Ejercicio Feed-Back-Electronica de Potencia

OLIVER ESPARZA SANDOVAL

Ejercicio Feedback Nº1. Unidad 3 Realizar el diseño de bloques de una fuente conmutada tipo convertidor directo. Explicando el funcio funciona namie miento nto gene genera rall y las caract caracterí erísti sticas cas del del filtro filtro de entra entrada da puen puente te rectif rectifica icador dor y condensador volum!trico.

FUENTE CONMUTADA TIPO CONVERTIDOR DIRECTO "na fuente conmutada es un dispositivo electr#nico que transforma la energía el!ctrica de un nivel a otro mediante la conmutaci#n de dispositivos de estado s#lido $transistores %&'FE( etc.) que operan como interruptores* completamente apagados o completamente completamente encendidos. encendidos. +as fuentes tipo convertidor directo son fuentes con aislamiento el!ctrico entre la entrada y la salida. El aislamiento aislamiento es proporcionado proporcionado por un trasformador de alta frecuencia el cual utiliza una excitaci#n unidireccional en su n,cleo. &tra característica del convertidor es su construcci#n esta ser- explicada m-s adelante. El objetivo principal de la fuente es rectificar la corriente de entrada / y darle una salida 0 regulada para dic1a carga. +a fuente est- dividida en bloques $figura 2) donde cada uno de estos cumple una funci#n.

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

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k c a b d e e F o i c i c r e j E


Filro de enrada El filtro de entrada tiene por funci#n proteger la fuente y circuitos de posibles transitorios u otras señales interferentes provenientes de la red y a la vez bloquear la inserci#n en la red de señales de alta frecuencia generadas por la propia fuente $E%5 conducido). +a mayoría de las fuentes conmutadas incorporan filtros E%5 para suprimir en su mayoría los ruidos y est-n basados en sencillos circuitos inductivos que trabajan junto a capacitores que se colocan en paralelo con la línea de alimentaci#n $figura 6). 7esde el punto de vista de eficiencia energ!tica este filtro debe tener la menor perdida de potencia posible. 8o obstante se debe tomar en cuenta la posibilidad de oscilaciones en presencia de estos filtros de perdidas bajas. "n criterio ,til de diseño requiere que la frecuencia resonante del filtro de entrada sea una d!cada m-s baja que la frecuencia resonante del filtro de salida a fin de evitar la interacci#n entre las dos.

Figura 2. Filtro de entrada simple.

P!ene reci"icador El puente rectificador convierte la onda alterna de entrada en una señal positiva pulsante este es el primer paso para obtener una señal continua a partir de una alterna. El rectificador con puente de diodos est- conformado por 9 diodos $figura :).

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Figura 3. Rectificador monofásico con puente de diodos.

'i se considera un circuito idealizado con + s ; 4 como en la figura 9 se puede observar f-cilmente el funcionamiento de los diodos. Este circuito consiste en dos grupos de diodos* el grupo superior con los diodos 2 y : y el grupo inferior con los diodos 6 y 9. En el grupo superior los c-todos de los diodos tienen un potencial com,n por lo tanto el diodo con su -nodo en el potencial m-s alto conducir- i d. En el grupo inferior los -nodos de los dos diodos tienen un potencial com,n. 3or lo tanto el diodo con su c-todo en el potencial m-s bajo conducir- i d.

Figura 4. Rectificador idealizado.

Es decir cuando vs es positivo los diodos 2 y 6 conducir-n id y los diodos : y 9 aparecer-n con una polarizaci#n inversa. uando v s se convierte en negativo la corriente id cambia $conmuta) en forma instant-nea a los diodos : y 9 pues + s ; 4 y los diodos 2 y 6 aparecer-n con una polarizaci#n inversa. +as formas de onda de voltaje y corriente de salida del rectificador idealizado se muestran en la figura <.

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Figura 5. Forma de onda del rectificador idealizado.

abe mencionar que el comportamiento de los rectificadores en los convertidores reales no es idealizado y por lo tanto la conmutaci#n de los diodos y las formas de onda estar- sujeta al valor de + s. En muc1as aplicaciones tal vez se requiera que el equipo opere con un voltaje de línea de 22< = y 6:4 =. 3or tanto un rectificador duplicador de voltaje como se muestra en la figura > sirve para evitar un trasformador de subida de tensi#n.

Figura 6. Rectificador duplicador.

