - IR Ig = (VO·IR) / (Vg·Ig) VO / Vg El rendimiento depende de la tensión de entrada. El convertidor sólo puede reducir la tensión de entrada. ATE Univ. de Oviedo SISAL014.00 Sistemas basados en reguladores lineales Carga1 +5V Red CA Carga2 +15V Carga3 -15V Transformador de baja frecuencia Rectificadores Reguladores Lineales ATE Univ. de Oviedo SISAL015.00 Sistema de alimentación basado en reguladores lineales Pocos componentes. Robustos Sin generación de EMI Pesados y voluminosos Bajo rendimiento ATE Univ. de Oviedo SISAL016.00 Convertidores CC/CC conmutados (I) Idea básica + Vg Carga VO PWM - Carga Regulador conmutado Regulador lineal VO Vg t ATE Univ. de Oviedo SISAL017.00 Convertidores CC/CC conmutados (II) Filtrando la tensión sobre la carga + VO PWM Vg - + Vg VO VF - Filtro + pasa- VO - bajos Vg t Vg VF VO t ATE Univ. de Oviedo SISAL018.00 Convertidores CC/CC conmutados (III) ¿Se puede usar un filtro “C”? + Vg Vg VF - Filtro pasabajos VF + + VO VO Vg VO VO Vg t t NO se puede ATE Univ. de Oviedo SISAL019.00 Convertidores CC/CC conmutados (IV) ¿Se puede usar un filtro “LC” sin más? + Vg VF - Filtro pasabajos + - + VO Vg VO iL - NO se puede porque interrumpe bruscamente la corriente en la bobina ATE Univ. de Oviedo SISAL020.00 Convertidores CC/CC conmutados (V) El primer convertidor básico: El convertidor REDUCTOR (Buck) + Vg VF - Vg Filtro pasabajos + - VF + VO Vg VO VF + VO - este diodo soluciona los problemas t ATE Univ. de Oviedo SISAL021.00 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). iS= iL iS iL Vg VO Vg + - VO Mando t iL t iS t Durante d·T iD iD + iD= iL - VO Durante (1-d)·T t d·T T ATE Univ. de Oviedo SISAL022.00 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 vL = 0 la corriente en la bobina y la tensión en el condensador iC = 0 (incompatible con el régimen permanente). + Circuito en régimen permanente ATE Univ. de Oviedo SISAL023.00 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” Mando t Circuito en régimen permanente iL + iL - t vL = 0 Áreas iguales vL + d·T t T ATE Univ. de Oviedo SISAL024.00 Análisis del convertidor reductor (IV) + vL = 0 + Vg IO iL iC = 0 Mando VO R - • Aplicación del balance “suma de productos voltios·segundos = 0” (Vg- VO)·d·T - VO·(1-d)·T = 0 VO = d·Vg • Corriente media nula por el condensador t iL IO t vL + d·T Vg- VO t - - VO T iL = IO = VO/R ATE Univ. de Oviedo SISAL025.00 Análisis del convertidor reductor (V) vS + iS IO - •Tensiones máximas + Vg vD vS max = vD max = Vg iL + iD - VO R - • Aplicación del balance de potencias iS = IO·VO/Vg iS = IO·d • Corriente media por el diodo iD = iL - iS iD = IO·(1-d) iS iS iD iD t t d·T T ATE Univ. de Oviedo SISAL026.00 Análisis del convertidor reductor (VI) Otra forma de razonar (I): + vL = 0 + + Vg vD VO R - - Vg vD vD d·T t T vD = d·Vg vD = vL + VO Luego: vD = vL + VO = VO VO = d·Vg ATE Univ. de Oviedo SISAL027.00 Análisis del convertidor reductor (VII) Otra forma de razonar (II): IO ig VO = Vg·d + VO R Vg - 1:d IO = ig/d Transformador ideal de continua Esta forma de razonar es válida para cualquier convertidor no disipativo (combiando la relación de transformación). ATE Univ. de Oviedo SISAL028.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (I) Partimos del convertidor reductor: Controlado por el mando R Vg VO Convertidor reductor VO Vg Incontrolado Vg d 1-d VO Flujo de potencia ATE Univ. de Oviedo SISAL029.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (II) d VO 1-d Vg d 1-d Cambiamos las V 1-d d Vg VO Flujo de potencia VO Vg Flujo de potencia Reductor Otro convertidor d Vg Este interruptor tiene que ser el controlado por el mando. Si no fuera así, habría un corto circuito permanente ATE Univ. de Oviedo SISAL030.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que eleve tensión? (III) 1-d 1-d Vg VO d Vg Flujo de potencia d VO Flujo de potencia Cambiamos la forma de dibujar el circuito Vg VO Convertidor ELEVADOR (Boost) ATE Univ. de Oviedo SISAL031.00 Vg S - - + vD - VO + Vg Reductor VO = Vg·d Siempre VO<Vg vS max = vD max = Vg + + El convertidor reductor frente al elevador vD v - vS VO Elevador Modificaciones d 1-d 1-d d VO Vg Vg VO VO<Vg VO>Vg VO = Vg/(1-d) Siempre VO>Vg vS max = vD max = VO ATE Univ. de Oviedo SISAL032.00 Análisis del conv. elevador (Boost) (En modo continuo de conducción) iL iD iL= iS IO Mando Vg Vg iS R VO Durante d·T Vg·d·T+(Vg-VO)·(1-d)·T = 0 VO = Vg/(1-d) • Balance de potencias iL = IO·VO/Vg iS = iL·d iD = iL·(1-d) Vg iL iL t iL= iD • Balance voltios·segundos t iS + - VO iS t iD iD Durante (1-d)·T t d·T T ATE Univ. de Oviedo SISAL033.00 El cortocircuito y la sobrecarga en el convertidor elevador Vg R Este camino de circulación de corriente no puede interrumpirse actuando sobre el transistor. El convertidor no se puede proteger de esta forma. ATE Univ. de Oviedo SISAL034.