Sistemas de alimentaci

1
Sistemas de alimentación
Universidad de Oviedo
Área de Tecnología Electrónica
ATE Univ. de Oviedo SISAL001.00
2
Qué es un Sistema de Alimentación ?
ATE Univ. de Oviedo SISAL002.00
3
Múltiples cargas (multisalida)
ATE Univ. de Oviedo SISAL003.00
4
Múltiples cargas y fuentes
ATE Univ. de Oviedo SISAL004.00
5
Arquitectura de convertidores
ATE Univ. de Oviedo SISAL005.00
6
Fuentes primarias de Corriente Alterna (CA)
ATE Univ. de Oviedo SISAL006.00
7
Fuentes primarias de Corriente Continua (CC)
ATE Univ. de Oviedo SISAL007.00
8
Tipos de cargas electrónicas
ATE Univ. de Oviedo SISAL008.00
9
Ejemplo de arquitectura (I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL009.00
10
Ejemplo de arquitectura (II)
ATE Univ. de Oviedo SISAL010.00
11
Convertidores en los sistemas de alimentación

• Convertidores CA/CC
• Con alto contenido de armónicos de baja
  frecuencia.
• Con bajo contenido de armónicos de baja
  frecuencia.
• Convertidores CC/CC
• Convertidores conmutados.
• Convertidores lineales
• Convertidores CC/CA

ATE Univ. de Oviedo SISAL011.00
12
Convertidores CC/CC basados en reguladores
lineales (I) Idea básica
ATE Univ. de Oviedo SISAL012.00
13
Convertidores CC/CC basados en reguladores
lineales (II) Realización física
ATE Univ. de Oviedo SISAL013.00
14
Convertidores CC/CC basados en reguladores
lineales (III) Cálculo del rendimiento
VT
-
Ig

IR
IR ? Ig ?? (VOIR) / (VgIg) ? ? VO / Vg

Vg
VO
-

• El rendimiento depende de la tensión de entrada.
• El convertidor sólo puede reducir la tensión de
  entrada.

ATE Univ. de Oviedo SISAL014.00
15
Sistemas basados en reguladores lineales
Transformador de baja frecuencia
Rectificadores
Reguladores Lineales
ATE Univ. de Oviedo SISAL015.00
16
Sistema de alimentación basado en reguladores
lineales

• Pocos componentes.
• Robustos
• Sin generación de EMI

• Pesados y voluminosos
• Bajo rendimiento

ATE Univ. de Oviedo SISAL016.00
17
Convertidores CC/CC conmutados (I) Idea básica
Carga
Regulador lineal
ATE Univ. de Oviedo SISAL017.00
18
Convertidores CC/CC conmutados (II) Filtrando la
tensión sobre la carga

VO
PWM
Vg
-
ATE Univ. de Oviedo SISAL018.00
19
Convertidores CC/CC conmutados (III) Se puede
usar un filtro C?
NO se puede
ATE Univ. de Oviedo SISAL019.00
20
Convertidores CC/CC conmutados (IV) Se puede
usar un filtro LC sin más?
iL
Vg
NO se puede
porque interrumpe bruscamente la corriente en la
bobina
ATE Univ. de Oviedo SISAL020.00
21
Convertidores CC/CC conmutados (V) El primer
convertidor básico El convertidor REDUCTOR (Buck)
este diodo soluciona los problemas
ATE Univ. de Oviedo SISAL021.00
22
Análisis del convertidor reductor (Buck) (I)

• Hipótesis del análisis
• La tensión de salida no varía en un ciclo de
  conmutación.
• La corriente en la bobina no llega a valer nunca
  cero (modo continuo de conducción).

Durante dT
Durante (1-d)T
ATE Univ. de Oviedo SISAL022.00
23
Análisis del convertidor reductor (II)

• Cómo calcular la relación entre variables
  eléctricas?
• Para ello, vamos a recordar dos propiedades de
  las bobinas y de los condensadores en circuitos
  que estén en régimen permanente
• La tensión media en una bobina es nula.
• La corriente media en un condensador es nula.

