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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN TEMA 2 I.T.T.(S.E.) -Universitat de València- Curso 02/03 1 Tema 2: Convertidores de Alimentación Conmutados. 2.1.- Principio de funcionamiento. En los convertidores continua-continua (dc-dc) la tensión media a la salida puede ser controlada para obtener un nivel deseado, aunque la tensión de entrada o la carga varíen dentro de un rango especificado. Los convertidores conmutados utilizan uno o más interruptores para transformar el nivel de continua de la entrada en otro nivel de tensión continua a la salida, en concreto controlando los tiempos de conducción y de corte de los conmutadores se controla la tensión de salida. Estos conmutadores conmutan a una frecuencia mucho mayor que la de las variaciones de las formas de onda de entrada y salida del convertidor. Para ilustrar este principio, la figura 2.1 muestra como una forma de controlar la potencia media en la carga consiste en controlar el valor medio de la tensión aplicada. Esto se puede realizar abriendo y cerrando el interruptor de forma rápida. La tensión media vista por la carga, Vo(avg), tiene la siguiente expresión Reduciendo t(on) se reduce la tensión en la carga. Este método de control se denomina modulación del ancho del pulso (PWM). Figura 2.1.- Principio de funcionamiento de los Convertidores Conmutados. Así se puede concluir que: Para una conversión de potencia eléctrica de manera eficiente necesitaremos la utilización de conmutadores. La necesidad de obtener tensiones continuas de salida introduce la utilización de inductores y condensadores, para filtrar las formas de onda pulsantes. Carga Regulador lineal V g Carga PWM V O + - V O V g t Regulador conmutado i on avg o V T t V = ) ( ) (

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN TEMA 2

I.T.T.(S.E.) -Universitat de València- Curso 02/03 1

Tema 2: Convertidores de Alimentación Conmutados.

2.1.- Principio de funcionamiento.

En los convertidores continua-continua (dc-dc) la tensión media a la salida puede ser controlada para obtener un nivel deseado, aunque la tensión de entrada o la carga varíen dentro de un rango especificado. Los convertidores conmutados utilizan uno o más interruptores para transformar el nivel de continua de la entrada en otro nivel de tensión continua a la salida, en concreto controlando los tiempos de conducción y de corte de los conmutadores se controla la tensión de salida. Estos conmutadores conmutan a una frecuencia mucho mayor que la de las variaciones de las formas de onda de entrada y salida del convertidor.

Para ilustrar este principio, la figura 2.1 muestra como una forma de controlar la

potencia media en la carga consiste en controlar el valor medio de la tensión aplicada. Esto se puede realizar abriendo y cerrando el interruptor de forma rápida. La tensión media vista por la carga, Vo(avg), tiene la siguiente expresión

Reduciendo t(on) se reduce la tensión en la carga. Este método de control se denomina modulación del ancho del pulso (PWM).

Figura 2.1.- Principio de funcionamiento de los Convertidores Conmutados. Así se puede concluir que:

Para una conversión de potencia eléctrica de manera eficiente necesitaremos la utilización de conmutadores.

La necesidad de obtener tensiones continuas de salida introduce la utilización de inductores y condensadores, para filtrar las formas de onda pulsantes.

Carga

Regulador lineal

VgCarga

PWM VO

+

-

VOVg

t

Regulador conmutado

ion

avgo VT

tV ⋅= )(

)(

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"Los inductores y condensadores de una Fuente de Alimentación Conmutada deben de alguna manera formar un filtro Paso-Bajo, donde la frecuencia de corte sea mucho más pequeña que la frecuencia de conmutación"

Vg

S

Filtropaso-bajo

carga

Vs

Figura 2.2.- Necesidad de filtrado en los Convertidores de Alimentación Conmutados.

De manera opuesta a las fuentes lineales, las fuentes de alimentación conmutadas, transforman un nivel de tensión dc a otro nivel mediante un convertidor de potencia DC-DC, el cual emplea semiconductores trabajando en régimen de conmutación (ON-OFF), además el transformador de potencia y el filtro de salida trabajarán a alta frecuencia. Veamos a continuación un diagrama de bloques de un convertidor conmutado.