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (I) Vg + d Vi 1-d Vo d - Reductor + 1-d - Elevador VO/Vg = (VO/Vi )·(Vi/Vg ) = d/(1-d) VO Vg Vg d 1-d 1-d d VO ATE Univ. de Oviedo SISAL035.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (II) A Vg d 1-d A B d Durante d·T 1-d B Vg VO Durante A (1-d)·T ¿Es posible agrupar interruptores? Basta invertir el terminal común (masa) en el subcircuito de (1-d)T B + - VO ATE Univ. de Oviedo SISAL036.00 ¿Es posible encontrar un convertidor que pueda reducir y elevar? (III) A B Durante d·T Vg B A Durante (1-d)·T 1-d VO Vg A + VO d B ATE Univ. de Oviedo SISAL037.00 d 1-d vS + + El convertidor reductor-elevador (buck-boost) (I) - vD - + Vg VO Vg VO vL - R + • 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) ATE Univ. de Oviedo SISAL038.00 El convertidor reductor-elevador (II) iS Vg IO iD Mando - t VO iL R + • Corriente media por el diodo iL iL t iS iS iD = IO = VO/R t • Balance de potencias iS = IO·VO/Vg iS = IO·d/(1-d) • Corriente media por la bobina iL = iD + iS iL = IO/(1-d) iD iD t d·T T ATE Univ. de Oviedo SISAL039.00 Otra forma de generar los convertidores básicos TD1 TC1 TS1 TB1 d Reductor 1-d TB2 TL1 TC2 Reductor-elevador TL1 TS1 TL1 TD1 TD1 TS1 Elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL040.00 Comparando reductor y reductor-elevador 1A (medios) 100V S L 2A vS max = vD max = 100V 50V D 100W Reductor 1A (medios) 100V S D L Reductor-elevador 2A iS=1A iD=1A iL=2A VAS = 100VA VAD = 100VA vS max = vD max = 150V 50V 100W iS=1A iD=2A iL=3A VAS = 150VA VAD = 200VA Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores ATE Univ. de Oviedo SISAL041.00 Comparando elevador y reductor-elevador 4A (medios) 25V 2A L S D 50V 4A (medios) S iS=2A iD=2A iL=4A 100W VA = 100VA VA = 100VA S D Elevador 25V vS max =vD max = 50V D L Reductor-elevador 2A vS max = vD max = 75V 50V 100W iS=4A iD=2A iL=6A VAS = 300VA VAD = 150VA Las solicitaciones eléctricas en el reductor-elevador son mayores ATE Univ. de Oviedo SISAL042.00 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (I) (sólo una bobina y un diodo) iL iL Vg Convertidor con 1 bobina y 1 diodo iL IO t + R - VO Mando t d·T T El valor medio de iL depende de IO: iL = IO (reductor) iL = IO/(1-d) (elevador y reductor-elevador) ATE Univ. de Oviedo SISAL043.00 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (II) iL R1 • Al variar IO varía el valor medio de iL iL t iL R2 > R1 iL t iL Rcrit > R2 iL t • Al variar IO no varían las pendientes de iL (dependen de Vg y de VO) Todos los casos corresponden al llamado “modo continuo de conducción” (mcc), en el que es válido todo lo estudiado Este es el caso crítico ATE Univ. de Oviedo SISAL044.00 El modo de conducción en los tres convertidores básicos (III) iL Rcrit ¿Qué pasa si R > Rcrit ? iL t iL R3 > Rcrit iL t iL Sigue el modo continuo R3 > Rcrit iL t Modo discontinuo ATE Univ. de Oviedo SISAL045.00 Comparación de la tensión de salida en ambos modos de conducción R < Rcrit iL Recuérdese: Al variar IO varía el valor medio de iL iL t R = Rcrit iL iL t iL R > Rcrit 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. ATE Univ. de Oviedo SISAL046.00 Nos acercamos a las condiciones críticas (y por tanto al modo discontinuo) si: iL • Bajamos el valor de las bobinas (aumentan las pendientes) t iL iL t t • 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) ATE Univ. de Oviedo SISAL047.00 Modo discontinuo de conducción Mando Existen 3 estados distintos: iL t • Conduce el transistor (d·T) iL • Conduce el diodo (d’·T) t • No conduce ninguno (1-d-d’)·T iD iD vL + d·T Ejemplo t Vg VO Vg - d’·T T VO t VO Vg (d·T) Vg (d’·T) VO Vg VO (1-d-d’)·T ATE Univ. de Oviedo SISAL048.00 Relación de transformación en modo discontinuo (en el reductor-elevador) iL iLmax iL iD t iLmax VO Vg (d·T) iD vL + d·T VO = L·iLmax/(d’·T) t Vg Vg (d’·T) - d’·T T VO Vg = L·iLmax/(d·T) VO iD = iLmax·d’/2 iD = VO/R t Relación de transformación M=VO/ Vg : M =d/(k)1/2 , siendo: k =2·L / (R·T) ATE Univ. de Oviedo SISAL049.00 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: iL Rcrit iL t 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL050.00 Extensión a otros convertidores Reductor Reductorelevador Elevador N=d N= 1 1-d N= 2 M= 1+ 4·k 1+ 2 d 1+ 4·d2 1+ k M= M= d 1-d d k 2 kcrit = (1-d) kcrit = d(1-d)2 kcrit = (1-d)2 kcrit max = 1 kcrit max = 4/27 kcrit max = 1 ATE Univ. de Oviedo SISAL051.00 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (I) Lm No vale porque el transformador no se desmagnetiza ATE Univ. de Oviedo SISAL052.00 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (II) D2 Lm D1 No vale porque el transformador se desmagnetiza instantaneamente (sobretensión infinita) ATE Univ. de Oviedo SISAL053.00 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor (III) Lm Esta es la solución Dipolo de tensión constante ATE Univ. de Oviedo SISAL054.00 Operación en régimen permanente de un elemento magnético con dos devanados Ley de faraday: Circuito en régimen + v1 v2 - B = B - A = (vi/ni)·dt permanente + vi = ni · d/dt - n1 : n2 Si se excita el elemento magnético con ondas cuadradas: A En régimen permanente: ()en un periodo = 0 Luego: (vi /ni) = 0 “suma de productos (voltios/espiras)·segundos = 0” ATE Univ. de Oviedo SISAL055.00 Operación en régimen permanente de un elemento magnético con varios devanados: ejemplo V1 max n1 t vi/ni n2 + V1/n1 - V2 d1·T d2·T V2/n2 t T “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 ATE Univ. de Oviedo SISAL056.00 El convertidor directo (forward) (I) V1 Desmagnetización basada en la tensión de entrada V1 = V2 = Vg n1 n2 V2 n1 Teniendo en cuenta: d’ = d·n2/n1 d’ < 1 - d Vg n2 obtenemos: d < n1/(n1 + n2) dmax = n1/(n1 + n2) ATE Univ. de Oviedo SISAL057.00 El convertidor directo (II) + n1 Vg + - vD2 + - vS n2:n3 - vD1 VO + Vg·n3/n1 - VO Durante d·T dmax = n1/(n1 + n2) vS max = Vg+Vg·n1/n2 = Vg/(1-dmax) + VO - vD1 max = Vg·n3/n1 vD2 max = Vg·n3/n2 VO = d·Vg·n3/n1 (en modo continuo) Durante (1-d)·T ATE Univ. de Oviedo SISAL058.00 El convertidor directo (III) iD3 iD2 iL iO iL iO t iD2 t n1 Vg iD1 iS iD2 = IO·d n2:n3 VO iD1 t iS iD1 = IO·(1-d) im = Vg·T·d2/(2·Lm) iS = IO·d·n3/n1 + im ATE Univ. de Oviedo SISAL059.00 iD2·n3/n1 t iD3 t d’·T (ref. al primario) Mando iD3 = im t d·T T Comparando reductor y directo 1A (medios) L S 100V 2A vS max=vD max=100V 50V D 100W Reductor 1A (medios) 100V S D3 D2 L D1 1 : 1:1 Directo 2A iS=1A iD=1A iL=2A VAS=100VA VAD=100VA vD1 max= vD2 max= 100V vS max=200V 50V 100W iL=2A iS=1A iD1= iD2=1A VAS = 200VA VAD = 100VA Mayor VS max en el directo ATE Univ. de Oviedo SISAL060.00 Variación de Vg t + - vD2 vi/ni + n1 Vg + - vS - n2:n3 max vD1 VO max + Vg/n1 t Vg/n2 Baja Vg max t vi/ni + Vg/n1 - t vi/ni t Vg/n’2 Mejores tensiones máximas + Vg/n1 t Vg/n2 Alta Vg ATE Univ. de Oviedo SISAL061.00 ¿Existen otras formas de desmagnetizar el transformador? VC max t Vg vi/ni Enclavamiento RCD (RCD clamp) + Vg/n1 - t VC/n1 Lm Vg Ld Mal rendimiento Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. ATE Univ. de Oviedo SISAL062.00 Otras formas de desmagnetizar el transformador: Desmagnetización resonante (Resonant reset) + Vg vT - vT + t - Lm Vg Ld Pequeña variación de Vg Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. ATE Univ. de Oviedo SISAL063.00 Otras formas de desmagnetizar el transformador: Enclavamiento activo (Active clamp) VC Vg VC = Vg·d/(1-d) vi/ni + Lm Vg t Ld Vg/n1 - t VC/n1 Dos transistores Integración de parásitos Útil para rect. sinc. autoexc. Flujo sin nivel de continua ATE Univ. de Oviedo SISAL064.00 Otras formas de desmagn. el transf.: Convertidor directo con dos transistores D2 S1 D4 VO Vg max D3 S2 D1 t n1 : n2 vi/ni + dmax = 0.5 VO = d·Vg·n2/n1 (en modo continuo) Vg/n1 - t Vg/n1 vS1 max = vS2 max = Vg Dos transistores vD1 max = vD2 max = Vg Bajas tensiones en vD3 max = vD4 max = Vg·n2/n1 los semiconductores ATE Univ. de Oviedo SISAL065.00 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor reductor-elevador (I) Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico ATE Univ. de Oviedo SISAL066.00 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL067.00 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 + - vD + n1 Vg n2 + - vS VO - 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) ATE Univ. de Oviedo SISAL068.00 Comparando retroceso y reductor-elevador 1A (medios) 100V S D 2A vS max = vD max = 150V 50V L Reductor-elevador 1A (medios) D 100W iS=1A iD=2A iL=3A VAS = 150VA VAD = 200VA 2A vS max = vD max = 150V 50V 100V S 1:1 Retroceso 100W iS=1A iD=2A VAS = 150VA VAD = 200VA Las solicitaciones eléctricas son iguales ATE Univ. de Oviedo SISAL069.00 Otra forma del convertidor de retroceso: Convertidor de retroceso con dos transistores S1 D2 D3 VO S2 Vg D1 n1 : n2 VO = Vg·(n2/n1)·d/(1-d) (en m.c.) dmax = 0.5 Dos transistores Relación de transformación acotada vS1 max = vS2 max = Vg Bajas tensiones en vD1 max = vD2 max = Vg los semiconductores vD3 max = Vg·(n2/n1)·/(1-d) ATE Univ. de Oviedo SISAL070.00 Incorporación de aislamiento galvánico al convertidor elevador •No es posible incorporar aislamiento galvánico con un único transistor •Con varios transistores puentes alimentados en corriente ATE Univ. de Oviedo SISAL071.00 ¿Cómo son las corrientes por los puertos de entrada y salida de un convertidor? Puerto de entrada i1 d i2 Puerto de salida 1-d i2 i1 Situación ideal Situación ideal i1 i2 t 1:N t ATE Univ. de Oviedo SISAL072.00 Corriente de entrada en cada convertidor i2 i1 i2 i1 t t no ruidoso Reductor ruidoso i1 i2 i2 i1 t t ruidoso Elevador no ruidoso i1 i2 i1 i2 t t ruidoso Reductor-elevador ruidoso ATE Univ. de Oviedo SISAL073.00 Filtrando la corriente de entrada Reductor Elevador Reductor-elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL074.00 ¿Existen convertidores con ambas corrientes “poco ruidosas”? i1 i2 t t poco ruidosa i1 i2 poco ruidosa Convertidor CC/CC Puerto de entrada Puerto de salida ATE Univ. de Oviedo SISAL075.00 Convertidor elevador-reductor (I) 1-d d + d Vi Vg Elevador 1-d Mando + + vD - Vo - t vD Vi Reductor t VO/Vg = (VO/Vi )·(Vi/Vg ) = d/(1-d) d·T T + Modificamos la posición relativa del condensador y el diodo Vg d Vi 1-d + vD - Elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL076.00 Convertidor elevador-reductor (II) + + vD - Vi d 1-d - Mando + Vo - t vD Vi t Reductor d·T + Vg d Vi 1-d T - + vD - Mando t vD Elevador La tensión vD en ambos casos es igual, salvo por el signo d·T t -Vi T ATE Univ. de Oviedo SISAL077.00 Convertidor elevador-reductor (III): El convertidor de ´Cuk + Vg d Vi 1-d Elevador Mando - t + vD Reductor vD VO d·T t -Vi T 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) ATE Univ. de Oviedo SISAL078.00 El convertidor de ´Cuk Vi Vi = Vg/(1-d) + - vS vD VO + Vg iO - ig VO = Vg·d/(1-d) Vi = Vg + VO Teniendo en cuenta que las corrientes medias por los condensadores son cero: iD = iO iS = ig vS max = vD max = Vi = Vg/(1-d) Los esfuerzos eléctricos son los mismos que en el convertidor reductor-elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL079.00 El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (I) iL2 iL1 Vi = Vg + VO iL1 + iL2 Vg Vi VO d·T t iL2 iL1 Vg Vi di/dt = Vg/L1 VO d’·T iL2 iL1 Vg Vi iL1 di/dt = VO/L1 t iL2 di/dt = VO/L2 VO (1-d-d’)·T di/dt = Vg/L2 ATE Univ. de Oviedo SISAL080.00 El convertidor de ´Cuk en modo discontinuo (II) iL1 + iL2 Llamando: di/dt = Vg/L1 + Vg/L2 1/Leq = 1/L1 + 1/L2 di/dt = VO/L1 + VO/L2 t queda: Vg/L1 + Vg/L2 = Vg/Leq VO/L1 + VO/L2 = VO/Leq Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador la fórmula es la misma, usando Leq como inductancia: d k = 2·Leq / (R·T) kcrit max = 1 kcrit = (1-d)2 M= k ATE Univ. de Oviedo SISAL081.00 Una propiedad interesante del convertidor de ´Cuk + - + vL1 - L1 Vg + vL1 L1 - vL2 - Vg + VO - Vg + VO vL2 VO d·T Las mismas tensiones en L1 y L2 vL1 = vL2 = Vg vL1 = vL2 = -VO vL1 = vL2 = 0 + L2 vL2 L2 Para ambos modos: + Vg + VOL2 L1 Vg Vg vL1 VO d’·T + VO (1-d-d’)·T ATE Univ. de Oviedo SISAL082.00 Acoplamiento de dos bobinas (I) + L1 n1 vL1 - M + L1 n1 vL1 - - vL2 vL2 Bobinas sin acoplar Bobinas acopladas Circuito equivalente Ld2 + + - - + L2 n2 Ld1 vL1 + L2 n2 vLm - Lm n1 vL2· n 2 + + vL2 n1 : n2 ATE Univ. de Oviedo SISAL083.00 Acoplamiento de dos bobinas (II) Ld1 Ld2 + Lm + vL1 - vLmO Lsal = n1 : n2 Ld2·Lm Ld2 + Lm + vL1 - vL2 - - Ld1 + n1 vL2· n 2 + + - Thèvenin Lm n1 vLmO = vL2 · n · 2 Lm+Ld2 ATE Univ. de Oviedo SISAL084.00 Acoplamiento de dos bobinas (III) Ld1 Lsal = + vL1 - Ld2·Lm Ld2 + Lm + iL1 - Lm n1 vLmO = vL2 · n · 2 Lm+Ld2 Aplicamos la Ley de Faraday: vL1 - vLmO = (Ld1 + Lsal)· Si vL1 = vLmO diL1 dt =0 diL1 dt iL1 = cte. (sin rizado) ATE Univ. de Oviedo SISAL085.00 Acoplamiento de dos bobinas cuando vL1 = vL2 Ld1 Lsal = + vL1 - Ld2·Lm Ld2 + Lm + iL1 - Lm n1 vLmO = vL1 · n · 2 Lm+Ld2 El rizado de iL1 se anula si vL1 = vLmO n1 = n2·(1 + Ld2/Lm) iL1 n1 : n2 Ld1 Ld2 Lm ATE Univ. de Oviedo SISAL086.00 Razonando de otro modo iL1 + vL1 - iL2 M L1 n1 L2 n2 + - vL1 = L1·diL1/dt + M·diL2/dt vL2 v = M·di /dt + L ·di /dt L2 L1 2 L2 • Si vL2 = vL1 y M = L2 (L1-M)·diL1/dt = 0 (L1-M)0 diL1/dt = 0 (no hay rizado en iL1) • Si vL2 = vL1 y M = L1 (L2-M)·diL2/dt = 0 (L2-M)0 diL2/dt = 0 (no hay rizado en iL2) ATE Univ. de Oviedo SISAL087.00 Relaciones entre L1, L2 y M por un lado y Ld1, Ld2, Lm, n1 y n2 por otro (I) vL1 = L1·diL1/dt + M·diL2/dt vL2 = M·diL1/dt + L2·diL2/dt iL1 iL2 M + +L vL1 n1 1 - vL1 +L d1 - L2 vL2 n2 - iL2·n2/n1 iL1 Lm [vL1]iL1=0 = M·diL2/dt + Ld2 n1 : n2 - [vL1]iL2=0 = L1·diL1/dt [vL2]iL1=0 = L2·diL2/dt iL2 [v ] L1 iL1=0 = (Lm·n2/n1)·diL2/dt vL2 [vL1]iL2=0 = (Ld1+Lm)·diL1/dt [vL2]iL1=0 = (Ld2+Lm)·(n2/n1)2·diL2/dt ATE Univ. de Oviedo SISAL088.00 Relaciones entre L1, L2 y M por un lado y Ld1, Ld2, Lm, n1 y 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL089.00 Anulación del rizado en la entrada de un convertidor de ´Cuk L2 n2 L1 iL1 iL1 n1 iL2 iL2 t t M = L2 iL1 iL1 t L1 n1 L2 n2 iL2 iL2 t ATE Univ. de Oviedo SISAL090.00 Anulación de cualquiera de los rizados Magnetismo integrado M = L2 iL1 iL1 L1 n1 L2 n2 iL2 iL2 t t M = L1 iL1 iL1 t L1 n1 L2 n2 iL2 iL2 t ATE Univ. de Oviedo SISAL091.00 Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (I) Vi = Vg/(1-d) ´Cuk d Vg Vi = Vg/(1-d) Vg 1-d Elevador VO + vD - VO Reductor Vi = Vg/(1-d) VO Fuente Configuración LDC + transistor de un reductor ATE Univ. de Oviedo SISAL092.00 Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (II) Vi = Vg/(1-d) VO Fuente Configuración LDC + transistor de un reductor Procedente de un ´Cuk ¿Podemos usar otra configuración LDC de salida? Vi (¿?) VO Va a dar origen a un nuevo convertidor Fuente + transistor Configuración LDC de un reductor-elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL093.00 Vamos a buscar otros convertidores con 4 elementos reactivos (III) Vi (¿?) VO L1 Vg Vi (¿?) L2 VO Convertidor SEPIC ATE Univ. de Oviedo SISAL094.00 Subcircuitos en el convertidor SEPIC Vi L1 Vg VO L2 Vi L1 Vi L1 L2 Vg Vg VO Dura: d·T Vi L1 Vg L2 VO L2 VO Dura: (1-d)·T en modo continuo d’·T en modo discontinuo Dura: (1-d-d’)·T (sólo en modo discontinuo) ATE Univ. de Oviedo SISAL095.00 - L1 + vL1 Vi - vD - + Tensiones en el convertidor SEPIC + + vS Vg + L2 - vL2 + VO - Aplicamos el balance “voltios·segundos” a ambas bobinas: Vg·d·T + (Vg - Vi - VO) ·(1-d)·T = 0 Vi·d·T - VO·(1-d)·T = 0 Vi = Vg VO = Vg·d/(1-d) Tensiones máximas: vS max = vD max = Vg+VO= Vg/(1-d) ATE Univ. de Oviedo SISAL096.00 Corrientes en el convertidor SEPIC C1 iL1 L1 Vg iD IO R iS L2 iL2 VO 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”: iL2 = iD iL2 = IO iS = iL1 iS = IO·d/(1-d) ATE Univ. de Oviedo SISAL097.00 Comparando el reductor-elevador y el SEPIC Vi = Vg L1 Vg VO L2 Vi = Vg L2 Vg L2 VO VO A efectos de tensiones máximas y corrientes medias por los semiconductores, ambos son iguales ATE Univ. de Oviedo SISAL098.00 El SEPIC en modo discontinuo (I) iL1 Vg L1 iL1 Vg L1 iL1 Vg L1 Vg iL1 + iL2 iL2 L2 VO t d·T Vg di/dt = Vg/L1 iL2 L2 VO d’·T t iL2 Vg iL2 iL1 di/dt = VO/L1 L2 VO di/dt = VO/L2 di/dt = Vg/L2 (1-d-d’)·T ATE Univ. de Oviedo SISAL099.00 El SEPIC en modo discontinuo (II) iL1 + iL2 Llamando: di/dt = Vg/L1 + Vg/L2 1/Leq = 1/L1 + 1/L2 di/dt = VO/L1 + VO/L2 t queda: Vg/L1 + Vg/L2 = Vg/Leq VO/L1 + VO/L2 = VO/Leq Esta es la misma situación que teníamos en el convertidor reductor-elevador la fórmula es la misma, usando Leq como inductancia: d k = 2·Leq / (R·T) kcrit max = 1 kcrit = (1-d)2 M= k ATE Univ. de Oviedo SISAL100.00 Tensiones en las bobinas del SEPIC + - L1 Vg vL1 vL2 - L1 Vg + vL2 