En caso contrario, crecería indefinidamente la
corriente en la bobina y la tensión en el
condensador (incompatible con el régimen
permanente).
ATE Univ. de Oviedo SISAL023.00
24
Análisis del convertidor reductor (III)
Frecuentemente, cuando se opera en modo continuo
de conducción, la forma de onda de tensión en la
bobina es rectangular ? suma de productos
voltiossegundos 0
Áreas iguales
ATE Univ. de Oviedo SISAL024.00
25
Análisis del convertidor reductor (IV)

• Aplicación del balance suma de productos
  voltiossegundos 0

• Corriente media nula por el condensador

ATE Univ. de Oviedo SISAL025.00
26
Análisis del convertidor reductor (V)

• Tensiones máximas

vS max vD max Vg

• Aplicación del balance de potencias

• Corriente media por el diodo

ATE Univ. de Oviedo SISAL026.00
27
Análisis del convertidor reductor (VI)
Otra forma de razonar (I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL027.00
28
Análisis del convertidor reductor (VII)
Otra forma de razonar (II)
Transformador ideal de continua
Esta forma de razonar es válida para cualquier
convertidor no disipativo (combiando la relación
de transformación).
ATE Univ. de Oviedo SISAL028.00
29
Es posible encontrar un convertidor que eleve
tensión? (I)
Partimos del convertidor reductor
ATE Univ. de Oviedo SISAL029.00
30
Es posible encontrar un convertidor que eleve
tensión? (II)
Cambiamos las V
Reductor
Otro convertidor
Este interruptor tiene que ser el controlado por
el mando. Si no fuera así, habría un corto
circuito permanente
ATE Univ. de Oviedo SISAL030.00
31
Es posible encontrar un convertidor que eleve
tensión? (III)
Cambiamos la forma de dibujar el circuito
Convertidor ELEVADOR (Boost)
ATE Univ. de Oviedo SISAL031.00
32
El convertidor reductor frente al elevador
VO Vg/(1-d)
VO Vgd
Siempre VOltVg
Siempre VOgtVg
vS max vD max Vg
vS max vD max VO
ATE Univ. de Oviedo SISAL032.00
33
Análisis del conv. elevador (Boost)
(En modo continuo de conducción)
IO
R
Durante dT

• Balance voltiossegundos

VgdT(Vg-VO)(1-d)T 0 ??VO Vg/(1-d)

• Balance de potencias

ATE Univ. de Oviedo SISAL033.00
34
El cortocircuito y la sobrecarga en el
convertidor elevador
Este camino de circulación de corriente no puede
interrumpirse actuando sobre el transistor. El
convertidor no se puede proteger de esta forma.
ATE Univ. de Oviedo SISAL034.00
35
Es posible encontrar un convertidor que pueda
reducir y elevar? (I)
VO/Vg (VO/Vi )(Vi/Vg ) d/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL035.00
36
Es posible encontrar un convertidor que pueda
reducir y elevar? (II)
Durante dT
Durante (1-d)T
Es posible agrupar interruptores? Basta invertir
el terminal común (masa) en el subcircuito de
(1-d)T
ATE Univ. de Oviedo SISAL036.00
37
Es posible encontrar un convertidor que pueda
reducir y elevar? (III)
Durante dT
Durante (1-d)T
ATE Univ. de Oviedo SISAL037.00
38
El convertidor reductor-elevador (buck-boost) (I)

• Balance voltiossegundos

VgdT - VO(1-d)T 0 ??VO Vgd/(1-d)

• Tensiones máximas

vS max vD max VgVO Vg/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL038.00
39
El convertidor reductor-elevador (II)