Figura 2.3 a.- Estructura Funcional de un Convertidor Conmutado.

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AC

DC/AC

Trafo HF FPB

DC

DC-DCAlta Tensión

AC/DC DC/DC

Transformador de redRectificador + Filtro

DC noregulada

ReguladorConmutado

DCRegulada

Baja tensión

AC

Figura 2.3 b.- Estructura Funcional de un Convertidor Conmutado de múltiples salidas. En esta estructura podemos encontrar dos tipos básicos de convertidores: Diagrama característico de Convertidores ON-LINE

Figura 2.4.- Estructura de un Convertidor Conmutado ON-LINE.

Diagrama característico de Convertidores OFF-LINE

Figura 2.5.- Estructura de un Convertidor Conmutado OFF-LINE.

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OFF-LINE = La tensión DC del conmutador es obtenida de forma directa de la

línea AC sin pasar por un transformador de red.

2.1.1.-Modos de Funcionamiento. Existen dos modos básicos de funcionamiento en los convertidores conmutados:

• Modo directo (o forward) • Modo indirecto (o flyback)

Veamos las características más importantes que definen estos dos modos de trabajo: Modo directo: El modo directo representa a una numerosa familia de convertidores conmutados, donde todos ellos se identifican por disponer de un filtro LC conectado directamente a la carga, después del transistor o después del diodo rectificador, dependiendo de la estructura en particular. La estructura más simple que representa a este modo es el convertidor reductor o Buck (figura 2.6).

SA

B

L

CR

i s+

+

-

Vs

Vo

Figura 2.6: Esquema básico de un convertidor directo.

La función del filtro LC es la de filtrar la tensión alterna rectangular de su entrada para poder obtener a su salida una tensión continua, la cual corresponderá a la salida del convertidor. Por tanto la salida de tensión se podrá aproximar a:

( )Voutput Vinput duty cycle≈ ⋅ El funcionamiento cabe explicarlo diferenciando dos intervalos. Cuando el interruptor S está en posición A, la tensión de entrada es aplicada a la entrada del filtro LC. La inductancia empezará a cargarse linealmente, almacenando una cierta cantidad de energía además de entregar la corriente necesaria a la carga. Durante este intervalo hay una transferencia directa de potencia entre la entrada y la salida. Cuando el interruptor S esté en la posición B, la tensión en la entrada del filtro LC será nula y la tensión en bornes del inductor será negativa, lo cual implica la descarga de la corriente de la bobina, siguiendo entregando corriente a la salida. Las características de este modo directo de transferencia son:

• Rizado de tensión a la salida pequeño. • Corriente en modo continuo en la salida. • Corriente pulsante en la entrada. • Aplicaciones de media/alta potencia

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Modo indirecto: El convertidor más representativo de este modo de funcionamiento es el convertidor Boost, cuyo esquema se muestra en la figura 2.7.

S

A

BL

C R

is+

+

-

Vs

Vo

Figura 2.7: Esquema básico de un convertidor indirecto.

Tal como se observa en su diagrama, está compuesto de los mismos componentes que en el modo directo, pero situados en diferente posición. Esto hace que el funcionamiento y sus principales características sean diametralmente opuestas, llegando al extremo de ser dos convertidores duales. Cuando el interruptor S esté en la posición A (transistor conduciendo), está desconectada la entrada de la salida, intervalo durante el cual se almacenará una energía en el inductor debido a la carga del mismo de manera lineal. Cabe destacar que durante este intervalo el condensador de salida C deberá entregar a la carga la especificación de corriente impuesta. Posteriormente durante el intervalo en el que el interruptor S está en la posición B, la corriente en la bobina seguirá en la misma dirección, trasvasando la energía almacenada durante el intervalo anterior a la salida y recargando el condensador, para que en el próximo intervalo pueda entregar toda la corriente demandada por la carga. La consecuencia de este modo de funcionamiento es que la transferencia, que al igual que en el modo anterior era de tipo inductivo, es realizada de manera indirecta, pasando inicialmente por un estado de almacenamiento que simultáneamente no transfiere potencia desde la entrada a la salida. Las principales características de este modo se muestran a continuación:

• Rizado de tensión a la salida grande. • Corriente en modo continuo en la entrada. • Corriente pulsante en la salida. • Aplicaciones de baja/media potencia

2.2.- Criterios de selección. A la hora de seleccionar una topología adecuada para nuestras aplicaciones es necesario entender las diferentes cualidades de cada topología y que factores hay que tener en cuenta para su elección. A lo largo del tema se analizarán las diferentes topologías extrayendo de ellas sus principales característica. Ahora centrémonos en que factores cabe analizar inicialmente: 1. Necesidad o no de un aislamiento entre entrada y salida. Normalmente las estructuras no aisladas se suelen utilizar en convertidores para cargas finales (load-converters o board-level converters), siempre en aplicaciones con un bus

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de distribución de potencia, el cual suministrará una tensión a todas las secciones del equipo, de manera que dicho bus estará aislado respecto a la entrada principal. De todas maneras colocar un aislamiento entre entrada y salida permitirá concebir estructuras de varias salidas, así como el cumplimiento de la normativa de seguridad.

2. Nivel de tensión que aplicamos al primario del transformador o del inductor. El nivel de tensión que apliquemos al primario del transformador es indicativo del nivel del pico de corriente que deberán soportar los interruptores de potencia. Los convertidores de alimentación conmutados son convertidores de potencia constante, lo cual significa que cuanto menor sea la tensión en primario mayor será la corriente para proveer la misma potencia de salida.

minin

outmout

mmoutout V

PkIVP

_pk)()( I

⋅=→⋅= ∑

3. Nivel de estrés en tensión y en corriente en los semiconductores. El nivel de estrés en los semiconductores determinará el margen de fiabilidad del diseño, pues cuanto mayor tensión soporten los transistores de potencia, sus trayectorias de funcionamiento estarán más cercanas a los límites establecidos por su área de seguridad. 4. Tipo de característica B-H utilizada. Dependiendo de la polaridad de la tensión y corriente aplicada al primario del transformador, podremos encontrar que su funcionamiento se limite al primer cuadrante, o que por contra sea bidireccional ocupando dentro del lazo B-H el primer y tercer cuadrante. Los convertidores conmutados podrán entonces clasificarse entre convertidores asimétricos y

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simétricos, tal como se muestra en la figura 2.8. Esto nos indicará de la eficiencia del transformador en cuanto que esté optimizado su tamaño a la potencia que debe transmitir.

Figura 2.8: Característica B-H para los convertidores simétricos y asimétricos.

Antes de analizar las diferentes topologías veamos la figura 2.9 como guía para la selección inicial del tipo de convertidor.

Figura 2.9: Diagrama de utilización de diferentes convertidores en función de

la potencia y tensión de salida. En la región (a) delimitada por 50W y 50V son apropiados los convertidores simples sin aislamiento galvánico, pues suponen un mínimo de componentes, de complejidad,

1000

500

200

100

50

20

10

5

2

12 5 10 20 50 100 200 500 1K 2K 5K 10K

Po

Vo

Conversores sinaislamiento

Flyback

Forward

Full-BridgeHalf-BridgePush-Pull

Convertidor Potencia máxima típica

Flyback 200WForward 300WForward/Flyback dos transistores 400WPush-pull 500WHalf-bridge 1000WFull-bridge >1000W

