Convertidores

INDICE

INTRODUCCION

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

OBJETIVOS ESPECIFICOS

METODOLOGIA

DESARROLLO TEORICO

Fuentes Reguladas Conmutadas

Convertidor conmutado de alta frecuencia

General

Principio de funcionamiento

Clasificación

Régimen de operación

Aislamiento

Topología

Método de control

Componentes del convertidor conmutado de alta frecuencia

Transistor

Modelo de disipación de potencia

Diodo

Parámetros de diodos:

Inductor

Capacitor

Red de realimentación y controlador

Etapa de control

Lazo abierto

Lazo cerrado

Control por modulación de ancho de pulso

Sistema de Control PWM por muestra de tensión

Sistema de Control PWM por muestra de corriente

Control por frecuencia variable

Sistema de Control de frecuencia variable por muestra de corriente

Sistema de Control PWM por muestra combinada tensión- corriente

Topologías de los convertidores de alta frecuencia

Convertidor Push Pull

intervalo entre 0 < t < DT

Intervalo entre T/2 < t < (DT+ T/2)

2.2.1.4Intervalo (DT+ T/2) < t < T

Implementación de convertidores conmutados de alta frecuencia utilizando el dispositivo TL494A.

General

Conclusiones

BIBLIOGRAFIA

NOMENCLATURA

DC Corriente Directa o continua

AC Corriente Alterna

DC/DC Corriente directa a corriente directa

L Inductancia

R Resistencia

C Capacitancia

ESR Resistencia serie equivalente

(Equivalente Series Resistance)

Resumen

En el presente trabajo se realiza una guía de análisis y diseño de un convertidor conmutado de alta frecuencia en su topología Push Pull.

La guía de diseño se desarrolla sin tomar en cuenta características específicas para los dispositivos utilizados o los métodos de control disponibles, de manera que las ecuaciones de diseño obtenidas son de carácter general y pueden ser utilizadas para el dimensionamiento del convertidor utilizando métodos de control por modulación de ancho de pulso o por frecuencia variable.

Durante las pruebas en laboratorio se evalúan características generales de las formas de onda de tensión de salida del convertidor así como la tensión promedio y el nivel de rizado, para este se utiliza un osciloscopio y las herramientas de medición de dicho instrumento.

Adicionalmente se estudia el comportamiento del convertidor ante variaciones de la magnitud de su tensión de entrada, para esto se realizan mediciones de tensión de salida respecto al nivel de tensión a la entrada del convertidor y se determina también de manera teórica el nivel de tensión en la entrada del convertidor para el cual se debe obtener el valor esperado de tensión de salida en estado estacionario para el encapsulado TL494A.

1. INTRODUCCION

Dentro del campo de la electrónica el estudio de las fuentes de alimentación es un tema de suma importancia debido a la incontable cantidad de aplicaciones que necesitan del uso de estos dispositivos para su funcionamiento. Entre las múltiples aplicaciones se pueden encontrar fuentes de alimentación de computadores, cargadores de baterías, de teléfonos, en fin, de cualquier dispositivo electrónico portátil.

Dentro de este sinfín de aplicaciones los convertidores conmutados de alta frecuencia toman un papel de suma importancia debido a las características eléctricas y físicas de los dispositivos, ya que presentan mejores características en variables como lo son las conversiones de voltaje en estado estacionario, las características del rizado de salida y la naturaleza de las corrientes de entrada y de salida, entre otras. Su principio básico de funcionamiento se da por medio de la conmutación rápida de los elementos interruptores, los cuales modifican las formas de ondas de corriente a través del convertidor, principio que permite al circuito obtener un nivel de tensión promedio en sus terminales de salida que coincida con la tensión de referencia planteada. El control de la magnitud de tensión de salida se da por medio de un lazo de control el cual muestrea la tensión de salida del convertidor y realiza acciones de control sobre los elementos internos del convertidor de manera que regula el tiempo de encendido de un transistor de paso (modulación por ancho de pulso) o modifica el tiempo de conmutación del convertidor manteniendo un tiempo de encendido del transistor fijo (frecuencia variable).

