Convertidores DC/DC

Convertidores DC/DC

Instituto Tecnlógico Nacional de México - InstitutoTecnológico de Saltillo

Electronica de potencia aplicada

20 de junio de 2021

Alan Eduardo Ortega Tobias

1. Introducción

 Los convertidores dc/dc son dispositivos usados para convertir un voltaje en directa a otro voltaje, ya sea uno mayor o menor, esto dependerá de las características que tenga cada convertidor.

El típico convertidor de corriente directa a corriente directa esta diseñado principalmente con una fuente de voltaje, un interruptor(comúnmente se utilizan switches de alta conmutación como son los transistores MOSFET o IGBT), capacitores como filtros, bobinas, diodos, y al final una resistencia de carga, que es donde se reflejará el voltaje a la salida.

[pic 1]

Figura 1 Diseño típico de un convertidor dc/dc

El circuito básicamente funciona con un voltaje inicial que nos proporciona la fuente, esta a su vez pasara por una bobina, y el switch decidirá si el circuito va a estar abierto o cerrado respectivamente. Este tipo de circuitos generalmente tienen dos estados, el primero es el estado OFF que es cuando el switch esta en 0, y el estado ON que es cuando el switch esta en 1.

[pic 2]

Figura 2 Estados OFF y ON de nuestro circuito

Como vemos tenemos un estado ON en el cual el dispositivo de conmutación permite la circulación de corriente, transmitiendo la tensión de entrada a un extremo del inductor y un estado OFF en el cual dicho dispositivo se comporta como un circuito abierto aislando la tensión de entrada.

Cada estado tiene un cierto comportamiento en el circuito y cada uno de estos esta descrito bajo un modelo matemático especifico.

1. Desarrollo de la actividad

En esta actividad se desarrollarán problemas relacionados con el funcionamiento de los distintos tipos de convertidores que existen

1. Objetivo de la práctica

Conocer el diseño, las aplicaciones, y la forma de calcular las distintas mediciones que se presentan en convertidores dc/dc.

1. Problemas

1. Convertidor Boost

1. Identifique bajo simulación la respuesta en lazo abierto del convertidor bajo los siguientes parámetros:

𝐿 = 15.91 𝑚𝐻, 𝐶 = 50 𝜇𝐹, 𝑅 = 52 𝛺, 𝐸 = 12 𝑉

 a) Con un ciclo de trabajo de 𝐷 = 25, 50 𝑦 75 %

b) Identifique los valores de 𝑉𝑜, 𝐼𝑜 e 𝐼𝐿 (Voltaje y corriente de salida en la carga y el inductor)

 2. Obtenga el modelo matemático promedio del convertidor (conmutado)

3. Obtenga la representación en variables de estado del convertidor (espacio-estado)

4. Obtenga los puntos de equilibrio

 5. Calcule y grafique la respuesta de la función de transferencia estática

6. Diseñe la ley de control indirecto

 7. Valide la implementación experimental del controlador para una 𝑉𝑑 = 24 𝑉.

1. Convertidor Buck-Boost

1. Identifique bajo simulación la respuesta en lazo abierto del convertidor bajo los siguientes parámetros: 𝐿 = 20 𝑚𝐻, 𝐶 = 20 𝜇𝐹, 𝑅 = 30 𝛺, 𝐸 = 15 𝑉 

a) Con un ciclo de trabajo de 𝐷 = 25, 50 𝑦 75 %

 b) Identifique los valores de 𝑉𝑜, 𝐼𝑜 e 𝐼𝐿 (Voltaje y corriente de salida en la carga y el inductor)

2. Obtenga el modelo matemático promedio del convertidor (conmutado)

3. Obtenga la representación en variables de estado del convertidor (espacio-estado)

4. Obtenga los puntos de equilibrio

5. Calcule y grafique la respuesta de la función de transferencia estática

6. Diseñe la ley de control indirecto

7. Valide la implementación experimental del controlador para un 𝑉𝑑 = −22.5 𝑉.

1. Convertidor Buck-Boost no inversor

1. Identifique bajo simulación la respuesta en lazo abierto del convertidor bajo los siguientes parámetros: 𝐿 = 15.91 𝑚𝐻, 𝐶 = 470 𝜇𝐹, 𝑅 = 52 𝛺, 𝐸 = 12 𝑉 

a) Con un ciclo de trabajo de 𝐷 = 25, 50 𝑦 75 %

b) Identifique los valores de 𝑉𝑜, 𝐼𝑜 e 𝐼𝐿 (Voltaje y corriente de salida en la carga y el inductor)

2. Obtenga el modelo matemático promedio del convertidor (conmutado)

3. Obtenga la representación en variables de estado del convertidor (espacio-estado)

4. Obtenga los puntos de equilibrio

5. Calcule y grafique la respuesta de la función de transferencia estática

6. Diseñe la ley de control indirecto

 7. Valide la implementación experimental del controlador (seleccione el punto de operación a validar)

1. Convertidor Cúk

1. Identifique bajo simulación la respuesta en lazo abierto del convertidor bajo los siguientes parámetros: 𝐿 = 30𝑚𝐻, 𝐶 = 150 𝜇𝐹,  𝐿2 = 30 𝑚𝐻, 𝐶2 = 50 𝜇F, 𝑅 = 10 𝛺, 𝐸 = 100 𝑉

a) Con un ciclo de trabajo de 𝐷 = 25, 50 𝑦 75 %

b) Identifique los valores de 𝑉𝑜, 𝐼𝑜 e 𝐼𝐿 (Voltaje y corriente de salida en la carga y el inductor)

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