Ejercicio Feedback Electrónica de Potencia

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Ejercicio Feedback Nº1. Unidad 3

Realizar el diseño de bloques de una fuente conmutada tipo convertidor directo. Explicando el funcionamiento general y las características del filtro de entrada, puente rectificador y condensador volumétrico.

Las fuentes conmutadas como es este caso son dispositivos electrónicos que se encargan de transformar el voltaje CC de un nivel a otro, esto mediante conmutación de dispositivos de estado sólido (MOSFET, transistores…) estos para interrumpir las altas frecuencias utilizan semiconductores. Operan como interruptores en dos modos, totalmente apagado o encendido.

En este ejercicio hablamos de una fuente tipo convertidor directo que contienen aislamiento entre la entrada y la salida, este es proporcionado por un transformador de alta frecuencia, lo que les otorga una mayor eficiencia energética y los hace capaz de manejar grandes potencias.

Su objetivo es rectificar la corriente de entrada CA dándole una salida CC-CC regulada para la carga requerida.

Su configuración es en cuatro bloques donde cada uno cumple una función distinta.  

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Figura 1: Diagrama de bloques de una fuente conmutada de tipo directo.

Bloque 1: Filtro de entrada.

Un filtro de una sola etapa que consiste en L y C cuya función será proteger la fuente y circuitos de posibles transitorios u otras señales interferentes provenientes de la red consiguiendo la mejora de su factor de potencia de operación y reduciendo el EMI conducido. El filtro debe tener la menor perdida posible de potencia para garantizar la eficiencia energética, no obstante, deberemos tener en cuenta la posibilidad de oscilaciones en presencia de estos filtros de perdidas bajas.

A la hora de su diseño algo útil que debemos tener en cuenta es que la frecuencia resonante del filtro de entrada sea una década mas baja que la frecuencia resonante del filtro de salida esto para evitar la interacción entre ambos.

Se deben incluir también elementos amortiguadores adicionales y el condensador filtrante de entrada debe ser lo mas grande posible.

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Figura 2. Filtro de entrada

Bloque 2: Puente rectificador.

Es un circuito electrónico encargado de convertir la onda alterna de entrada en una señal positiva pulsante.

Para ello utiliza un puente de diodos formado por cuatro diodos, que convierten una señal con partes positivas y negativas en una señal con solo parte positiva.

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Figura 3. Rectificador monofásico de doble onda      Figura 4. Rectificador idealizado.

en puente de diodo.

Consideramos Ls = 0 con lo cual es fácil ver la operación de cada grupo de diodos, 1 y 3 será el grupo superior de diodos y 2 y 4 serán el grupo inferior de diodos.

En el grupo superior los cátodos de ambos diodos tienen un potencial común, por lo tanto, el diodo con si ánodo en el potencial más alto conducirá id. Por el contrario, en el grupo inferior los ánodos de los diodos tienen un potencial común, por lo que el diodo con su cátodo en el potencial más bajo conducirá id.

Cuando vs sea positivo los diodos 1 y 2 conducirán id y los diodos 3 y 4 tendrán una polarización inversa y cuando vs se convierta en negativo id conmuta en forma instantánea a los diodos 3 y 4 y los diodos 1 y 2 aparecerán con una polarización inversa.

En muchos casos se requerirá que el equipo opere con un voltaje de línea de 115V y 230V por lo que se utilizará un rectificador duplicador para evitar un transformador de subida de tensión.

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Figura 5. Rectificador duplicador.

Bloque 3: Condensador volumétrico.

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