En muchas aplicaciones industriales, es necesario el convertir una fuente de

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1 2 CONERTDORES CD-CD 2.1 NTRODUCCÓN En mucha aplicacine indutriale, e neceari el cnvertir una fuente de pder de crriente directa (CD) de vltaje fij a una fuente de CD de vltaje variable. Un cnvertidr de CD, cnvierte directamente de CD a CD. Ete cnvertidr e puede cniderar cm el equivalente a un tranfrmadr de crriente alterna (CA) cn una relación de vuelta que varía en frma cntinua. Al igual que un tranfrmadr, puede utilizare cm una fuente de CD reductra elevadra de vltaje [1]. L cnvertidre CD-CD e utilizan ampliamente en el cntrl de l mtre de tracción de autmóvile eléctric, tranvía eléctric, grúa marina, mntacarga y elevadre de mina. En l que a ntr n cncierne el cnvertidr CD-CD e utilizará en la primera etapa del balatr para la crrección del factr de ptencia y btener una alida en CD etable para alimentar el inverr renante el cual trabajará en alta frecuencia. En ete capítul e analizarán 3 tplgía de cnvertidre CD-CD la cuale n: Tplgía Elevadra, Reductra-elevadra y Flyback. 13

2 Cnvertidre CD-CD Capítul CONERTDOR ELEADOR PRNCPO DE OPERACÓN ELEADORA. Un cnvertidr e puede utilizar para elevar un vltaje de CD. Cuand el interruptr Q e cierra durante el tiemp t1, la crriente del inductr e eleva y la energía e almacena en el inductr L. Si durante el t2 el interruptr e abre, la energía almacenada de inductr e tranfiere a la carga a travé del did D y la crriente del inductr e abate FUNCONAMENTO ELEADOR. En un cnvertidr elevadr el vltaje de alida e mayr que el vltaje de entrada, de ahí la palabra Elevadr.En la figura 2.1 e muetra un cnvertidr elevadr que utiliza un MOSFET de ptencia cm interruptr. La peración del circuit e puede dividir en d md. El md 1 empieza cuand e activa el tranitr Q en t = 0. La crriente de entrada, que e eleva, fluye a travé del inductr L y del tranitr Q. El md 2 empieza cuand e decnecta el tranitr Q en t = t1. La crriente que etaba fluyend a travé del tranitr fluirá ahra a travé de L, C, la carga y el Did D. La crriente del inductr e abate hata que e vuelve a activar en el iguiente cicl del tranitr Q. La energía almacenada en el inductr L e tranferida a la carga [1]. L circuit equivalente para et md de peración e aparecen en la figura

3 Cnvertidre CD-CD Capítul 2 Fig. 2.1 Diagrama del circuit elevadr Fig. 2.2 Circuit Equivalente elevadr La ecuación caracterítica de ete cnvertidr para determinar u vltaje de alida e la iguiente [1]. = 1 (2.1) α = ltaje de Entrada = ltaje de Salida α = Cicl de Trabaj 15

4 Cnvertidre CD-CD Capítul 2 Si upnem un circuit in pérdida, la crriente prmedi de entrada eta dada pr: = 1 (2.2) α = Crriente prmedi de alida = Crriente prmedi de entrada α = Cicl de Trabaj La crriente de la cmpnente ndulatria pic a pic y la cmpnente de vltaje etán dada pr: = f α L = c α f C (2.3) =Crriente de la cmpnente ndulatria pic a pic c =ltaje de la cmpnente ndulatria pic a pic α = Cicl de Trabaj = ltaje de Entrada = Crriente prmedi de alida f = frecuencia de cnmutación C = capacitr L = inductr Un reguladr elevadr puede ubir el vltaje de alida in neceidad de un tranfrmadr. Gracia a que ól cuenta cn un tranitr, u eficiencia e alta y la crriente de entrada e en ete ca cntinua. Aimim, ete cnvertidr puede perar en d md: md de cnducción dicntinua (MCD) y md de cnducción cntinua (MCC). Et md e refieren al cmprtamient de la crriente del inductr. Pr tra parte el vltaje de alida e muy enible a cambi en el cicl de trabajα y puede reultar difícil etabilizar el cnvertidr. 16

5 Cnvertidre CD-CD Capítul CONERTDOR REDUCTOR-ELEADOR El cnvertidr reductr-elevadr también cncid cm buck-bt uminitra un vltaje de alida que puede er mayr menr al de la entrada, aimim la plaridad del vltaje de alida e invera a la del vltaje de entrada. La peración del circuit e puede dividir en d md. Durante el md 1, el tranitr Q etá activ y el did D tiene plarización invera. La crriente de entrada, que e eleva, fluye a travé del inductr L y del tranitr Q. Durante el md 2, el tranitr Q e cnmutad y la crriente, que fluirá a travé del inductr L, fluirá a travé de L, C, D y la carga. La energía almacenada en el inductr L e tranferirá a la carga y la crriente del inductr e abatirá hata que el tranitr Q vuelva activare en el iguiente cicl [1]. En la figura 2.3 e muetra el diagrama del circuit reductr-elevadr y en la figura 2.4 u circuit equivalente. Fig. 2.3 Diagrama del circuit reductr-elevadr 17