• Corriente media por el diodo

• Balance de potencias

• Corriente media por la bobina

ATE Univ. de Oviedo SISAL039.00
40
Otra forma de generar los convertidores básicos
ATE Univ. de Oviedo SISAL040.00
41
Comparando reductor y reductor-elevador
Las solicitaciones eléctricas en el
reductor-elevador son mayores
ATE Univ. de Oviedo SISAL041.00
42
Comparando elevador y reductor-elevador
VAS 300VA VAD 150VA
Las solicitaciones eléctricas en el
reductor-elevador son mayores
ATE Univ. de Oviedo SISAL042.00
43
El modo de conducción en los tres convertidores
básicos (I) (sólo una bobina y un diodo)
El valor medio de iL depende de IO
ATE Univ. de Oviedo SISAL043.00
44
El modo de conducción en los tres convertidores
básicos (II)
R1

• Al variar IO varía el valor medio de iL
• Al variar IO no varían las pendientes de iL
  (dependen de Vg y de VO)

t
R2 gt R1
Todos los casos corresponden al llamado modo
continuo de conducción (mcc), en el que es
válido todo lo estudiado
t
Rcrit gt R2
Este es el caso crítico
t
ATE Univ. de Oviedo SISAL044.00
45
El modo de conducción en los tres convertidores
básicos (III)
Qué pasa si R gt Rcrit ?
Sigue el modo continuo
Modo discontinuo
ATE Univ. de Oviedo SISAL045.00
46
Comparación de la tensión de salida en ambos
modos de conducción
R lt Rcrit
Recuérdese Al variar IO varía el valor medio de
iL
t
Con parte negativa (modo continuo a baja carga),
la tensión de salida sería la calculada en modo
continuo. Cuando estamos en discontinuo no existe
la parte negativa, lo que causa que la corriente
media en la bobina crezca y por tanto lo haga la
corriente y la tensión de salida.
R gt Rcrit
iL
t
ATE Univ. de Oviedo SISAL046.00
47
Nos acercamos a las condiciones críticas (y por
tanto al modo discontinuo) si

• Bajamos el valor de las bobinas (aumentan las
  pendientes)

• Bajamos el valor de la frecuencia (aumentan los
  tiempos en los que la corriente está subiendo o
  bajando)

• Aumentamos el valor de la resistencia de carga
  (disminuye el valor medio de la corriente por la
  bobina)

ATE Univ. de Oviedo SISAL047.00
48
Modo discontinuo de conducción

• Existen 3 estados distintos
• Conduce el transistor (dT)
• Conduce el diodo (dT)
• No conduce ninguno (1-d-d)T

Ejemplo
Vg
VO
ATE Univ. de Oviedo SISAL048.00
49
Relación de transformación en modo discontinuo
(en el reductor-elevador)
Vg LiLmax/(dT)
Relación de transformación MVO/ Vg M d/(k)1/2
, siendo k 2L / (RT)
ATE Univ. de Oviedo SISAL049.00
50
Frontera entre modos de conducción (en el
reductor-elevador)

• Relación de transformación en discontinuo, M
• M d / (k)1/2 , siendo k 2L / (RT)
• Relación de transformación en continuo, N
• N d / (1-d)
• En la frontera M N, R Rcrit , k
  kcrit
• kcrit (1-d)2
• Modo continuo k gt kcrit
• Modo discontinuo k lt kcrit