A

B

D

D

E

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teniendo como desventaja la corriente relativamente grande que debe soportar los transistores de potencia. La región marcada como (b) es la más común, siendo asignada normalmente a un convertidor indirecto con aislamiento galvánico denominado flyback, que dispone de un solo componente magnético. Lo cual lo hace ser el más económico, siendo el preferido para aplicaciones de baja potencia y sobretodo de baja tensión. Un inconveniente de esta estructura es que el rizado de la tensión de salida será mayor que para los convertidores directos con aislamiento galvánico, junto con el mayor pico de corriente que soporta el transistor al trabajar normalmente en modo discontinuo. La región (c) es una zona de transición en donde se mezclan los convertidores en modo indirecto (flyback) y en modo directo (forward) con un solo transistor. Cuando pasamos a un poco más de potencia, región (d) es el convertidor forward el más utilizado. Para aplicaciones de mayor potencia, región (e), resulta ventajoso dividir la potencia a conmutar en el primario entre varios transistores, encontrándonos con topologías de tipo push-pull. (Full-bridge, Half-bridge o Push-Pull). Veamos algunas de las clasificaciones de los convertidores conmutados, considerando como factor determinante si disponen o no de aislamiento galvánico, o bien dependiente del tipo de convertidor del cual se derivan:

BUCK Modo Directo

BOOST Modo Indirecto

BUCK-BOOST CUK

NO AISLADOS

HALF-BRIDGE FULL-BRIDGE PUSH-PULL

FORWARDModo Directo

FLYBACKModo Indirecto

AISLADOS

Convertidores de Alimentación Conmutados

FORWARD

HALF-BRIDGE

FULL-BRIDGE

PUSH-PULL

BUCK (Reductor)Modo Directo

FLYBACK

BUCK-BOOST

BOOST (Elevador)Modo Indirecto

CONVERTIDORESCONMUTADOS

con Aislamiento galvánico

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2.3.- Estructuras básicas sin aislamiento galvánico.

Convertidor BUCK: Características:

• Alto rendimiento. • Simplicidad. • VCEO>EIN • VDiodeRRM>EIN • Reductor en tensión. • Fácil de estabilizar. • Limitación de corriente y

protección de cortocircuito fácil de implementar.

• Bajo rizado de tensión a la salida.

Convertidor BOOST: Características:

• Alto rendimiento. • Simplicidad. • VCEO>EO • VDiodeRRM>EO • Elevador en tensión. • Corriente no pulsante en la

entrada. • Corriente RMS en el

transistor elevada. • Respuesta transitoria mala. • Difícil de estabilizar. • Protección de cortocircuito

requiere un componente activo en serie con la entrada.

• Mayor rizado de tensión a la salida.

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Convertidor BUCK-BOOST: Características:

• Alto rendimiento. • Proporciona una inversión de la

tensión de salida sin necesidad de transformador.

• Simplicidad. • VCEO>EIN +EO • VDiodeRRM> EIN +EO • Elevador/Reductor en tensión. • Corriente pulsante en la entrada

y en la salida. • Respuesta transitoria mala.

Convertidor BOOST-BUCK (Cuk): Características:

• Máximo rendimiento. • Proporciona una inversión de

la tensión de salida sin necesidad de transformador.

• VCEO>EIN +EO • VDiodeRRM> EIN +EO • Elevador/Reductor en tensión. • Corriente NO pulsante en la

entrada y en la salida. • Corriente RMS en los

condensadores elevada.

Estructura y formas de onda principales en los convertidores DC/DC sin aislamiento

galvánico.

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2.4.- Estructuras básicas con aislamiento galvánico.

Convertidor FORWARD: Características:

• Disparo sencillo del transistor de potencia.

• Simple. • Bajo rizado a la salida. • Utilización no

optimizada del transformador

• Mala respuesta dinámica.

• VCEO>EIN (1+Np/Nc) • Necesidad de reset del

transformador.

Convertidor FLYBACK: Características:

• Disparo sencillo del transistor de potencia.

• Simple. • Elevado rizado a la salida. • Utilización no optimizada del

transformador • Protección ante el c.c. de salida

inherente. • VCEO>EIN + (Np/Ns)EO • No necesita del reset del

transformador. • Coste reducido.

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Circuito y formas de onda de los convertidores tipo Push-pull.

Tal como se muestra en la figura anterior estos tres convertidores se agrupan dentro del nombre de convertidores tipo push-pull pues dos o más transistores conducen en semiciclos alternativos con el fin de aplicar una tensión alterna simétrica al primario del transformador.