En los inicios del desarrollo de la electrónica se dio la utilización de fuentes lineales, sin embargo existen gran cantidad de inconvenientes al utilizar este tipo de fuentes, ya que tienen un gran tamaño y disipan la mayor parte de la energía en forma de calor, además de que presentan características muy pobres de regulación de tensión que afectan el funcionamiento del equipo. Conforme se dio el avance de la electrónica los equipos se fueron tornando más susceptibles a variables como sobre-tensiones, cambios bruscos o ruido en las tensiones de alimentación, haciendo esto imprescindible el uso de fuentes de alimentación reguladas que garanticen características más adecuadas de la tensión que ingresa al equipo.

En el presente trabajo se presentan la topología del convertidor conmutado de alta frecuencia en su topología, Push-Pull. La elección de estas topologías se basa en el estudio de las topologías de mayor utilización para el desarrollo de aplicaciones portátiles alimentadas por una batería.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 OBJETIVO GENERAL

• Realizar un análisis y diseño de un convertidor AC/DC conmutado y realizar la verificación en laboratorio de las fuentes diseñadas, como base para el desarrollo en el curso de Electrónica de Potencia.

1.1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Analizar la clasificación, operación y características generales de convertidores conmutados de alta frecuencia en sus topologías Push pull, en modo de operación continuo y discontinuo.

• Analizar y comparar las características de operación, así como las ventajas y desventajas de cada topología implementada.

• Utilizar el encapsulado TL494A como medio de control del convertidor conmutado de alta frecuencia.

• Realizar el montaje en el laboratorio de los distintos circuitos diseñados, así como realizar pruebas en laboratorio para la validación de los esquemas de diseño.

• Montaje final en váquela.

1.2 METODOLOGIA

El análisis de fuentes de alimentación conmutadas se basa en las propuestas de diseño de convertidores DC/DC estudiadas en el curso de Electrónica Potencia.

De acuerdo a la recopilación de información y a la formación de la guía de diseño se procede a la implementación en laboratorio de las fuentes diseñadas, pretendiendo analizar sus principales características para casos específicos de uso constante a nivel comercial.

Dentro de este análisis en el laboratorio se establece una guía de desarrollo de los circuitos y estudio de los circuitos, donde se pretende delimitar los alcances y dificultades de la implementación en laboratorio de este tipo de circuitos que serviría como base para evaluar la creación de prácticas de laboratorio cuyo fin sea la el montaje de este circuito en el curso de laboratorio de electrónica de potencia.

2. DESARROLLO TEORICO

2.1 Fuentes Reguladas Conmutadas

La topología básica de una fuente regulada conmutada está compuesta por una etapa de potencia, compuesta por un convertidor AC/DC y un convertidor conmutado (convertidor DC/DC), así como una etapa de control compuesta por una red de realimentación y su respectivo controlador. La anterior descripción se representa en el siguiente esquema:

Figura 2.1. Topología de una fuente regulada conmutada.

La utilización de estos dispositivos se da en innumerables aplicaciones dentro de todos los campos de estudio de la electrónica, por ejemplo se puede observar la enorme utilización de estos convertidores en alimentación de los circuitos integrados de computadores, en la electrónica industrial para la alimentación de equipos, etc.. Dentro de este contexto aparecen los convertidores conmutados como una alternativa para aliviar esta problemática, ya que por su principio de funcionamiento estos se encargan de mantener niveles constantes de tensión en la salida del convertidor con respecto a la variación del nivel de tensión de entrada.

Dentro de este trabajo tal como se acota más adelante se trabaja con tres topologías básicas del convertidor conmutado de alta frecuencia, estas son las topologías Push pull. La elección de estas topologías se da debido a que estas representan las topologías básicas con las cuales trabaja un convertidor conmutado que se encarga de realizar la regulación de tensión en un dispositivo portátil alimentado por una batería.

2.1.1 Convertidor conmutado de alta frecuencia

Los convertidores conmutados de alta frecuencia, también conocidos como convertidor DC/DC son dispositivos electrónicos que tienen

...