L1 - L2 VO L2 VO + vL1 = vL2 = Vg vL1 = vL2 = -VO vL1 = vL2 = 0 d’·T Vg - vL2 d·T Vg + vL1 Para ambos modos de conducción son iguales Vg + + Vg vL1 L2 VO (1-d-d’)·T Integración magnética ATE Univ. de Oviedo SISAL101.00 Anulación del rizado de entrada en el SEPIC L2 n2 iL1 iL1 L1 iL2 n1 iL2 t t M = L2 iL1 iL1 t L1 n1 L2 n2 iL2 iL2 t Integración magnética ATE Univ. de Oviedo SISAL102.00 Simetrías en los convertidores descritos (I) 1-d d Vg VO 1-d VO Flujo de potencia Vg 1-d VO Vg Flujo de potencia Modificaciones Reductor d d Elevador d 1-d 1-d d VO Vg Vg VO 1-d VO d Vg Flujo de potencia Flujo de potencia Reductor-elevador Reductor-elevador ATE Univ. de Oviedo SISAL103.00 Simetrías en los convertidores descritos (II) Vg+VO d VO +Vg 1-d Vg VO VO ´Cuk Flujo de potencia Vg Vg SEPIC Flujo de potencia ATE Univ. de Oviedo SISAL104.00 Vg ´Cuk Flujo de potencia VO d 1-d d d 1-d VO VO 1-d Vg Flujo de potencia Nuevo convertidor El convertidor zeta o SEPIC inverso d VO Vg 1-d VO Modificaciones VO SEPIC zeta Vg VO d 1-d 1-d d VO Vg Vg VO 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL105.00 Convertidores reversibles V1 V2< V1 V1 V2 Flujo de potencia Flujo de potencia Reductor / elevador Red.-elev. / Red.-elev. V2 V1 Flujo de potencia SEPIC / zeta V1 V2 Flujo de potencia ´Cuk / ´Cuk ATE Univ. de Oviedo SISAL106.00 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL107.00 Introducción de aislamiento galvánico en el convertidor de ´Cuk (II) En la posición de la bobina se puede poner un transformador Estructura final ATE Univ. de Oviedo SISAL108.00 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (I) L1 VC1 VC2 L2 T1 VO Vg n3 : n4 • 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 ATE Univ. de Oviedo SISAL109.00 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (II) L1 Vg iL1 iO T1 L3 Vg L2 VO iS L4 VO iD n3 : n4 Máximas tensiones: vS max = Vg + VO·n3/n4 = Vg/(1-d) vD max = Vg·n4/n3 + VO= Vg·(n4/n3)·/(1-d) Corrientes medias: iS = iL1 = iO·(n4/n3)·d/(1-d) iD = iL2 = iO ATE Univ. de Oviedo SISAL110.00 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (III) vL1 vL2 + - Vg VO + - T1 L1 Vg vL3 - + L3 L2 + n3 : n4 vL4 L4 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 VO vL1 = vL2 = vL3 = vL4 = 0 ATE Univ. de Oviedo SISAL111.00 El convertidor de ´Cuk con aislamiento (IV) Se puede hacer integración magnética y anular los rizados de entrada y salida + vL1 - i1 L1 Vg M2 = L4 + vL2 - M1 = L3 Vg v L3 - T1 - + i1 L3 t + n3 : n4 V vL4 O L4 i2 L2 VO i2 t ATE Univ. de Oviedo SISAL112.00 El convertidor SEPIC con aislamiento (I) Vg L1 Vg L1 Vg L2 VO Vg L2 L3 VO n2 : n3 • Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico • Todas las solicitaciones eléctricas son como en el convertidor de retroceso ATE Univ. de Oviedo SISAL113.00 El convertidor SEPIC con aislamiento (II) M1 = L2 i1 L1 Vg i1 t Vg L3 L2 VO n2 : n3 Se puede hacer integración magnética y anular el rizado de entrada ATE Univ. de Oviedo SISAL114.00 El convertidor zeta con aislamiento Vg VO L1 VO Sin aislamiento M = L2 L2 VO Vg L1 L2 L3 VO n1 : n2 Con aislamiento Sin integración magnética Vg L1 i1 VO n1 : n2 VO i1 t Con aislamiento Con integración magnética Todas las solicitaciones eléctricas como en el SEPIC, ´Cuk y red.-elev. ATE Univ. de Oviedo SISAL115.00 Inversores clásicos con transistores (alimentados desde fuente de tensión) VO Vg S1 S2 “Push-pull” S1 VO S2 Medio puente Vg S1 S3 VO Vg S2 S4 Puente completo ATE Univ. de Oviedo SISAL116.00 Obtención de convertidores CC/CC desde los inversores clásicos (Ejemplo) Inversor “push-pull” Rect. en puente Conv. CC/CC “push-pull” Rect. con transf. con toma media Conv. CC/CC “push-pull” Rect. con dos bobinas Conv. CC/CC “push-pull” ATE Univ. de Oviedo SISAL117.00 El convertidor “push-pull” o simétrico (I) Convertidor directo Convertidor directo B B B B H H Convertidor “push-pull” o simétrico ATE Univ. de Oviedo SISAL118.00 El convertidor “push-pull” o simétrico (II) n1 : n2 n1 n2 L n1 n2 Vg S2 • Circuito equivalente cuando conduce S1: S1 ¿Qué pasa cuando no conducen ninguno de los dos transistores? VO L Vg·n2/n1 VO • Circuito equivalente cuando conduce S2: Vg·n2/n1 L VO ATE Univ. de Oviedo SISAL119.00 El convertidor “push-pull” o simétrico (III) iL1 D1 • Conducen ambos diodos la