Convertidor Push-pull

Convertidor Half-Bridge

Convertidor Full-bridge

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Sin embargo, en la terminología común, el convertidor con toma intermedia en el primario se le conoce como Push-pull, mientras que a los otros dos si dispone de dos transistores se denomina Half-bridge y si son cuatro transistores Full-bridge. Veamos las características más importantes de estos tres convertidores: Convertidor PUSH-PULL: Características:

• Disparo sencillo de los transistores de potencia. • VCEO> 2 EIN • Simple. • Posible desbalance del flujo ⇒ Riesgo de asimetría. • Buena utilización del transformador. • Buen filtrado a la salida.

Convertidor HALF-BRIDGE: Características:

• Disparo aislado de los transistores de potencia. • VCEO> EIN • Simple. • Buena utilización del transformador. • Buen filtrado a la salida. • Condensadores de entrada. • Posible desbalance del flujo ⇒ Riesgo de asimetría. • Mayor potencia que el Push-pull.

Convertidor FULL-BRIDGE: Características:

• Disparo aislado de los transistores de potencia. • VCEO> EIN • Simple. • Buena utilización del transformador. • Buen filtrado a la salida. • Condensadores de entrada. • Posible desbalance del flujo ⇒ Riesgo de asimetría. • Para potencias muy elevadas. • Coste elevado.

2.5.- Unificación de Topologías.

Sin entrar en demasiados aspectos teóricos, puede ser interesante hacer notar que todas estas estructuras que hemos mostrado son en realidad el fruto de una sola topología, la más sencilla de todas: el convertidor reductor o Buck. Donde a partir del convertidor Buck,

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mediante el principio de dualidad de estructuras o aplicando una inversión bilateral al circuito, se obtiene el convertidor Boost. Después mediante la conexión en cascada del convertidor Buck más el Boost y realizando una simplificación y sincronización de sus interruptores se obtiene el convertidor Buck-Boost. De igual forma con la conexión en cascada de un convertidor Boost + Buck se obtiene después de simplificarlo el convertidor de Cuk. Esta circunstancia se puede mostrar de forma muy gráfica, pues los convertidores DC/DC sin aislamiento galvánico pueden ser vistos como la conexión de un inductor, mediante un conmutador entre la entrada y el puerto de salida, por tanto se observa una transferencia de energía de tipo inductivo (figura 2.10).

Figura 2.10: Obtención de las distintas topologías sin aislamiento galvánico mediante una rotación cíclica.

Una situación dual a la que representan los convertidores Buck, Boost y Buck-Boost, es la situación del convertidor de Cuk, el cual se puede obtener mediante la rotación cíclica pero de un condensador (figura 2.11). Esto supone una transferencia dual a la inductiva, es decir una transferencia capacitiva. En esta transferencia de energía capacitiva, se pasa de la originalmente capacidad referida a tierra y dos conmutadores (fruto de la conexión en cascada del Boost + el Buck) a una capacidad "flotante" y un único conmutador, el cual conecta a tierra los extremos del condensador de forma alternativa. Hay que destacar que es lo opuesto al caso de la transferencia inductiva, donde teníamos una inductancia "flotante" conectada a dos conmutadores, que la transformaban en una inductancia conectada a tierra en serie con un solo conmutador. Llevando más allá la comparación, para la transferencia inductiva de energía, la

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inversión de la corriente del inductor (y no la polaridad del inductor) era necesaria para lograr la inversión de tensión, mientras que para la transferencia capacitiva, la inversión de la tensión del condensador es necesaria para realizar la misma acción. Por tanto, la capacidad C1 y el conmutador S pueden ser considerados como que están en paralelo, mientras que para el buck-boost el inductor estaba conectado en serie con el conmutador. Siendo esta circunstancia otro factor de la dualidad entre topologías.

