1.- Un convertidor reductor sin aislamiento tiene una frecuencia de conmutación f s =100kHz, tensión de Q 1. i L D 1 V GG. = D V dc.

Transcripción

1 . Un cnveridr reducr sin aislamien iene una frecuencia de cnmuación f s 00kHz, ensión de enrada dc 40 y 00µH cn el cicl de rabaj D0,5. a carga varía enre 0Ω y 800Ω. Dibujar la ensión de salida en función de la carga. dc i Q R G Q GG i i Q D C R Cnducción cninua i D dc Sin cnsiderar pérdidas 0 Cnducción discninua i I p dc D T ; D D dc I I D D p( ) ; I dc ( D D ) ; I R R dc ( ) ; RD T D D ( i ) i ; K RD T ; dck 4 K Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria

2 ímie enre cninua y discninua i D dc ; ; 0 dc Iˆ Iˆ ; Î0,5A ; I 0, 5A Cn 0 R 80Ω exise límie enre cnducción cninua y discninua. 0,5A R<80Ω cnducción cninua 0, R>80Ω cnducción discninua R00Ω,,5, R500Ω, 3,9, R800Ω, 34, Ω Ω Ω Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria

3 . Esablecer, para el cnveridr elevadr sin aislamien, la relación enre el cicl de rabaj D, la inducancia, el perid de cnmuación T y la carga R que impne que la inensidad a ravés de esé en el límie enre cnducción cninua y discninua. dc i R G GG i D Q i Q D C R i Î (D)T di v ; d dc Iˆ ; dc Iˆ ( D)T dc D I ( ) D T Iˆ ; T ( D) Iˆ ; R ( D) dc R dc ( D) dc D R ; ( D) D RT Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 3

4 3. Diseñ de un cnveridr cc/cc reducr sin aislamien: Tensión de enrada in 5 30, Tensión de salida, Inensidad de salida nminal, I 5A, rizad de inensidad I, A ( in 30). Frecuencia de cnmuación, f s 00kHz. Rizad de ensión %, C ESR Ampliud de la señal riangular del circui de mand s 5. Deerminar: Tensión e inensidad pr ls semicnducres. Filr de salida, valr de la inducancia, cndensadr de salida. Diagrama de bde del reguladr para esabilizar la ensión de frma que el sisema enga una frecuencia de cre de khz y un margen de fase de 60. i i C I i v ce i v ac i c i a Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 4

5 En las cndicines prpuesas, cnducción cninua D ; i 30 ; D0,4 i Cn i 30, I ( ); ( ) i i 60µ H I 0m I ESR ; ESR0,Ω ; C 000µF () C id c ; T I C ; C I 8 f s, 5µ F () C 000µF c i s ω j ω ω j ω p z ; ω z ESR C ; ω p C i s 6 556, db, ( i 30) en DC ; i s 646, db, ( i 30) en AC a ff c khz reguladr de ip 3 para que a f c khz la pendiene de G(s)H(s) sea de 0dB/dec θ Gs ( ) ω ω c c g g ω z ω p 880, ; θ ( ) θ G s H( s) MF 80 ; θ H ( s ) 38, ; θ H ( s ) 90 g k g ; k, θ k H ( s ) f z 500 Hz ; f p khz, a ff c khz H(s) 6,46dB 6 Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 5

6 4. En un cnveridr reducr dc 5, 500 µh, R Ω. f s khz y D 0,. Calcular y dibujar la inensidad pr la inducancia i. Deerminar. Deerminar el valr de D cri en el que se prduce la ransición de cnducción cninua a discninua. dc i Q R G Q GG i i Q D C R Md de cnducción cninua: D dc Md de cnducción discninua: v dc v acd D T (D)T T i I p I I p dc D T ; dc D D D ; D D dc I I D D p( ) ; I dc ( D D ) ; I R R dc ( D D ) ; R ( ) D D dc dc R [ ( )] ; RD T ( dc )D D dc ( i ) i dc RD T dcrd T 0 cn D D cri susiuims en el la expresión anerir D cri dc beniend: Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 6

