Convertidor DC-DC

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Conversión electrónica de potencia

TEV 4: Convertidor DC-DC

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata

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Francisco Santoro Al. 73892/9

Diseño de una fuente no regulada

Características de la fuente: (extraído del Tev. 2)

Tensión continua de salida (VCC): D + U + 5 [V]

Corriente continua de salida (ICC): C/4 + 1 [A]

Donde el N° Alum. es 73892/9; por lo que obtendremos, los siguientes valores:

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Además, hay que considerar que Vi varía hasta en +5% / -10% por variaciones de la red eléctrica.

Objetivo del trabajo:

Diseñar una fuente conmutada, con el fin de conseguir un valor estable de tensión, como el obtenido en el TEV2 con un regulador lineal, pero ahora adicionándole a su función de brindar un nivel de tensión estable, el hacerlo con bajas perdidas, algo muy importante en muchas aplicaciones. Un requerimiento adicional que se requiere es que la salida este aislada galvánicamente de la entrada, para ello se utilizara un convertidor DC-DC tipo “Fly-Back”, el cual integra en su interior un trasformador que nos permite no solo aislar galvánicamente, sino también escalar niveles de tensión para adaptarlo a nuestros requerimientos. Su configuración esquemática se muestra a continuación.

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Fig. 1: Esquema de conexión convertidor Fly-Back

El análisis del convertidor DC-DC de la Figura 1 se basa en los siguientes supuestos:

1. El MOSFET de y el diodo son interruptores ideales. No poseen perdidas.
2. Los elementos del circuito no almacenan ni entregan energía. No son disipativos.
3. Se desprecian las inductancias de fuga del transformador y las capacitancias parásitas.
4. Los componentes pasivos son lineales, invariantes en el tiempo e independientes de la frecuencia.
5. La impedancia de salida de la fuente de voltaje de entrada VI es cero para los componentes de CC y CA.

cálculos preliminares

Determinación del ciclo de trabajo:

El ciclo de trabajo nos define el valor final de tensión que obtendremos a la salida del convertidor. El mismo se define como:

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*Donde n, es la relación del transformador y D es el ciclo de trabajo.

Ya que nosotros trabajamos con la tensión de red, se coloca una etapa previa de rectificación, la cual nos brindara tensión continua, mediante la cual alimentamos nuestro conversor.

Entonces Vi será la tensión de salida de nuestro rectificador.

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Ahora podemos calcular el ciclo de trabajo, para que el ciclo de trabajo no sea muy pequeño se adoptara un transformador, el cual tenga una relación de transformación n=5.

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Nuestra frecuencia de conversión es de 50KHz, por lo que:

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Ahora que ya tenemos nuestro ciclo de trabajo calcularemos el resto de los componentes:

Capacitor de rectificación:

Con el fin de mejorar la señal de entrada se colocará un Cf, el cual disminuirá el rizado inicial con el fin de mejorar el ripple a la salida. Z=5% (en Vi).

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Calculando obtenemos que:

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Calculo de Inductancia de conversión:

La consigna nos requiere que nuestra inductancia sea 1.1*Lcrt, donde la inductancia critica, es el valor de inductancia el cual nos asegure conducción continua.

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Fig. 2: Grafica de la corriente de la Inductancia critica

A partir de la premisa que la corriente en el inductor, para todo momento debe ser mayor a cero, y que se comporta como un diente de sierra, podemos obtener su valor como:

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