Figura 2.11: Obtención de la topología Cuk sin aislamiento galvánico mediante una rotación cíclica. Para muchas aplicaciones prácticas, el aislamiento es necesario entre la entrada y salida. Además de por razones de seguridad, con un simple cambio de la razón de transformación se contribuye a un cambio de obtener una salida reductora o elevadora. También se puede conseguir el cambio de polaridad en la tensión de salida sin más que cambiar las conexiones del transformador. La inserción de un transformador en las topologías sin aislamiento galvánico, proporciona una manera de generar nuevas topologías, entre las cuales se encuentran los convertidores Forward, Flyback, Push-pull, Full-bridge y Half-bridge. Como ejemplo si elegimos el convertidor Buck sin aislamiento galvánico, e insertamos un transformador denominado transformador DC en diferentes localizaciones podemos obtener los siguientes convertidores (figura 2.12 y 2.13).

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Figura 2.12: Diferentes configuraciones del transformador DC.

Figura 2.13: Puntos de inserción de las diferentes configuraciones del transformador DC para generar

los convertidores con aislamiento galvánico.

2.6.- Sistema de Control PWM Las fuentes de alimentación conmutadas utilizan un sistema de realimentación negativa en lazo cerrado, para proporcionar al sistema una buena regulación de línea y de carga, junto con una rápida respuesta dinámica. Por tanto, las misiones esenciales de un circuito de control son:

Mantener constante la tensión de salida y/o corriente de salida Gestionar las protecciones.

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El proceso de regulación se efectúa variando el ciclo de trabajo del transistor conmutado, siendo el circuito de control el encargado de realizar esta misión, a este tipo de control se le conoce como Modulación de Anchura del Pulso (PWM), cuyo esquema se muestra a continuación.

Figura 2.14: Estructura básicas de un control PWM.

Tal como se muestra en la figura anterior, el amplificador de error compara una fracción de la tensión de salida KVo con la tensión de referencia Vref y produce una tensión de error que es comparada con un diente de sierra en el comparador PWM, proporcionando un pulso de salida con una anchura variable, y dependiente de la posición de corte de la tensión de error con la rampa. Existe una gran variedad de CIs para controlar fuentes de alimentación conmutadas, su selección dependerá del nivel de funcionalidad que necesite el sistema. Aunque dispongan de diferentes diagramas de control, todos ellos incluirán unas funciones comunes: 1. Un oscilador que fije la frecuencia de funcionamiento y genere el diente de sierra

para la conversión PWM. 2. Driver que genere los pulsos de salida con capacidad de corriente de disparo

suficiente para los conmutadores. 3. Tensión de referencia que proporcione una tensión estable como nivel de

comparación, y como alimentación "ideal" de algún bloque funcional. 4. Amplificador de error que se caracterice por una alta ganancia-ancho de banda

para la comparación de la tensión de referencia con la tensión de salida. 5. Modulador PWM para generar la señal PWM que determine el ciclo de trabajo de los

conmutadores.

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Otro tipo de funciones suelen estar implementadas en los ICs de control, elevando su grado de funcionalidad, y las cuales son normalmente empleadas por los convertidores conmutados: 1.- Control de sobrecorrientes: Mediante un amplificador de error que proteja a los semiconductores de una condición anormal de corriente excesiva. Depende de dónde esté situado el IC, y de la corriente que se desee monitorizar. Si la corriente es de primario y no necesitamos aislamiento de la señal, podemos monitorizar la corriente con un coste muy reducido, tal como se muestra en la figura 2.15.

La resistencia de sensado R1 debe ser seleccionada de tal forma que para el 20%-30% por encima de la corriente máxima la tensión entre sus bornes haga cambiar al amplificador de error de sobrecorriente dispuesto internamente en el IC. Los rangos umbrales sueles ser entre 0,2V y 0,5V dependiendo del controlador. Figura 2.15: Sensado sin aislamiento galvánico de la corriente para control. Si es necesario un aislamiento de la

señal de corriente, utilizaremos un transformador de corriente tal como se muestra a continuación (figura 2.16):

Figura 2.17: Método de sensado de la corriente de manera aislada, para circuitos de corriente

bidireccional.

