convertidores cc-cc - ocw 2017ocw.uc3m.es/tecnologia-electronica/electronica... · •aun así el...

Autores (orden alfabético): A. Barrado, C. Fernández, A. Lázaro, E. Olías, M. Sanz, P. Zumel

Conversión CC/CC

Electrónica de Potencia

A. Barrado, C. Fernández, A. Lázaro, E. Olías, M. Sanz, P. Zumel / OCW Electrónica Potencia 2017

Índice tema

• Introducción a las fuentes de alimentación lineales y conmutadas

• Clasificación de los convertidores CC/CC conmutados

• Convertidor reductor:• Formas de onda• Condiciones de régimen permanente• Análisis en modo de conducción continuo• Análisis en modo de conducción discontinuo

• Convertidor elevador

• Convertidor reductor-elevador

• Convertidor flyback

• Convertidor forward

• Resumen

2


Índice tema








• Resumen

3


Fuente de alimentación lineal: ejemplos (I)

1. Diseños simples e iniciales empleando Zener

2. Mejoras sobre el circuito

4

RLRed

RTrafo+

rectificador15 V 5 V

15 V

R

RL

+ -10 V i5 V

I

V

V

I

15v+

-

RL

Vz

+

-

R VBE

Iz

IB0

𝜂 =𝑃𝑜𝑃𝑒

=𝑉𝑜 · 𝑖

𝑉𝑒 · 𝑖=𝑉𝑜𝑉𝑒

Inconvenientes:

𝑉𝑧 afectada por la entrada, no por la salida

Si se varía la entrada, varía la polarización del Zener y por lo tanto la tensión de salida


Fuente de alimentación lineal: ejemplos (II)

3. Aproximación al regulador lineal

5

15 VRL-

R1

R2

+

Vref

Vref

Vs

𝑉𝑟𝑒𝑓 = 𝑉𝑜 ·𝑅2

𝑅1 + 𝑅2𝑉𝑜 = 𝑉𝑟𝑒𝑓 1 +

𝑅1𝑅2

Ventajas:

Se consigue más grados de libertad, ya que con cualquier 𝑉𝑟𝑒𝑓 se puede

conseguir una determinada tensión de salida 𝑉𝑜, puesto que depende de otros parámetros (𝑅1 y 𝑅2)

La mayor parte de la corriente de entrada circula por el transistor de potencia

Por el amplificador operacional circula la corriente de base del transistor


Fuente de alimentación lineal: ejemplos (III)

4. Regulador lineal comercial de la familia 78XX

6

RL

78XX

VR

+𝑉𝑜

-

Características:

• 𝑉𝑜 es fija en función del componente que se utiliza

• Si se utiliza un integrado de una familia distinta a la 78XX, en general hay que emplear resistencias externas para fijar la tensión de salida 𝑉𝑜


Fuente de alimentación lineal

7

-

+

Transformador Rectificador Filtro

Regulador

Vref

CargaRed-

+

Inconvenientes:

Pesadas

Voluminosas

Rendimiento dependiente de la relación entre tensiones

Evacuación de calor

Ventajas:

Robustas

Diseño Simple

Pocos componentes

Mejor Fiabilidad

Carga Mínima=0

Circuito equivalente

R

RLVO

Ámbito de Utilización: Potencias pequeñas y tensiones de entrada y salida muy próximas

Necesario regulador de rendimiento más elevado y que pueda aplicarse a un rango de potencia mayor

-

+

Vo Ro

IoIe

Ve

Vin Vout

𝜂 =𝑃𝑜𝑃𝑒

=𝑉𝑜𝑉𝑒


Fuente de alimentación conmutada (I)

• Se pretende diseñar un circuito electrónico que deje pasar íntegro el valor medio de la tensión 𝑣𝑓, pero que elimine sus armónicos

• Se requiere un filtro. Características del filtro ideal:

8

+

-

vf

VEFiltro

A B

Ro

D

T·D

T

vf

VE

vf

1. Componente continua

+

-vf

A

+

- vo

B

Vf=Vo

Debe pasar íntegra a lasalida el valor medio de laseñal de entrada.

