Inversores Resonantes

Transcripción

1 Inversores Resonantes Actualmente, en los sistemas electrónicos de alimentación modernos se requiere: Una alta calidad. Un tamaño y peso pequeño. Aumentar la densidad de potencia. Buen rendimiento en la transformación de potencia. Disminuir la emisión de interferencias de alta frecuencia.

2 Inversores Resonantes En la investigación de convertidores CC/CC, se han desarrollado topologías cuyas formas de onda de v o i son senoidales con lo que se reducen significativamente las pérdidas en la conmutación y las EMIs. La idea clave es utilizar un circuito resonante con un factor de calidad suficientemente grande. Son los llamados Convertidores (Inversores) Resonantes. Cuanto mayor la frecuencia de operación: Menor y más livianos los elementos reactivos. Mejor respuesta dinámica a cambios rápidos en la corriente de carga y/o tensión de entrada.

3 Corrientes, tensiones y pérdidas

4 Fluctuaciones de energía

5 Pérdidas en los convertidores

6 Diagrama de bloques

7 Definiciones y reglas de conexión. Se describe un Inversor Resonante como un procesador de potencia que cumple con las siguientes condiciones: La transferencia de potencia de la entrada a la salida se debe principalmente a la componente fundamental de fs. Los armónicos de orden superior tanto de la fuente como de la carga contribuyen muy poco a la transferencia de potencia Las formas de onda de v o i son senoidales o trozos de senoide. Reglas de conexión: No se puede conectar directamente en paralelo dos fuentes de v ni dos condensadores, ni éstos en paralelo con fuentes de v. No se puede conectar directamente en serie dos fuentes de i ni dos inductancias, ni éstas en serie con fuentes de i.

8 Tanques resonantes. Topologías. 2º orden.

9 Circuito resonante. Topologías de 3er orden. LCC

10 Circuito resonante. Topologías de 3er orden. LLC

11 Inversores resonantes serie

12 Metodología para el análisis. El efecto de resonancia puede usarse como filtro haciendo que la impedancia sea máxima o mínimo (resonancia paralelo y resonancia serie respectivamente). También hay que tener en cuenta el factor Q. Un elevado factor de calidad implica una buena respuesta del circuito resonante. VO R = VI + 1 wo = LC 4V CC V1 = π wl O V0 Q = = R V 2 R wl wc w w 0 1+ Q w 0 w 2

13 Factor Q

14 Resultado para diferentes Q.

15 Conclusiones La DAT de la tensión en la carga se reduce aumentando la Q del filtro. Al aumentar la L y disminuir la C (proporcionalmente) se incrementa la Q. Las pérdidas en conmutación se reducen respecto a las de los inversores no resonantes. Si la conmutación ocurre a la frecuencia de resonancia y la Q del circuito es elevada los interruptores funcionan cuando la corriente de la carga es cero o casi cero. Esto implica que las pérdidas son menores. Si la frecuencia de la tensión de la carga no es crítica, la amplitud a la frecuencia fundamental en la carga se puede controlar desviando la frecuencia de conmutación con respecto a la de resonancia. La potencia absorbida se controla por la frecuencia de conmutación. Ejemplo: Cocinas de inducción. Se controla la frecuencia por encima de la resonancia, de esa forma los armónicos están mejor filtrados. Al aumentar la frecuencia se reduce la potencia y viceversa.

16 Problema Una carga resistiva de 10Ω requiere una tensión senoidal de 1Khz y 50V. La DAT de la tensión no debe ser mayor del 5%. Diseñar un inversor para esta aplicación. Calcular la tensión máxima en el condensador. Solución: Puente convertidor resonante serie. Con una conmutación de onda cuadrada de 1Khz y un filtro serie LC. La tensión de continua de entrada necesaria será: 4. V = π V = 55,5V CC CC

17 Problema La frecuencia de resonancia del filtro será de 1Khz. Estimando la DAT a partir del 3er armónico (casi toda la distorsión dependerá de él) podremos conocer el factor de calidad del filtro necesario. 2 Vn n 1 V3 DAT = V3 < 5%. V1 = 0, = 3,54V V V 1 1 V pero, V3 = = = 23,5V 3 3 3,54 1 dividiendo, = 23, w0 w Q. w0 3w0 QR. Q 2, 47 L= 3,93mH C 6, 44uF w 0

18 Problema La tensión en el condensador se calcula a la frecuencia fundamental: V / R V = I X = = V C = uf C 1. C 175 ( 6, 44 ) wc 0. La tensión en la bobina será la misma porque están en resonancia. Observe que si se aumenta la calidad del filtro, aumentará también la tensión que tienen que soportar estos componentes.