ATE Univ. de Oviedo SISAL050.00
51
Extensión a otros convertidores
ATE Univ. de Oviedo SISAL051.00
52
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor reductor (I)
No vale porque el transformador no se desmagnetiza
ATE Univ. de Oviedo SISAL052.00
53
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor reductor (II)
No vale porque el transformador se desmagnetiza
instantaneamente (sobretensión infinita)
ATE Univ. de Oviedo SISAL053.00
54
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor reductor (III)
Esta es la solución
ATE Univ. de Oviedo SISAL054.00
55
Operación en régimen permanente de un elemento
magnético con dos devanados
Ley de faraday
vi ni d?/dt
En régimen permanente
(??)en un periodo? 0
Luego
Si se excita el elemento magnético con ondas
cuadradas
suma de productos (voltios/espiras)segundos 0
ATE Univ. de Oviedo SISAL055.00
56
Operación en régimen permanente de un elemento
magnético con varios devanados ejemplo
Suma de productos (voltios/espiras)segundos
0 (V1/n1)d1T - (V2/n2)d2T 0 ?? d2
d1n2V1/(n1V2)
Para asegurar la desmagnetización d2 lt 1 - d1
ATE Univ. de Oviedo SISAL056.00
57
El convertidor directo (forward) (I)
Desmagnetización basada en la tensión de
entrada V1 V2 Vg
n1
Teniendo en cuenta d dn2/n1 d lt 1 -
d obtenemos d lt n1/(n1 n2) ? dmax
n1/(n1 n2)
Vg
n2
ATE Univ. de Oviedo SISAL057.00
58
El convertidor directo (II)
dmax n1/(n1 n2)
vS max VgVgn1/n2 Vg/(1-dmax)
vD1 max Vgn3/n1
VO dVgn3/n1 (en modo continuo)
vD2 max Vgn3/n2
ATE Univ. de Oviedo SISAL058.00
59
El convertidor directo (III)
ATE Univ. de Oviedo SISAL059.00
60
Comparando reductor y directo
VAS 200VA VAD 100VA
Mayor VS max en el directo
ATE Univ. de Oviedo SISAL060.00
61
Variación de Vg
ATE Univ. de Oviedo SISAL061.00
62
Existen otras formas de desmagnetizar el
transformador?
Enclavamiento RCD (RCD clamp)

• Mal rendimiento
• Integración de parásitos
• Útil para rect. sinc. autoexc.

ATE Univ. de Oviedo SISAL062.00
63
Otras formas de desmagnetizar el transformador
Desmagnetización resonante
(Resonant reset)

• Pequeña variación de Vg
• Integración de parásitos
• Útil para rect. sinc. autoexc.

ATE Univ. de Oviedo SISAL063.00
64
Otras formas de desmagnetizar el transformador
Enclavamiento activo
(Active clamp)
VC Vgd/(1-d)

• Dos transistores
• Integración de parásitos
• Útil para rect. sinc. autoexc.
• Flujo sin nivel de continua

ATE Univ. de Oviedo SISAL064.00
65
Otras formas de desmagn. el transf. Convertidor
directo con dos transistores
dmax 0.5
VO dVgn2/n1 (en modo continuo) vS1 max vS2
max Vg vD1 max vD2 max Vg vD3 max vD4 max
Vgn2/n1

• Dos transistores
• Bajas tensiones en los semiconductores

ATE Univ. de Oviedo SISAL065.00
66
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor reductor-elevador (I)
Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico
ATE Univ. de Oviedo SISAL066.00
67
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor reductor-elevador (II)

• La bobina y el transformador pueden integrarse en
  un único dispositivo magnético. Dicho dispositivo
  magnético se calcula como una bobina, no como un
  transformado.
• Debe almacenar energía.
• Normalmente tiene entrehierro

ATE Univ. de Oviedo SISAL067.00
68
El convertidor de retroceso o convertidor
indirecto (flyback)
Suma de productos (voltios/espiras)segundos
0 dTVg/n1 - (1-d)TVO/n2 0 ??VO
Vg(n2/n1)d/(1-d)
Máximas tensiones
vS max VgVOn1/n2 Vg/(1-d)
vD max Vgn2/n1 VO Vg(n2/n1)/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL068.00
69
Comparando retroceso y reductor-elevador
vS max vD max 150V
VAS 150VA VAD 200VA
Las solicitaciones eléctricas son iguales
ATE Univ. de Oviedo SISAL069.00
70
Otra forma del convertidor de retroceso
Convertidor de retroceso con dos transistores

• Dos transistores
• Relación de transformación acotada
• Bajas tensiones en los semiconductores