2. Resto de los armónicos

+

-vf

A

+

- vo

B

Los armónicos no debenpasar a la carga, o pasarlo suficientemente atenuados.

vo

vf

3. Representación frecuencial

0dB

20kHz

RealIdeal

0Hz

1v

vdB0

v

v·log20G

f

o

f

odB


Fuente de alimentación conmutada (II)

• Utilización de un filtro LC:• No disipa potencia porque se trata de elementos reactivos, que idealmente

almacenan energía pero no la consumen

• Es necesario un diodo de libre circulación para no interrumpir bruscamente la corriente por la bobina

9

VinV0

s +

-

+

-

vf

L·s

s·C

1

VinV0

s +

-

+

-

vf

L

C


Fuente de alimentación conmutada (III)

• Estructura básica de un convertidor CC/CC conmutado (reductor):

• Características:• Idealmente la tensión y la corriente no conviven en los elementos en

conmutación (interruptor y diodo)• Idealmente los elementos reactivos no consumen potencia• Puesto que los elementos constructivos de la fuente de alimentación conmutada

no consumen potencia, el rendimiento ideal es 1

• Fuente de alimentación real:• En la realidad todos los elementos presentan pérdidas:

• Semiconductores: pérdidas en conducción y en conmutación

• Elementos reactivos: pérdidas por efecto Joule debidas a las resistencias parásitas

• Aun así el rendimiento de las fuentes de alimentación conmutadas es muy alto

10

VinV0

s +

-

+

-

vf

L

C


Fuente de alimentación conmutada (IV)

• Se dispone de una variable que permite controlar algunas de las señales en el circuito (como la tensión de salida) ante las perturbaciones externas:• Variaciones de la tensión de entrada 𝑉𝑒• Variaciones de la carga 𝑅𝑜

11

VeV0

S+

-

+

-

vf

L

CFiltro

R0

DLC

Circuito de

control Vref

D

Magnitud de control

Sensado de la tensión de

salida𝑡𝑜𝑛

T

vf

Ve

vf

𝑉𝑜 = 𝑣𝑓 =1

𝑇· 𝑡𝑜𝑛 · 𝑉𝑒 = 𝑑 · 𝑉𝑒

𝑑 =𝑡𝑜𝑛𝑇

Variable de control: ciclo de trabajo 𝑑Tiempo que permanece encendido el

interruptor principal 𝑡𝑜𝑛 frente al período de conmutación 𝑇


Fuente de alimentación conmutada (V)

• Control por ancho de pulso PWM (Pulse Width Modulation): se mantiene constante la frecuencia de conmutación y se cambia el tiempo que permanece encendido el interruptor principal

12

Realimentación negativa

VeV0

s+

-

+

-

vf

L

CFiltro

R0

DLC

Vref

+

- Vfb=β·V0

+

-

vgs

Modulador

Red de realimentación o sensado

Regulador

A·verr

Perturbación

A·verr

vgs

D·T

Ejemplo esquema de control de la tensión de salida Ejemplo modulador para la generación de los pulsos de disparo del MOSFET principal

(PWM)

Pulsos de disparo


Índice tema








• Resumen

13


Clasificación convertidores CC/CC (I)

• En función del número de transistores

• En función de la presencia o no de transformador• Con o sin aislamiento galvánico

• En función de la forma de gobierno del interruptor:• Con frecuencia de conmutación constante y variación del ancho de pulso

• Con frecuencia de conmutación variable y tiempo de encendido fijo o tiempo de apagado fijo

• En función de la forma de onda:• Onda cuadrada

• Quasiresonantes

• Multiresonantes

• Resonantes

14


Clasificación convertidores CC/CC (II)

• Topología más comunes:• Sin transformador:

• Reductor

• Elevador

• Reductor-elevador

• Cuk

• SEPIC

• Con transformador:• Forward

• Flyback

• Push-pull

• Medio puente

• Puente completo

15


Índice tema








• Resumen

16


Convertidor reductor: formas de onda MCC

17

Vin+VF

0

T

ton

VDS

tVe

0

vDiodo

t

IS

0

I0

t

t

t

VL

- V0

Ve - V0

0

IL I

0

I0

0

I0iDiodo

t

MCC: modo de conducción continuoLa corriente por la inductancia no se anula

is

iD

+ -vL

+

-vo

ve

vg

s

S

iD

+ -vL

+

-vo

S cerrado: Ton

S abierto: Toff Libre circulación

Transferencia de energía directais + -vL

+

-vo

ve

iL+ -v

F

𝑖𝐿 > 0 ⟹ 𝑀𝐶𝐶


Condiciones de régimen permanente (I)

• Esquema general de los convertidores conmutados:• Elementos que almacenan energía (bobinas y condensadores)

• Interruptores en conmutación

• Condiciones de régimen permanente en los elementos que almacenan energía:• Bobina: la tensión media en la bobina es nula ഥ𝑖𝐿 = 0

• Condensador: la corriente media en el condensador es nula ഥ𝑣𝑐 = 0

18

Convertidor conmutado en

régimen permanente

+ -vLiC

Pe PovE


Condiciones de régimen permanente (II)

• Elementos que almacenan energía• Bobina

• Condensador

19

t

ic

0A

B

t

vC

0

Régimen permanente:

t

IL

0I1 I2

t

VL

0A

B

La corriente en la bobina empieza

y termina en el mismo punto 𝐼1 = 𝐼2

t

VL

0A

B

t

IL

0

Régimen transitorio:

Balance de voltios por segundo 𝑣𝐿 = 0

Área A = Área B

Si 𝑣𝐿 ≠ 0, 𝑖𝐿 crece

De forma análoga, la condición de régimen permanente es ഥ𝑖𝐶 = 0

Área A = Área BSi ഥ𝑖𝐶 ≠ 0, 𝑣𝐶 crece

Régimen transitorio:


Condiciones de régimen permanente (III)

• Interruptores en conmutación• Considerando que idealmente en los interruptores no conviven tensión y

corriente, y que el resto de elementos almacenan energía pero no la consumen, para el análisis se puede suponer un convertidor sin pérdidas (𝜂 = 1): 𝑃𝑒 = 𝑃𝑜

• Resumen condiciones régimen permanente

20

Convertidor CC-CC

Regulado

=1

Pe Po

+

-VO

IO

𝑣𝐿 = 0

ഥ𝑖𝐶 = 0

𝑃𝑒 = 𝑃𝑜


Convertidor reductor: análisis en MCC (I)

• Condición de régimen permanente en la bobina: 𝑣𝐿 = 0

• Condición de régimen permanente en la bobina: ഥ𝑖𝐶 = 0

21

(1-D)· T

vL

0A

B

Ve - VO

VO

D · T

T

IC

t

IL

0

Li

t0A

B

is

iD

+ -vL

+

-vo

ve

vg

s

S

iC

IO

𝑉𝑒 − 𝑉𝑜 · 𝐷 = 1 − 𝐷 · 𝑉𝑜

𝑉𝑜 = 𝐷 · 𝑉𝑒

𝑖𝐿 = 𝑖𝐶 + 𝐼𝑜

ഥ𝑖𝐿 = 𝐼𝑜


Convertidor reductor: análisis en MCC (II)

• Balance de potencia: 𝑃𝑒 = 𝑃𝑜

• Sistema equivalente al convertidor reductor:

22

SEE iVP

OOO IVP

OE PP OOSE IViV

E

OOS

V

VIi

DVV EO

D

1II EO

ES Ii

CC-CCPe PovE

ES Ii OI

vE vO

1 : DIE IO

Transformador ideal de C.C.