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Conden#ador $ol!%&rico El condensador volum!trico o condensador de enlace se encarga de disminuir el rizado de la señal proveniente del puente rectificador obteniendo una señal casi continua. 3ara 1acer esto almacenan la carga el!ctrica y la entrega cuando es necesario. (ambi!n proporciona un tiempo de retenci#n del voltaje de salida regulado durante apagones moment-neos de la energía de la red. El capacitor volum!trico se calcula como funci#n de tiempo de detenci#n deseado*

7onde =dmín se elige en el rango de >4? a @
Figura . !on"ertidor directo idealizado.

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+a conversi#n A inicia con la conmutaci#n del interruptor a alta frecuencia generando así un voltaje / de alta frecuencia a trav!s de la bobina del lado primario del trasformador de aislamiento. El voltaje del lado primario induce un voltaje / de alta frecuencia al lado secundario del trasformador. +a magnitud del voltaje de salida


del trasformador y el voltaje medio = 4 se muestran en la figura B.

Figura #. $odulaci%n de anc&ura de pulso

El voltaje inducido es*

3or lo tanto el voltaje medio de salida = 4 ser-*

3or lo tanto para controlar el voltaje medio de salida = 4 es necesario variar la relaci#n de trabajo tenc0(s del interruptor. +a salida del trasformador es rectificada y filtrada. El filtro est- compuesto por dos diodos con sus c-todos en un potencial com,n y el filtro de salida es un filtro pasa bajas +. $Figura @) En el periodo de encendido del interruptor el diodo 7 2 se vuelve de polarizaci#n directa y la entrada proporciona energía tanto 1acia la carga como 1acia el inductor $Figura Ba).

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Figura B. ircuito del convertidor directo a) t enc b) tapag

3or lo tanto*

Este voltaje causa un aumento lineal en la corriente del inductor i +. uando se apaga el interruptor debido al almacenamiento de energía inductiva i + fluye a trav!s del diodo 76 y trasfiere una parte de su energía a la carga $Figura Bb). 3or lo tanto*

Este voltaje causa que i+ disminuya en forma lineal. Caciendo el desarrollo matem-tico se obtiene*

+a figura D muestra el comportamiento del voltaje y la corriente mencionado anteriormente. 'e observa que la corriente media del inductor i d es igual a la corriente media de salida i 4 pues la corriente media del condensador en estado permanente es cero. Es importante que el capacitor sea lo m-s grande posible.

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Figura '. $odulaci%n de anc&ura de pulso.

En operaci#n de estado permanente la forma de onda se debe repetir de un periodo a otro por lo tanto implica que el -rea / y  deben ser iguales*

& bien mediante la relaci#n de trabajo 7*

(i#e%a de conrol +os sistemas de control regulan el voltaje de salida de la fuente con una banda de tolerancia de especificada en respuesta a cambios en la carga de salida y los voltajes de la línea de entrada. Esto se logra mediante un sistema de retroalimentaci#n negativa que se muestra en la figura 24 y donde la salida del convertidor = 4 se compara con su valor de referencia =4ref . El amplificador de errores produce el voltaje de control c con que se ajusta la relaci#n de trabajo 7 del interruptor.

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Figura 1(. )istema de control

El controlador 3G% genera la señal de control del interruptor mediante la comparaci#n de la señal v c con una forma de onda repetitiva como se muestra en la figura 22. +a frecuencia de la forma de onda repetitiva la cual se muestra como diente de sierra establece la frecuencia de conmutaci#n.

Figura 11. Modulador de anchura de impulsos

uando la señal de error amplificada es m-s grande que la forma de onda de dientes de sierra la señal de control del interruptor se vuelve alta lo cual causa que el interruptor se encienda. 7e lo contrario el interruptor est- apagado. 3or lo tanto la relaci#n de trabajo del interruptor se expresa como*

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omo se explic# anteriormente al variar la relaci#n de t rabajo se varía el voltaje medio de salida en la fuente conmutada. 3or lo tanto si la carga varia o el voltaje de entrada varía el voltaje de salida tambi!n lo 1ar- el cual se comparara con el voltaje de referencia produciendo una señal de error $=control) esta señal de error se comparara con la señal de onda repetitiva de dientes de sierra cambiando así la relaci#n de trabajo del interruptor regulando nuevamente el voltaje de salida. abe mencionar que el desempeño din-mico de regulaci#n de realimentaci#n a la salida es lento ante los cambios de voltaje de entrada. 8o obstante existen diferentes m!todos de regulaci#n 1oy en día.

NOTA IMPORTANTE) Esta nota es para recordarte los problemas que tuve con los test.

A

+a errata del test en el tema : la pregunta* E# !n circ!io con$eridor de CC'CC *#in ai#la%ieno+ con e,ciaci-n bidireccional).

A

/l igual el problema que tuve con el test del tema 6 donde al calificar el test una pregunta apareci# sin respuesta.

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