VO Vg(n2/n1)d/(1-d) (en m.c.) dmax 0.5 vS1
max vS2 max Vg vD1 max vD2 max Vg vD3 max
Vg(n2/n1)/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL070.00
71
Incorporación de aislamiento galvánico al
convertidor elevador

• No es posible incorporar aislamiento galvánico
  con un único transistor
• Con varios transistores ? puentes alimentados en
  corriente

ATE Univ. de Oviedo SISAL071.00
72
Cómo son las corrientes por los puertos de
entrada y salida de un convertidor?
ATE Univ. de Oviedo SISAL072.00
73
Corriente de entrada en cada convertidor
ATE Univ. de Oviedo SISAL073.00
74
Filtrando la corriente de entrada
ATE Univ. de Oviedo SISAL074.00
75
Existen convertidores con ambas corrientes poco
ruidosas?
ATE Univ. de Oviedo SISAL075.00
76
Convertidor elevador-reductor (I)
VO/Vg (VO/Vi )(Vi/Vg ) d/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL076.00
77
Convertidor elevador-reductor (II)
La tensión vD en ambos casos es igual, salvo por
el signo
ATE Univ. de Oviedo SISAL077.00
78
Convertidor elevador-reductor (III) El
convertidor de Cuk
Balance voltios-segundos en la bobina del
elevador (lo mismo que en un elevador normal) Vi
Vg/(1-d)
La tensión de salida es la media de la tensión en
el diodo VO dVi ??VO Vgd/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL078.00
79
El convertidor de Cuk
Vi Vg VO
vS max vD max Vi Vg/(1-d)
Los esfuerzos eléctricos son los mismos que en el
convertidor reductor-elevador
ATE Univ. de Oviedo SISAL079.00
80
El convertidor de Cuk en modo discontinuo (I)
Vi Vg VO
ATE Univ. de Oviedo SISAL080.00
81
El convertidor de Cuk en modo discontinuo (II)
iL1 iL2
Llamando 1/Leq 1/L1 1/L2 queda Vg/L1
Vg/L2 Vg/Leq VO/L1 VO/L2 VO/Leq
di/dt Vg/L1 Vg/L2
di/dt VO/L1 VO/L2
t
Esta es la misma situación que teníamos en el
convertidor reductor-elevador ? la fórmula es
la misma, usando Leq como inductancia
k 2Leq / (RT)
kcrit (1-d)2
kcrit max 1
ATE Univ. de Oviedo SISAL081.00
82
Una propiedad interesante del convertidor de Cuk
Para ambos modos
Las mismas tensiones en L1 y L2
???vL1 vL2 Vg
??vL1 vL2 -VO
??vL1 vL2 0
ATE Univ. de Oviedo SISAL082.00
83
Acoplamiento de dos bobinas (I)
Bobinas sin acoplar
Bobinas acopladas
Circuito equivalente
ATE Univ. de Oviedo SISAL083.00
84
Acoplamiento de dos bobinas (II)
Thèvenin
ATE Univ. de Oviedo SISAL084.00
85
Acoplamiento de dos bobinas (III)
iL1
Aplicamos la Ley de Faraday
ATE Univ. de Oviedo SISAL085.00
86
Acoplamiento de dos bobinas cuando vL1 vL2
ATE Univ. de Oviedo SISAL086.00
87
Razonando de otro modo
vL1 L1diL1/dt MdiL2/dt vL2 MdiL1/dt
L2diL2/dt
ATE Univ. de Oviedo SISAL087.00
88
Relaciones entre L1, L2 y M por un lado y Ld1,
Ld2, Lm, n1 y n2 por otro (I)
vL1 L1diL1/dt MdiL2/dt vL2 MdiL1/dt
L2diL2/dt
vL1iL10 MdiL2/dt vL1iL20
L1diL1/dt vL2iL10 L2diL2/dt
vL1iL10 (Lmn2/n1)diL2/dt vL1iL20
(Ld1Lm)diL1/dt vL2iL10 (Ld2Lm)(n2/n1)2d
iL2/dt
ATE Univ. de Oviedo SISAL088.00
89
Relaciones entre L1, L2 y M por un lado y Ld1,