ഥ𝑖𝑠 = 𝐼𝑜 · 𝐷


Convertidor reductor: condensador salida

• Hay que diseñar el condensador de salida para cumplir con la especificación de rizado de tensión a la salida ∆𝑉• Diseño del condensador de salida basado en el análisis de su carga:

• El condensador real tiene una resistencia serie equivalente 𝐸𝑆𝑅 que tendrá un efecto en el rizado

23

Cede energía el CAbsorbe energía el C

iL

IO=iLCarga C Descarga C

V

I

Rizado tensión C

VCQ

2

I

2

T

2

1tiQ

dt)t(iQ

ESR

CR

O

𝐶 =∆𝐼

8 · ∆𝑉 · 𝑓𝑠

∆𝑉 = ∆𝐼 · 𝐸𝑆𝑅


Modo de conducción discontinuo

• Sucede cuando la corriente por la bobina es igual a cero en algún instante:• Aparece un circuito equivalente adicional

• Hay que calcular el tiempo de desmagnetización de la bobina

24

𝑡

𝑖𝐿

0

∆𝑖𝐿

MCC: modo de conducción continuo

ഥ𝑖𝐿

0

𝑖𝐿

MCD: modo de conducción discontinuo

Tiempo de magnetización de la

bobina

Tiempo de desmagnetización de

la bobina

∆𝑖𝐿ഥ𝑖𝐿

0

Frontera MCC-MCD

∆𝑖𝐿

𝑖𝐿ഥ𝑖𝐿


Convertidor reductor: formas de onda MCD

25

MCD: modo de conducción discontinuoLa corriente por la inductancia se anula

is

iD

+ -vL

+

-vo

ve

vg

s

S

S cerrado: Ton

S abierto: Toff Libre circulación

Transferencia de energía directa

VDiodo

IDiodo

T

VDS Vin

0

IS

0

I0

Vin-V0

I

ton

t

t

Ve - V0

- V0

VL

0

I

I0

IL

0

t

t

Ve-VDS

0

0

I0

I

V0t

t

is + -vL

+

-vo

ve

iL+ -v

F

iD

+ -vL

+

-vo

+

-vo

Tiempo muerto

1

2 3

12

3


Convertidor reductor: análisis en MCD

• Condiciones de régimen permanente:

• Resolución del sistema:

26

I

I0

IL

0 t

Ve - V0

- V0

VL

0t

0vL

0iC

OE PP

dVd)VV( OOe

O

OOL

I

VIi

OOSE IViV

(1)

(2)

(3)

(1) Y (2)

(3)

O

2

Oepk

R

VVdI

2

1

O

2

Oepk

R

VVdI

2

1

2

OeeO

2O VV)VV(dL2

TR

Parámetro adimensional de cargaK

1

(4)


Parámetro adimensional de carga 𝐾

• Definición:

• Es adimensional y tiene la misma expresión para todos los convertidores que se van a estudiar en este curso

• Permite analizar con facilidad del modo de conducción del convertidor

27

Inductancia

Frecuencia de conmutación

Carga

𝐾 =2 · 𝐿

𝑅𝑜 · 𝑇𝑇 =

1

𝑓𝑠


Análisis del modo de conducción

• Para determinar al modo de conducción hay dos posibilidades:

1. Comparando valor medio y rizado de corriente por la bobina• Suponer MCC: calcular 𝑑, 𝑖𝐿 y ∆𝑖𝐿• Comparar el valor de medio de corriente por la bobina con su rizado:

• Si ∆𝐼𝐿

2< ഥ𝑖𝐿 es MCC

• Si ∆𝐼𝐿

2= ഥ𝑖𝐿 es MCC

• Si ∆𝐼𝐿

2> ഥ𝑖𝐿 es MCD hay recalcular 𝑑 y ∆𝑖𝐿

2. Empleando el factor de carga 𝐾• Para cada convertidor se puede calcular un valor de 𝐾 crítico que identifica el

cambio de modo de conducción:

• 𝐾 > 𝐾𝑐𝑟𝑖𝑡 → Modo de conducción continuo

• 𝐾 = 𝐾𝑐𝑟𝑖𝑡 → Frontera entre los modos de conducción

• 𝐾 < 𝐾𝑐𝑟𝑖𝑡 → Modo de conducción discontinuo

28


Condiciones MCD (I)

• En un diseño con mayor inductancia aumentan las pendientes y por tanto el rizado de corriente

• En un diseño con menor frecuencia de conmutación aumentan los tiempos en los que la corriente sube y baja, incrementando el rizado de corriente