tensión en el transformador es cero iL L • Las corrientes iL1 y iL1 deben ser tales que: VO D2 iL1 + iL2 = iL iL1 - iL2 = iLm (sec. trans.) iL2 • Circuito equivalente cuando no conducen ni S1 ni S2: L ATE Univ. de Oviedo SISAL120.00 VO Tensiones en el convertidor “push-pull” vD1 n1 S2 Vg + n1 S1 D1 n2 + vS1 - vS2 VO 2·Vg t vD Vg·n2/n1 t vD1 2·Vg·n2/n1 t dmax = 0.5 D2 vD2 • 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 2·Vg vS1 t + L vD - n2 t S2 S1 + vS2 + - Mando vD2 d·T 2·Vg·n2/n1 t T vD1max = vD2max = 2·Vg·n2/n1 ATE Univ. de Oviedo SISAL121.00 Corrientes en el convertidor “push-pull” n1 : n2 n1 iS2 Vg S2 iL iD1 S1 n2 iL t iO iS1 t VO n1 iS2 t n2 dmax = 0.5 iD1 D2 iS1 iD2 t iD2 t Corrientes medias: iS1 = iS2 = iO·d·(n2/n1) t S2 L D1 S1 Mando d·T iD1 = iD2 = iO/2 T ATE Univ. de Oviedo SISAL122.00 Un problema presentado por el convertidor “push-pull” n1 Vg iS2 S2 B VO n1 H B S1 iS1 • 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” ATE Univ. de Oviedo SISAL123.00 El convertidor en medio puente (“half bridge”) S2 Vg Vg/2 - n2 + - O t vS2 Vg t vD Vg·0.5·n2/n1 t vD1 Vg·n2/n1 t dmax = 0.5 vD2 • La tensión vD es la mitad que en el caso del “push-pull” VO = d·Vg·n2/n1 (en modo continuo) • vsmax = Vg Vg vS1 V t S2 S1 + - D2 vS1 L D1 + v n2 - D n1 S1 + Vg/2 + vS2 - vD1 Mando vD2 d·T Vg·n2/n1 t T vD1max = vD2max = Vg·n2/n1 ATE Univ. de Oviedo SISAL124.00 Corrientes en el convertidor en medio puente iD1 Vg/2 S2 n2 Vg Vg/2 n1 S1 iS1 t iS1 t L V iS2 O t dmax = 0.5 iD2 iD1 t iD2 Corrientes medias: iS1 = iS2 = iO·d·(n2/n1) t S2 iL iO n2 D2 S1 iL iS2 D1 Mando t iD1 = iD2 = iO/2 d·T T ATE Univ. de Oviedo SISAL125.00 El convertidor en puente completo (“full bridge”) S3 + S1 S3 +v - vD1 D1 + - n2 Vg S2 n1 S4 V vD D2 - dmax = 0.5 vD2 • La tensión vD es como en el caso del “push-pull” VO = 2·d·Vg·n2/n1 (en modo continuo) • vsmax = Vg t vS2, vS3 Vg t + vS4 t Vg vS1, vS4 O n2 + - - L Mando S1, S4 S2, S3 vD1max = vD2max = 2·Vg·n2/n1 vD Vg·n2/n1 t vD1 2·Vg·n2/n1 t vD2 d·T 2·Vg·n2/n1 t T ATE Univ. de Oviedo SISAL126.00 Corrientes en el convertidor en puente completo iD1 S1 S3 iL iS3 D1 S1, S4 S2, S3 Mando t iL t iO iS1, iS4 t L iS2, iS3 n2 Vg S2 n1 S4 iS4 n2 D2 iD1 O dmax = 0.5 iD2 t iD2 t Corrientes medias: iS3 = iS4 = iO·d·(n2/n1) t V d·T iD1 = iD2 = iO/2 T ATE Univ. de Oviedo SISAL127.00 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” S1 S3 S2 S4 CS VO Vg ATE Univ. de Oviedo SISAL128.00 Comparación entre “push-pull” y puentes PO iS vSmax = 2·Vg Mayores solicitaciones de tensión apto para baja tensión de entrada + Vg - Vg vS iS PO vSmax = Vg vS PO vSmax = Vg + vS iS = PO/Vg Mayores solicitaciones de corriente apto para alta tensión de entrada + - Vg iS iS = PO/(2·Vg) iS = PO/(2·Vg) Menores solicitaciones eléctricas apto para alta potencia ATE Univ. de Oviedo SISAL129.00 Convertidores CC/CC derivados de inversores alimentados desde fuente de corriente Inversor “Push-pull” Convertidor CC/CC “Pushpull” alimentado en corriente Inversor en puente completo Convertidor CC/CC en puente alimentado en corriente ATE Univ. de Oviedo SISAL130.00 Convertidor “Push-pull” alimentado en corriente (I) n1 Vg S2 Vg VO + vS2 - - vS1 n2 t t dmin = 0.5 2·VO vD1 VO vD2 VO·n1/n2 VO·n1/n2 + - + - Conducen No conduce S1 S1 y S2 2·VO·n1/n2 vS2 2·V ·n /n O 1 2 + Vg S1 Mando de S2 t n2 n1 t + - vD1 Mando de S1 Vg vD2 t 2·VO VO d·T t T No conduce S2 ATE Univ. de Oviedo SISAL131.00 Convertidor “Push-pull” alimentado en corriente (II) Vg Vg VO·n1/n2 VO·n1/n2 + - + - Vg Vg Conducen S1 y S2 No conduce S1 Conducen S1 y S2 No conduce S2 dura t1 dura t2 dura t1 dura t2 d·T (1-d)·T Aplicando el balance “voltios·segundos” VO = Vg·(n2/n1)/2(1-d) (en modo continuo) ATE Univ. de Oviedo SISAL132.00 Corrientes en el “push-pull” alimentado en corriente iD1 iL Vg iS1 S1 Mando de S1 t Mando de S2 iO t iL n1 n2 n1 n2 S2 iS2 t iS1 t dmin = 0.5 iS2 iD2 t iD1 iS1 = iS2 = iO·(n2/n1)/4(1-d) iD1 = iD2 = iO/2 d·T iD2 t T ATE Univ. de Oviedo SISAL133.00 Convertidores alimentados en tensión vs. alimentados en corriente Modificaciones Vg d 1-d 1-d d VO Vg VO Reductor V = V ·d O g n 1 Vg n 1 n VO 2 n 2 Vg VO n1 n2 n2 n1 Vg VO Elevador V = V /(1-d) O g n 1 Vg n 1 n VO 2 n 2 “Push-pull” alimentado en tensión “Push-pull” alimentado en corriente VO = 