6 Cnvertidre CD-CD Capítul 2 Fig. 2.4 Circuit equivalente reductr/elevadr La ecuación caracterítica de ete cnvertidr para determinar u vltaje de alida e la iguiente [1]. α = 1 α (2.4) = ltaje de Entrada = ltaje de Salida α = Cicl de Trabaj 18

7 Cnvertidre CD-CD Capítul 2 Si upnem un circuit in pérdida, la crriente prmedi de entrada eta dada pr: α = 1 α (2.5) = Crriente prmedi de alida = Crriente prmedi de entrada α = Cicl de Trabaj La cmpnente ndulatria pic a pic de la crriente y del vltaje etá dada pr: = f α L = c α f C (2.6) =Crriente de la cmpnente ndulatria pic a pic c =ltaje de la cmpnente ndulatria pic a pic α = Cicl de Trabaj = ltaje de Entrada = Crriente prmedi de alida f = frecuencia de cnmutación C = capacitr L = inductr Un cnvertidr reductr-elevadr uminitra inverión de plaridad de vltaje de alida in neceidad de un tranfrmadr. Tiene alta eficiencia. En ca de una falla del tranitr, el di/dt de la crriente de falla queda limitad pr el inductr L y erá /L. Sería fácil pner en práctica la prtección en crt circuit de la alida. Sin embarg, la crriente de entrada e dicntinua y a travé del tranitr Q fluye una crriente de pic alta [1]. 19

8 Cnvertidre CD-CD Capítul CONERTDOR FLYBACK El cnvertidr Flyback ua nrmalmente un l tranitr Q. Durante la primera mitad del perid de cnmutación, el tranitr Q etá perand y de eta manera e almacenada la energía en el tranfrmadr primari; durante la egunda mitad del perid eta energía e tranferida al ecundari del tranfrmadr y también hacia la carga. En la figura 2.5 e muetra el diagrama para un cnvertidr flyback. Fig. 2.5 Diagrama del circuit Flyback El element magnétic funcina cm inductancia de acumulación de energía. Durante un períd T, la energía almacenada e [13]: im= 1 Crriente i1 Máxima im 1 W t 2 = 1 1 (2.7) 20

9 Cnvertidre CD-CD Capítul 2 En el tranitr Q cuand el did D cnduce, el vltaje en la terminale del devanad n2 e. El vltaje reultante en la terminale del devanad n1 (variación del fluj F) e [13]: (2.8) (2.9) El vltaje puede er ajutad pr medi de la relación cíclica t1/t, per de igual frma pr el períd de cnmutación del tranitr Q. El númer de vuelta n1 e determinad a partir del valr de la inductancia L. n2 e calculad de la ecuación 2.8 cn el fin de diminuir l alt vltaje en el tranitr Q. Una de la ventaja que preenta el cnvertidr flyback, e que n e neceari una tenión alta en el bu de CD para btener un alt factr de ptencia cm en el ca del cnvertidr elevadr. Ademá de que cn la relación de vuelta del tranfrmadr e tiene un grad má de libertad en el mment de eleccinar el vltaje de entrada al inverr renante. 21

10 Cnvertidre CD-CD Capítul ELECCÓN DEL CONERTDOR CD-CD PARA EL BALASTRO. El cnvertidr eleccinad para la primera etapa del balatr electrónic mnetapa fue el cnvertidr reductr-elevadr mnfáic per cn una pequeña variacine en u tplgía que n permitirán crregir el factr de ptencia. Ete tplgía n brinda d ventaja principale bre l d circuit preentad. La primera e la crrección del factr de ptencia de manera natural trabajand en md de cnducción dicntinu (MCD). Pr tra parte la tplgía reductr-elevadr trabajand en MCD, prprcina baj etré de tenión en l interruptre, cuand e cmpara cn la tplgía elevadra trabajand cm crrectr de factr de ptencia. Aimim, el reductrelevadr trabaja a frecuencia cntante y en MCD prprcinand factr de ptencia alt in ningún cndicinamient ni retricción. Pr cniguiente n e neceari tener una elevada tenión en la alida para btener un buen factr de ptencia cm en el ca del cnvertidr elevadr. Cmparad el circuit reductr-elevadr cn el flyback e tiene que ete últim utiliza un tranfrmadr en u tplgía l cual n incrementaría el vlumen de nuetr balatr. Cm el cnvertidr reductr-elevadr va etar alimentad pr la crriente de línea e neceari la cnverión de crriente alterna a crriente cntinúa. Ete prce e efectúa pr medi de un rectificadr de nda cmpleta, cm puede er un puente de did y un filtr para btener un vltaje cntinu. Ete circuit e decribirá má detalladamente en el capítul 5 mtrand el análii teóric, l valre nminale para l cmpnente y imulacine. 22