29

t

IL

I0

2I0

2I0

I0

t

IL

T1T2

Tc = 1 / fcrítica

∆𝐼𝐿 = 2𝐼𝑜 =Vo · 1 − 𝐷 · 𝑇

Lcrítica

𝐿𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 =1 − 𝐷 · 𝑉𝑜2 · 𝐼𝑜· 𝑓𝑠

∆𝐼𝐿 = 2𝐼𝑜 =Vo · 1 − 𝐷 · 𝑇𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑜

L

f𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 =1 − 𝐷 · 𝑉𝑜2 · L · 𝐼𝑜


Condiciones MCD (II)

• Al aumentar el valor de la resistencia de carga, es decir, reducir la potencia demandada, disminuye el valor medio de la corriente por la bobina

30

t

IL

I0,crítica

L

V -V 0in

L

V- 0

I0

I0

∆𝐼𝐿 = 2𝐼𝑜,𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 =Vo · 1 − 𝐷 · 𝑇

L

𝑅𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎 =𝑉𝑜

𝐼𝑜,𝑐𝑟í𝑡𝑖𝑐𝑎=2 · 𝐿 · 𝑓𝑠1 − 𝐷


Índice tema








• Resumen

31


Convertidor elevador: formas de onda MCC

32

t

vgs

t

vS

vL

t

t

iL

t

iS

vD

t

tiD

D·T (1-D)·T

T

TON TOFF

Ve-V0

Ve

V0

v0

S cerrado: TON

iL+ -

vL+

-

vove

vg

s

+

-

iC

i0i

S

S abierto: TOFF

iD+ -

vL

vove

+

-

iC

i0

RL

-

Ve

iCiSC0

+

-

V0

D1

iDiLL+

I0


Convertidor elevador: análisis en MCC

• Condición de régimen permanente en la bobina: 𝑣𝐿 = 0

• Condición de régimen permanente en la bobina: ഥ𝑖𝐶 = 0

• Balance de potencia: 𝑃𝑒 = 𝑃𝑜

33

𝑉𝑒 · 𝐷 = 𝑉𝑜 − 𝑉𝑒 · (1 − 𝐷)

𝑉𝑜 = 𝑉𝑒 ·1

1 − 𝐷

𝑖𝐷 = 𝑖𝐶 + 𝐼𝑜

ഥ𝑖𝐷 = 𝐼𝑜

(1-D)·T

vL

D·TVe-V0

Ve

t

A

B

iD I0

iC

t

iD Li

Di

t

iL Li

𝑉𝑒 · ഥ𝑖𝐿 = 𝑉𝑜 · 𝐼𝑜 ഥ𝑖𝐿 =1

1 − 𝐷· 𝐼𝑜


Convertidor elevador: condensador salida

34

vgs

iO=IOA

B

D·T

AB

iD

iC

t

t

t

V

O

vO(AC)

ODC Iii

0Ci CO iI DDC iii

TDIC

dt)t(iC

QC

v O

t

t

CO 111 2

1

iC

iO IO

𝐶 =𝐼𝑜 · 𝐷 · 𝑇

∆𝑉


Convertidor elevador: formas de onda MCD

35

VE

D1·T

VE-V0

t

vgs

t

vS

vL

t

t

iL

t

iS

vD

t

tiD

D·T

T

VE

v0

Ip

k

V0

Ip

k

VO-VE

v0

S cerrado: TONiL+ -vL

vove

+

-

IO

iCiS

S abierto: TOFF

iD+ -vL

vove

+

-

IO

iC

vo

+

-

IO

Transferencia de energía directa

Tiempo muerto

RL

-

Ve

iCiSC0

+

-

V0

D1

iDiLL+

I0


Convertidor elevador: análisis en MCD

36

2

K

d·411

V

V

2

e

0

0e

e

2

ONee

VV

V1

T·L·2

T·Vi

La solución considera signopositivo porque se trata de unconvertidor con topologíaelevadora

ONe

p TL

Vi

Balance Voltios x Segundo bobina:

Balance de potencias:

ON

0e

e''