Ld2, Lm, n1 y n2 por otro (II)
M Lmn2/n1 L1 Ld1 Lm L2 (Ld2
Lm)(n2/n1)2
Condiciones de anulación de rizado
En L1 M L2 ? n1 n2(1 Ld2/Lm) En L2
M L1 ? n2 n1(1 Ld1/Lm)
Importante ambas son realizables por separado
ATE Univ. de Oviedo SISAL089.00
90
Anulación del rizado en la entrada de un
convertidor de Cuk
ATE Univ. de Oviedo SISAL090.00
91
Anulación de cualquiera de los rizados
Magnetismo integrado
ATE Univ. de Oviedo SISAL091.00
92
Vamos a buscar otros convertidores con 4
elementos reactivos (I)
Cuk
ATE Univ. de Oviedo SISAL092.00
93
Vamos a buscar otros convertidores con 4
elementos reactivos (II)
Podemos usar otra configuración LDC de salida?
Procedente de un Cuk
Va a dar origen a un nuevo convertidor
ATE Univ. de Oviedo SISAL093.00
94
Vamos a buscar otros convertidores con 4
elementos reactivos (III)
ATE Univ. de Oviedo SISAL094.00
95
Subcircuitos en el convertidor SEPIC
Dura dT
Dura (1-d)T en modo continuo dT en
modo discontinuo
Dura (1-d-d)T (sólo en modo discontinuo)
ATE Univ. de Oviedo SISAL095.00
96
Tensiones en el convertidor SEPIC
ATE Univ. de Oviedo SISAL096.00
97
Corrientes en el convertidor SEPIC
ATE Univ. de Oviedo SISAL097.00
98
Comparando el reductor-elevador y el SEPIC
A efectos de tensiones máximas y corrientes
medias por los semiconductores, ambos son iguales
ATE Univ. de Oviedo SISAL098.00
99
El SEPIC en modo discontinuo (I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL099.00
100
El SEPIC en modo discontinuo (II)
iL1 iL2
Llamando 1/Leq 1/L1 1/L2 queda Vg/L1
Vg/L2 Vg/Leq VO/L1 VO/L2 VO/Leq
di/dt Vg/L1 Vg/L2
di/dt VO/L1 VO/L2
t
Esta es la misma situación que teníamos en el
convertidor reductor-elevador ? la fórmula es
la misma, usando Leq como inductancia
k 2Leq / (RT)
kcrit (1-d)2
kcrit max 1
ATE Univ. de Oviedo SISAL100.00
101
Tensiones en las bobinas del SEPIC
Para ambos modos de conducción son iguales
???vL1 vL2 Vg
??vL1 vL2 -VO
??vL1 vL2 0
Integración magnética
ATE Univ. de Oviedo SISAL101.00
102
Anulación del rizado de entrada en el SEPIC
Integración magnética
ATE Univ. de Oviedo SISAL102.00
103
Simetrías en los convertidores descritos (I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL103.00
104
Simetrías en los convertidores descritos (II)
ATE Univ. de Oviedo SISAL104.00
105
El convertidor zeta o SEPIC inverso
VO Vgd/(1-d) ? Vg VO(1-d)/d Despejando,
queda VO Vgd/(1-d) (lo mismo que en el
SEPIC)
Todos los valores máximos de tensión y medios de
corriente quedan igual que en el SEPIC, Cuk y
reductor-elevador. Admite integración magnética
ATE Univ. de Oviedo SISAL105.00
106
Convertidores reversibles
ATE Univ. de Oviedo SISAL106.00
107
Introducción de aislamiento galvánico en el
convertidor de Cuk (I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL107.00
108
Introducción de aislamiento galvánico en el
convertidor de Cuk (II)
ATE Univ. de Oviedo SISAL108.00
109
El convertidor de Cuk con aislamiento (I)

