Prereporte de Laboratorio Prereporte Especial Convertidor DC-DC Flyback

Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones

IE – 0408 Laboratorio Eléctrico II

Prereporte de Laboratorio Prereporte Especial

Convertidor DC-DC Flyback

TABLA DE CONTENIDO

Índice de Figuras        iii

Índice de Tablas        iv

1. Nota Teórica        1

1. Generalidades Convertidores DC-DC        1

1. Convertidor DC a DC        1
2. Convertidor Boost        1
3. Convertidor Buck        3
4. Convertidor Buck –Boost        3

1. Convertidores con Aislamiento (Flyback)        5

1. Convertidor Flyback        5

1. Aplicaciones de un Convertidor Flyback        7
2. Transformadores de Alta Frecuencia        7
3. Transistores        8

1. Transistor de unión bipolar BJT        8
2. Transistor de efecto de campo de unión JFET        8
3. MOSFET        9
4. Transistor IGBT        10

1. Objetivos        12

2.0.1 Objetivos Específicos        12

1. Equipo        13
2. Diseño        14
3. Procedimiento        32
4. Bibliografía        34
5. Anexos        35

Índice de Figuras

Fig. 1: Esquema básico de un convertidor Boost. [4]        1

Fig. 2: Las dos configuraciones de un Boost. [4]        2

Fig. 3: Esquema básico de un convertidor Buck. [6]        3

Fig. 4: Las dos configuraciones de un Buck. [6]        3

Fig. 5: El esquemático básico de un convertidor buck-boost. [7]        4

Fig. 6: Esquemático de un Convertidor Buck-Boost. [7]        4

Fig. 7: Ambos estados de operación de un convertidor Buck-Boost. [7]        4

Fig. 8: Diagrama del convertidor Flyback [5]        5

Fig. 9: Las dos configuraciones de un Flyback. [5]        6

Fig. 10: Transistor de unión bipolar. [8]        8

Fig. 11: Símbolo más extendido del IGBT: Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E) [10]        10

Fig. 12: Sección de un IGBT [10]        11

Fig. 13: Circuito equivalente de un IGBT [10]        11

Figura d1 Convertidor Flyback        14

Figura d2: Estado 1 MCC        15

Figura d3: Estado 2 MCC        16

Figura d4: Forma de onda del inductor equivalente MCC        17

Figura d5: Forma de onda del voltaje en el capacitor        18

Figura d6: Tercer estado de MCD        20

Figura d7: Forma de onda de corriente en el inductor MCD        21

Figura d8: Forma de onda de corriente en el diodo MCD        21

Figura d9: Estado 1 MCC con pérdidas        23

Figura d10: Estado 2 MCC con pérdidas        24

Figura d11: Estado 3 en MCD con pérdidas        26

Figura d12: Circuito a implementar en caso específico        30

Figura d13: Salida del circuito diseñado        30

Figura d14: Forma de onda de la corriente en el transformador        31

Índice de Tablas

Tabla 1. Lista de equipo        13

Tabla 2. Componentes        13

Tabla d1: Muestreo de distintas cargas, con ajuste de D para tener una fuente de 4V        29

Tabla 3: Eficiencia del Transformador para varias frecuencias        32

Tabla 4: RQON /// 3 Transistores        32

Tabla 5: Vd        32

Tabla 6: Pérdidas C/transistor. Tres dif. Frecuencias        32

Tabla 7: Eficiencia C/transistor. Tres dif. Frecuencias        33

Tabla 8: Comparación Modelo Real/Teórico, por C/Transistor. Tres dif. Frecuencias        33

Tabla 9: Porcentaje de Error        33

1. Nota Teórica

1. Generalidades Convertidores DC-DC

1. Convertidor DC a DC

Se llama convertidor DC-DC a un dispositivo que transforma corriente continua de una tensión a otra. Suelen ser reguladores de conmutación, dando a su salida una tensión regulada y, la mayoría de las veces con limitación de corriente. Se tiende a utilizar frecuencias de conmutación cada vez más elevadas porque permiten reducir la capacidad de los condensadores, con el consiguiente beneficio de volumen, peso y precio.

Ventajas de utilizar convertidores DC-DC

Simplifican la alimentación de un sistema, porque permiten generar las tensiones donde se necesitan, reduciendo la cantidad de líneas de potencia necesarias. Además permiten un mejor manejo de la potencia, control de corrientes de entrada, reducción de armónicas y un aumento en la seguridad. Tienen gran eficiencia.

Inconvenientes

Generan ruido, No sólo en la alimentación regulada, sino que a través de su línea de entrada se puede propagar al resto del sistema. También se puede propagar por radiación. Frecuencias más altas simplifican el filtrado de este ruido.

1. Convertidor Boost

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Fig. 1: Esquema básico de un convertidor Boost. [4]

El interruptor suele ser un MOSFET, IGBT o BJT.

El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores y al menos un elemento para almacenar energía. Frecuentemente se añaden filtros construidos con inductores y condensadores para mejorar el rendimiento.

Un conector de suministro de energía habitual normalmente no se puede conectar directamente a dispositivos como ordenadores, relojes o teléfonos. La conexión de suministro genera una tensión alterna (AC) y los dispositivos requieren tensiones continuas (DC). La conversión de

potencia permite que dispositivos de continua utilicen energía de fuentes de alterna, este es un proceso llamado conversión AC a DC y en él se usan convertidores AC a DC como rectificadores.

La energía también puede provenir de fuentes DC como baterías, paneles solares, rectificadores y generadores DC, pero ser de niveles inadecuados. El proceso de cambiar una tensión de continua a otra diferente es llamado conversión DC a DC. Un convertidor Boost es uno de los tipos de convertidores DC a DC. Presenta una tensión de salida mayor que la tensión de la fuente, pero la corriente de salida es menor que la de entrada.

Estructura y funcionamiento

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Fig. 2: Las dos configuraciones de un Boost. [4]

(a) La energía se transfiere de la fuente a la bobina y del condensador a la carga. (b) la energía se transfiere de la fuente y de la bobina al condensador y a la carga.

El principio básico del convertidor Boost consiste en dos estados distintos dependiendo del estado del interruptor S:

Cuando el interruptor está cerrado (On-state) la bobina L almacena energía de la fuente, a la vez la carga es alimentada por el condensador C.

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