7 ( D cri ) RT ; D cri 0,5 Para D0, exise cnducción discninua. Aplicand la relación enre dc y, dc RD T dcrd T 0 6,4 Según la figura: D 0, ; I p dc D T ; I p 7,54A ; D 0,64 Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 7

8 5. Para el cnveridr anerir, dibujar la función de ransferencia de un reguladr que esabilice la ensión de salida 5 y RΩ indicand el crieri de margen de fase. Das. Rizad de v 5%. C*ESR 65 * 0 6. a señal de mand se biene pr cmparación cn una señal riangular de ampliud s 4. Frecuencia de cre f c 300Hz Cn 5 y RΩ exise cnducción cninua, pr an: I ( D) T A ; I ESR 0,05 ; ESR 6,5 mω C*ESR 65 * 0 6 ; C 040µF Pr r lad I T 8C v ; pr l que es necesari C000 µf y ennces ESR3,5 mω. a ganancia del cnveridr a bajas frecuencias es v v c dc s 6,5 5,9dB exise un pl de segund rden en f C π C f RC 59Hz y un cer en πrc 449Hz. Para f c300hz se uiliza un reguladr de ip 3. a ganancia del cnveridr a f c es G fc. G fc 5,9 40lg f c f C, 74dB Margen de fase, MF60 a fuene cnmuada apra un reras en f c, θ filr θ filr an f c f C an f c f RC 7 ; θ filr MF θ H 80 ; pr l que θ H 3 Uilizand el facr k, θ H 90 an () k an k ; k hace que θ H6 y k3 hace que θ H 6, pr an k3, así f z 00 Hz y f p 900Hz. a ganancia a la frecuencia f c del reguladr es H fc,74db Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 8

9 Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 9

10 6. Para un cnveridr reducr elevadr, calcular el valr de la inducancia críica cri en el que la inensidad esá en el límie enre cnducción cninua y discninua en función de la resisencia de carga R, el cicl de rabaj D y el perid de cnmuación T. Calcular el rizad de la ensión de salida sin cnsiderar la ESR, en función de la prpia ensión de salida, la ensión de enrada i, la inensidad de salida I la capacidad C y el perid de cnmuación T cnsiderand el cas de cnducción cninua y discninua. dc i Q R G Q GG i D i D C R Cnducción cninua cn baj rizad (inensidad mínima pr la inducancia mayr que I ): i I I 0 (D)T i D T 0 ; i D ; D D i En el iemp la inensidad que circula pr el cndensadr C a la carga es I. C I ; T C I i Cnducción discninua: Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 0

11 i I p D T D 3 T T T I p R ; T i R ; i D RT ; D i RT En el iemp (DD 3 )T (D )T el cndensadr suminisra a la carga I C I D T ; T C I i D ; T C I RT Para calcular cri igualams el valr de para el cas de cnducción cninua y discninua. i D RT cri D i D ; cri D RT Na: el rizad de ensión en cnducción discninua iene un errr crrespndiene al iemp en que cnduciend D su inensidad es menr que la de carga I. En el cálcul descri n se ha enid en cuena ese iemp en el que el cndensadr ambién disminuye su ensión. Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria

12 7. Diseñar la función de cmpensación para que en bucle cerrad el cnveridr reducr que a cninuación se describe enga un cmpramien esable cn un margen de fase de 45, siend la frecuencia a la que la ganancia es unidad 5kHz. Uilizar el facr k cm parámer, siend k un númer ener. Das del cnveridr: Tensión de enrada i. Tensión de salida regulada 5. Filr de salida 00µH, C 00µF ESR mω. Ampliud de la señal riangular del reguladr 3. Para mar una muesra de la ensión de salida se uiliza un divisr de ensión frmad pr ds resisencias de 00kΩ. i ref e Cnrladr H(s) c Cnv. Reducr G(s) k / m Se deermina la ganancia en baja frecuencia de cnveridr y se siúan ls pls y cers dminanes que crrespnden al filr de salida. i D ; i c s ; Ž i 4 ; Ž m 6 db Ž c 5 s Ž c Frecuencia del pl dble f p y del cer f c f p π C ; f p 59 Hz ; f c π ESR C ; f c 59 khz a ganancia de G(s) a 5 khz es 4,73 db Gs 5kHz 6 db 40 lg j 5 khz 59 Hz 0 lg j 5 khz 59 khz Para cmpensar la función G(s) de frma que G(s) * H(s) enga una pendiene de 0 db/dec a 5 khz es necesari un reguladr de ip 3 cuya ganancia a 5 khz sea 4,73 db. Uilizand el parámer k θ G lag θ H lag M.F. 80 ; θ H lag 0 ; k 3 Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria

13 El cer dble f z y el pl dble f p de la función H(s) esarán lcalizads en 5 khz f z 3 ; f z 670 Hz ; 5 khz f p 3 ; f p 5 khz Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 3

14 8. Se diseña un cnveridr elevadr bs para cnseguir las siguienes especificacines: u 400, u 5%, P u 00W, in 0 f s 00kHz. En esas cndicines el cnveridr debe rabajar en el límie enre cnducción cninua y discninua. Deerminar: alr de la inducancia, máxima ensión sprada pr ls semicnducres. Cndensadr de salida Cu. Da: C*ESR50*0 6. dc Q D C Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 4

15 i Î (D)T v DS u v DS (D)T (D)T u i D Î I P 00W ; I 0, 5A ; in ; D 0, 45 D ( ) I D TIˆ ; I ˆ, 8A I ; in ; 544,5µ H T ˆ DS, max u 400 ; AK, max u 400 ( Iˆ I ) ( Iˆ I )( ) vu ; C Iˆ D T ; 4µ s ; C 3nF IESR ˆ ; ESR Ω ; C u 4,55µ F v u Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 5

16 9. Cnveridr reducrelevadr sin aislamien. Frecuencia de cnmuación f s 00kHz, ensión de enrada dc, 00µH, cicl de rabaj D0,6. Dibujar la ensión de salida en función de la carga que varía enre 00Ω y kω. dc i Q R G Q GG i D i D C R Asumiend rendimien unidad, se calcula la carga que cnsigue una siuación límie enre cnducción cninua y discninua: (se uiliza el subíndice c para cndicines límie enre cnducción cninua y discninua). i Î c T (D)T i D Î c T (D)T I c Iˆ dc c ; Î c 360mA ; I c ( ) D Iˆ c ; I c7ma c dc D D ; c 8 ; c R c ; R c 50Ω I c Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 6

17 R<R c cnducción cninua ( 8), R>R c cnducción discninua. En cnducción discninua RT dc D : R300Ω R500Ω R750Ω 9,7 5,46 3,8 RkΩ 36 Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 7

18 Se diseña un cnveridr elevadr para bener a la salida 4 y P30 W a parir de una ensión de alimenación i5. Se desea que el rizad de la inensidad de la fuene i n supere el 30%. a frecuencia de cnmuación fs es 00kHz. El facr de calidad de la inducancia Qs a la frecuencia de cnmuación es 50. Deerminar el rendimien del cnveridr cnsiderand sól las pérdidas en la inducancia. Z Q s ESR. Na: deerminar el valr de la inducancia sin cnsiderar la ESR. dc I r Q D C IC dc i ; 93,8µ H ; 00µH r I :M(D) I dc i R R9,Ω, r,6ω dc ; D0,5 ( D) r ( D) R η η 78,3% r ( D) R Curs 00/0. Tecnlgía Elecrónica Ingeniería de Sisemas y Aumáica, TEISA E.T.S. Ingeniers Indusriales y de Telecmunicación. Universidad de Canabria 8