Figura 2.16: Método de sensado de la corriente de

manera aislada, para circuitos de corriente

unidireccional.

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El transformador suele implementarse con un pequeño núcleo toroidal. La resistencia de sensado R1 está colocada en secundario, pudiendo ser constante o variable, para poder determinar el nivel de corriente en secundario. La diferencia entre los dos esquemas anteriores reside en el tipo de rectificador de la tensión de secundario, de forma que se obtenga un nivel de tensión continua proporcional a la corriente a monitorizar. En el caso de que la corriente por el primario sea unidireccional, se deberá proveer al circuito de un mecanismo de reset, tal como se muestra en la figura anterior. Las redes RC de estos circuitos de monitorización se suelen disponer para prevenir que el circuito responda a picos espúreos de corta duración, que podrían activar la señal de fallo. Existen diversas formas de protección de sobre-carga que se pueden clasificar en tres tipos:

1. Limitación de Potencia constante. 2. Limitación de Corriente constante. 3. Limitación de corriente de retroceso (Foldback)

Figura 2.18: Diagrama básico de los diferentes métodos de protección ante sobrecargas.

El primer método de potencia constante, se consigue sensando la corriente en el primario del transformador, de forma que sea regulada a un valor constante cuando la carga consume demasiada corriente. De esta forma se mantiene la potencia de entrada constante, y por tanto la potencia de salida también permanece constante. El único inconveniente es el aumento de corriente ante un fallo, haciendo el cortocircuito más severo. El método de corriente constante monitoriza la corriente de salida, de forma que cuando exceda de un valor, decrezca la tensión manteniendo la corriente constante, tal como se muestra en la figura 2.19.

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN TEMA 2

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Figura 2.19: Diagrama de implementación de la protección de sobrecarga a corriente constante El método de foldback es el que proporciona mejor protección a la carga durante un fallo, de forma que tanto la corriente como la tensión de salida decrecen entregando una potencia reducida ante la situación de cortocircuito, tal como se muestra a continuación:

Figura 2.20: Diagrama de la implementación del foldback.

2.- Arranque suave (Soft-Start): Suele ser conveniente introducir un cierto retraso durante la puesta en marcha del convertidor, para impedir:

• Sobrecorriente en la entrada (inrush-current) • Problemas de saturación denominados "flux-doubling" en sistemas de tipo push-

pull. El retraso en la puesta en marcha del convertidor se materializa aumentando lentamente el ciclo de trabajo desde cero hasta su valor nominal. Una posible implementación se muestra a continuación:

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN TEMA 2

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+

-

Vref

KVo

Vref

Verror-

+

PWM

Osc.

EA

Figura 2.21: Implementación práctica del soft-start

3.- Control del tiempo muerto: que gestiona el máximo ciclo de trabajo, e impide la conducción simultánea de los transistores en estructuras de tipo push-pull. 4- Undervoltage lockout: consiste en una inhibición de los pulsos de salida por sub-tensión de la alimentación del ICs, asegurando un disparo correcto de los transistores.

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN TEMA 2

I.T.T.(S.E.) -Universitat de València- Curso 02/03 22

Tema 2: Convertidores de Alimentación Conmutados. .......................1

2.1.- Principio de funcionamiento. ........................................................................................................................1 2.1.1.-Modos de Funcionamiento. .....................................................................................................................4

2.2.- Criterios de selección. ...................................................................................................................................5 2.3.- Estructuras básicas sin aislamiento galvánico..............................................................................................9 2.4.- Estructuras básicas con aislamiento galvánico...........................................................................................11 2.5.- Unificación de Topologías...........................................................................................................................13 2.6.- Sistema de Control PWM ............................................................................................................................16

OBJETIVOS:

Convertidores de Alimentación:

Comprender y analizar el modo de funcionamiento de los Convertidores de Alimentación Conmutados.

Distinguir los modos de conversión directa e indirecta en los Convertidores Conmutados.

Comprender los criterios de selección de las topologías conmutadas. Conocer las principales estructuras de convertidores conmutados con y sin

aislamiento galvánico.