• Balance (voltios/espiras)segundos
• L1 VgdT (Vg - VC1 VC2n3/n4 )(1-d)T
  0
• L2 (VC2 VC1n4/n3 - VO ) dT - VO(1-d)T
  0
• T1 (VC1/n3) dT - (VC2/n4) (1-d)T 0

??VO Vg(n4/n3)d/(1-d) VC1 Vg VC2
VO
ATE Univ. de Oviedo SISAL109.00
110
El convertidor de Cuk con aislamiento (II)
Máximas tensiones vS max Vg VOn3/n4
Vg/(1-d) vD max Vgn4/n3 VO Vg(n4/n3)/(1-d)
ATE Univ. de Oviedo SISAL110.00
111
El convertidor de Cuk con aislamiento (III)
dT ??vL1 vL3 Vg vL2
vL4 Vgn4/n3 dT ??vL1 vL3 -VOn3/n4
vL2 vL4 -VO Sólo en m.d. (1-d-d)T ??vL1
vL2 vL3 vL4 0
ATE Univ. de Oviedo SISAL111.00
112
El convertidor de Cuk con aislamiento (IV)
Se puede hacer integración magnética y anular los
rizados de entrada y salida
ATE Univ. de Oviedo SISAL112.00
113
El convertidor SEPIC con aislamiento (I)

• Es muy sencillo incorporar aislamiento galvánico
• Todas las solicitaciones eléctricas son como en
  el convertidor de retroceso

ATE Univ. de Oviedo SISAL113.00
114
El convertidor SEPIC con aislamiento (II)
Se puede hacer integración magnética y anular el
rizado de entrada
ATE Univ. de Oviedo SISAL114.00
115
El convertidor zeta con aislamiento
Sin aislamiento
L1
Con aislamiento Con integración magnética
Con aislamiento Sin integración magnética
Todas las solicitaciones eléctricas como en el
SEPIC, Cuk y red.-elev.
ATE Univ. de Oviedo SISAL115.00
116
Inversores clásicos con transistores (alimentados
desde fuente de tensión)
ATE Univ. de Oviedo SISAL116.00
117
Obtención de convertidores CC/CC desde los
inversores clásicos (Ejemplo)
ATE Univ. de Oviedo SISAL117.00
118
El convertidor push-pull o simétrico (I)
Convertidor directo
Convertidor directo
Convertidor push-pull o simétrico
ATE Univ. de Oviedo SISAL118.00
119
El convertidor push-pull o simétrico (II)
Qué pasa cuando no conducen ninguno de los dos
transistores?
ATE Univ. de Oviedo SISAL119.00
120
El convertidor push-pull o simétrico (III)

• Conducen ambos diodos ? la tensión en el
  transformador es cero
• Las corrientes iL1 y iL1 deben ser tales que
• iL1 iL2 iL
• iL1 - iL2 iLm (sec. trans.)

• Circuito equivalente cuando no conducen ni S1 ni
  S2

ATE Univ. de Oviedo SISAL120.00
121
Tensiones en el convertidor push-pull
D1
dmax 0.5
D2

• La tensión vD es la misma que en un conv.directo
  con un ciclo de trabajo 2d ? VO 2dVgn2/n1
  (en modo continuo)
• vsmax 2Vg vD1max vD2max
  2Vgn2/n1

ATE Univ. de Oviedo SISAL121.00
122
Corrientes en el convertidor push-pull
iO
dmax 0.5
ATE Univ. de Oviedo SISAL122.00
123
Un problema presentado por el convertidor
push-pull

• En control modo tensión puede llegar a
  saturarse el transformador por asimetrías en la
  duración de los tiempos de conducción de los
  transistores
• Se usa modo corriente

ATE Univ. de Oviedo SISAL123.00
124
El convertidor en medio puente (half bridge)
VO
dmax 0.5

• La tensión vD es la mitad que en el caso del
  push-pull
• ? VO dVgn2/n1 (en modo continuo)
• vsmax Vg vD1max vD2max Vgn2/n1