2·d·Vg·n2/n1 VO = Vg·(n2/n1)/2(1-d) ATE Univ. de Oviedo SISAL134.00 Problema en el apagado del convertidor “push-pull” alimentado en corriente iL S1 Hay que garantizar que el flujo en la bobina no pasa a valer cero cuando dejan de conducir S1 y S2 al apagar el convertidor S2 iL ATE Univ. de Oviedo SISAL135.00 Otro conexionado para desmagnetizar la bobina de entrada Desmagnetización hacia la entrada Desmagnetización hacia la salida ATE Univ. de Oviedo SISAL136.00 El puente completo alimentado en corriente Desmagnetización hacia la entrada Se comporta como un “push-pull” alimentado en corriente en todo salvo en la tensión máxima en el transistor (que es Vg) Desmagnetización hacia la salida ATE Univ. de Oviedo SISAL137.00 Rectificador en puente en la salida “Push-pull” alimentado en corriente Puente completo alimentado en corriente ATE Univ. de Oviedo SISAL138.00 Otros temas de interés relacionados con los sistemas de alimentación • Rectificación síncrona • Convertidores multisalida • Conversión CA/CC con bajo contenido armónico (corrección del factor de potencia) otro tema • Convertidores resonantes y de conmutación suave ATE Univ. de Oviedo SISAL139.00 Rectificadores síncronos Puerta Fuente Corto circuito n+p Diodo parásito p nn+ Drenador ATE Univ. de Oviedo SISAL140.00 Rectificación síncrona autoexcitada (VSALIDA < 5V) (I) Rectificación convencional Rectificación síncrona ATE Univ. de Oviedo SISAL141.00 Rectificación síncrona autoexcitada (VSALIDA < 5V) (II) También en rectificadores de media onda Rectificación convencional Rectificación síncrona ATE Univ. de Oviedo SISAL142.00 Convertidores interesantes para rectificación síncrona autoexcitada (I) • Convertidores con filtro con bobina • Convertidores sin tiempos muertos Convertidor directo con enclavamiento RCD ATE Univ. de Oviedo SISAL143.00 Convertidores interesantes para rectificación síncrona autoexcitada (II) Convertidor directo con enclavamiento activo ATE Univ. de Oviedo SISAL144.00 Convertidores interesantes para rectificación síncrona autoexcitada (III) Convertidor directo con desmagnetización resonante ATE Univ. de Oviedo SISAL145.00 Convertidores interesantes para rectificación síncrona autoexcitada (IV) (1-d)·Vg d Vg d·Vg Medio puente con control complementario 1-d (1-d)·Vg Vg d d·Vg 1-d ATE Univ. de Oviedo SISAL146.00 Sistemas multisalida: n conv. en paralelo Eficiente Caro Complejo ATE Univ. de Oviedo SISAL147.00 Sistemas basados en sólo un convertidor conmutado (regulación cruzada) • Se regula una salida • Las otras quedan parcialmente reguladas Muy importante: las impedancias parásitas asociadas a cada salida deben ser lo menor posibles ATE Univ. de Oviedo SISAL148.00 Los convertidores de retroceso y directo con regulación cruzada Va bastante bien si el transf. está bien hecho (sólo un diodo entre el transformador y la carga) Peor: •Está la bobina en medio. •Salidas en distintos modos ATE Univ. de Oviedo SISAL149.00 Mejorando la regulación cruzada en el convertidor directo n2 n1 n4 n3 Las dos bobinas operan en el mismo modo de conducción Condición de diseño: n1/ n2 = n3/ n4 ATE Univ. de Oviedo SISAL150.00 Combinación de regulador conmutado y post-regulador lineal Post-reguladores lineales Regulador conmutado ATE Univ. de Oviedo SISAL151.00 Conversión CA/CC con alto contenido armónico en la corriente de entrada iD Tensión de entrada, vg Tensión en el condensador, VC ig vg VC Corriente por los diodos, iD Corriente de entrada, ig Conversión con bajo contenido armónico un tema completo ATE Univ. de Oviedo SISAL152.00 Pérdidas en los semiconductores y frecuencia de conmutación Corriente Tensión Potencia perdida A frecuencia fS A frecuencia 2·fS ATE Univ. de Oviedo SISAL153.00 Convertidores resonantes (ejemplo) Convencional Convertidores cuasirresonantes conmutados a corriente cero (ZCS-QRC) iS iL iD + vS - iS Resonante Corrientes iL iD vS Potencia perdida en el transistor ATE Univ. de Oviedo SISAL154.00 Conmutación suave y bajo EMI Conv. directo con enclavamiento activo El enclavamiento activo evita estos problemas Tensión en el transformador ATE Univ. de Oviedo SISAL155.00 Otro ejemplo Convertidor en medio puente con control complementario (1-d)·Vg d Vg d·Vg 1-d Tensión en el transformador ATE Univ. de Oviedo SISAL156.00