0eONe T·VV

Vtt·VVT·V

R

Vi·VePP

2

0ese (1)

T

tTi

2

1ii

'

ONpLe (2)

(3)

T

tTT

L

V

2

1i

'

ONON

ee (4)

(5)

(6)

Sustituyendo (5) en (4):

Sustituyendo (6) en (1):

Vsat

TON TON TOFFTOFF V0+VD

t

vA

t

IpiS

vL

Ve-V0t

Ve

t

iL

t

iD

v0 (V0)dc

(∆V0)pp

t

tIp

iC

t’

RL

-

Ve

iCiSC0

+

-

V0

D1

iDiLL+

I0


Índice tema








• Resumen

37


Convertidor reductor-elevador

38

ID I0

RL

-

Ve

IC

C0

+

-

V0

D1IL

L

+ S

Ie

TON

Ve

Ie

RL

-

ID

C0

D1

L

+ +

-

V0

S

+

-

IC

I0

IL

➢Carga de L.➢Descarga de C.

TOFF

➢Descarga de L.➢Carga de C.

Ie

RL

-

Ve

ID

C0

D1

L

+ +

-

V0

S

+

-

I0IL


Reductor-elevador: análisis en MCC

39

OFFL

LLmedmaxL

OFF

Lmed

OFFLmedD

T·L

VI

III

d

I

T

T·II

T·IT·III

0

00

00

2

1

vL

-V0

Ve

tiL iLmed

iLmax

tiD

t

ID=I0

iC

t

IC=0

Balance Voltios x segundo:

Cálculo corriente máxima en la bobina:

OFFmaxL T·L

V·

d

II 00

2

1

1

OFF0ONe T·VT·V

iD i0

RL

-

Ve

iC

C0

+

-

V0

D1iL

L

+ S

ie

𝑉𝑜 = 𝑉𝑒 ·𝐷

1 − 𝐷

0 ≤ 𝐷 < 0,5 Se cumple que 𝑉𝑜 < 𝑉𝑒

𝐷 = 0,5 Se cumple que 𝑉𝑜 = 𝑉𝑒0,5 < 𝐷 < 1 Se cumple que 𝑉𝑜 > 𝑉𝑒


Reductor-elevador: análisis en MCD

40

R

Vi·VePP

2

0ese

Balance de potencias:

vL

-V0

Ve

tiL iLmax

tiD

tiC

t

iLmax

ONe

max

maxON

e

T·L

VI

I·T

T·

2

1I

ONeON

e T·L

V·

T

T·

2

1I

L

V·

T

T·

2

1·V

R

V e

2

N0e

2

0

K

d

V

V

e

0

iD i0

RL

-

Ve

iC

C0

+

-

V0

D1iL

L

+ S

ie


Reductor-elevador: análisis

• Frontera modo de conducción continuo y discontinuo:

• Cálculo condensador de salida:

41

d1

d

V

V

e

0

K > Kcrit → MCCK = Kcrit → Frontera MCC-MCDK < Kcrit → MCD

MCC

MCDK

d

V

V

e

0

2crit d1KK

d

d1

d

A partir de las especificaciones del rizado se determina lacapacidad necesaria

pp

ON0C

V·CQ

T·Idt)·t(iQ

𝐶 =

𝐼𝑜 · 𝑇

∆𝑉


Índice tema








• Resumen

42


Convertidor flyback

• Topología con aislamiento galvánico derivada del convertidor reductor-elevador

• Su funcionamiento se fundamenta en el almacenamiento de energía en la inductancia magnetizante del transformador

43

1:n

-

+

-

+

RL

s

C

Ve

ie

-+

-

+ RLC

Ve

s

+

-

ie

Lm

iLm

-+

-

+ RLC

Ve

s

+

-

ie

Lm

iLm

𝑡𝑜𝑛

𝑡𝑜𝑓𝑓


Convertidor flyback: formas de onda MCC

44

Vdisp

t

iLm=0

t

VLm

t

ie

tiD

t

ODC III iC

t

toffn

VtonVe

0

Balance Voltios x segundo:

𝑉𝑜 = 𝑉𝑒 · 𝑛 ·𝐷

1 − 𝐷

Para 𝑛 = 1, la relación de conversión es la misma que la del convertidor reductor-elevador pero sin invertir la salida

1:n

-

+

-

+

RL

s

C

Ve

ie


Convertidor flyback: formas de onda MCD

45

1:n

-

+

-

+

RL

s

C

Ve

ie

Vdisp

tiLm

tiLm=0

t

V

e

VO/nie

tiD

t

ODC III iC

t

ePP 0 ee IVR

V

20

tonL

V

T

tonI

ee

2

1

iT

tonIe

2

1

tonL

Vi

e

𝑉𝑜 = 𝑉𝑒 · 𝐷 ·1

𝐾

Balance potencia:

K

d

d

dn

1

21

n

dKcrítica


Índice tema








• Resumen

46


Convertidor forward

• Topología con aislamiento galvánico derivada del convertidor reductor

47

-

+

s

Ve

Lm

VDm

D1

1:nL

D3

C RL

+

-

D2

iLm

-

+

s

Ve

Lm

VDm

D1

1:n

L

D3

C RL

+

-

ien·Ve VO

Ve

s

Ve

Lm

VDm

D1

1:n

D3

C RL

D2

iLiLm

𝑡𝑜𝑛

𝑡𝑜𝑓𝑓


Convertidor forward: formas de onda MCC

48

Balance Voltios x Segundo

Vdisp

t

iL

t

iLm

t

vLm

tvL

t

Ve

VDmn·Ve-VS

VS

OFFOONe tVtVVnO

-

+

s

Ve

Lm

VDm

D1

1:nL

D3

C RL

+

-

D2

Además, para desmagnetizar el transformador se debe cumplir el balance voltios x segundo en la inductancia magnetizante:

OFFDmONe tVtV

𝑉𝑜 = 𝑉𝑒 · 𝑛 · 𝐷


Convertidor forward: tipos desmagnetización

• Forward RCD

• Forward clásico

49

RD Disipa energía extra que llega a CD

CD Almacena energía hasta que su tensión llega a cumplir:

D

C

RR

vP D

2

Energía desmagnetización disipada

TOFF Corriente desmagnetizante reflejada por el secundario.

Energía desmagnetización devuelta a la fuente

D

eD

n

vV

Nº vueltas secundario desmagnetizador

S

Ve

Lm

D1

1:nL

D3

C RL

D2

CD RD

s

Ve

Lm

1:nL

D3

C RL

D2

D1

nD


Índice tema








• Resumen

50


Resumen (I)

• Funciones de Transferencia de los Convertidores Básicos:

Reductor Reductor-elevadorElevador

dV

VM

e

OMCC

dV

VM

e

OMCC

1

1

d

d

V

VM

e

OMCC

1

2

e

OMCD

d

K411

2

V

VM

2

K

d411

V

VM

2

e

OMCD

K

d

V

VM

e

OMCD

dKcritica 1 21 ddKcritica 21 dKcritica

1max_criticaK27

4max_criticaK 1max_criticaK

MKcritica 13

1

M

MKcritica

21

1

)M(Kcritica


Resumen (II)

• Relaciones de tensiones en modo de conducción continuo y discontinuo:

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

2

4

6

8

10

1

Elevador

Reductor-Elevador

Reductor

M en MCC

Ciclo de trabajo, D0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

M en MCD

Ciclo de trabajo, D

Elevador

Reductor-Elevador

Reductor


Resumen (III)

• Topologías reductoras:

• Topologías reductoras-elevadoras:

53

Reductor

1:n

Forward

Reductor-Elevador 1:n

Flyback

• Transformador más pequeño• Mayor rendimiento• Menor ruido y rizado de Vo• Menores niveles de corriente

• Sencillo y barato• Un único elemento magnético• Apropiado para convertidores

multisalida• Mayor capacidad de

regulación

Forward vs. flyback

Flyback vs. forward

convertidores cc-cc - ocw 2017ocw.uc3m.es/tecnologia-electronica/electronica... · •aun así el...

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