ATE Univ. de Oviedo SISAL124.00
125
Corrientes en el convertidor en medio puente
dmax 0.5
ATE Univ. de Oviedo SISAL125.00
126
El convertidor en puente completo (full bridge)
dmax 0.5

• La tensión vD es como en el caso del push-pull
• ? VO 2dVgn2/n1 (en modo continuo)
• vsmax Vg vD1max vD2max 2Vgn2/n1

ATE Univ. de Oviedo SISAL126.00
127
Corrientes en el convertidor en puente completo
dmax 0.5
ATE Univ. de Oviedo SISAL127.00
128
Problemas de saturación en el transformador del
convertidor en puente completo

• En control modo tensión puede llegar a
  saturarse el transformador por asimetrías en la
  duración de los tiempos de conducción de los
  transistores
• Soluciones
• Colocar un condensador en serie CS
• Usar modo corriente

ATE Univ. de Oviedo SISAL128.00
129
Comparación entre push-pull y puentes
vSmax 2Vg iS PO/(2Vg) Mayores
solicitaciones de tensión ? apto para baja
tensión de entrada
vSmax Vg iS PO/Vg Mayores
solicitaciones de corriente ? apto para alta
tensión de entrada
vSmax Vg iS PO/(2Vg) Menores
solicitaciones eléctricas ? apto para alta
potencia
ATE Univ. de Oviedo SISAL129.00
130
Convertidores CC/CC derivados de inversores
alimentados desde fuente de corriente
ATE Univ. de Oviedo SISAL130.00
131
Convertidor Push-pull alimentado en corriente
(I)
ATE Univ. de Oviedo SISAL131.00
132
Convertidor Push-pull alimentado en corriente
(II)
dura t2
dura t1
dura t1
dura t2
dT
(1-d)T
Aplicando el balance voltiossegundos ? VO
Vg(n2/n1)/2(1-d) (en modo continuo)
ATE Univ. de Oviedo SISAL132.00
133
Corrientes en el push-pull alimentado en
corriente
ATE Univ. de Oviedo SISAL133.00
134
Convertidores alimentados en tensión vs.
alimentados en corriente
ATE Univ. de Oviedo SISAL134.00
135
Problema en el apagado del convertidor
push-pull alimentado en corriente
Hay que garantizar que el flujo en la bobina no
pasa a valer cero cuando dejan de conducir S1 y
S2 al apagar el convertidor
iL
ATE Univ. de Oviedo SISAL135.00
136
Otro conexionado para desmagnetizar la bobina de
entrada
ATE Univ. de Oviedo SISAL136.00
137
El puente completo alimentado en corriente
Se comporta como un push-pull alimentado en
corriente en todo salvo en la tensión máxima en
el transistor (que es Vg)
ATE Univ. de Oviedo SISAL137.00
138
Rectificador en puente en la salida
ATE Univ. de Oviedo SISAL138.00
139
Otros temas de interés relacionados con los
sistemas de alimentación

• Rectificación síncrona
• Convertidores multisalida
• Conversión CA/CC con bajo contenido armónico
  (corrección del factor de potencia) ? otro tema
• Convertidores resonantes y de conmutación suave

ATE Univ. de Oviedo SISAL139.00
140
Rectificadores síncronos
ATE Univ. de Oviedo SISAL140.00
141
Rectificación síncrona autoexcitada (VSALIDA lt
5V) (I)
Rectificación síncrona
Rectificación convencional
ATE Univ. de Oviedo SISAL141.00
142
Rectificación síncrona autoexcitada (VSALIDA lt
5V) (II)También en rectificadores de media onda
Rectificación convencional
Rectificación síncrona
ATE Univ. de Oviedo SISAL142.00
143
Convertidores interesantes para rectificación
síncrona autoexcitada (I)

• Convertidores con filtro con bobina
• Convertidores sin tiempos muertos

Convertidor directo con enclavamiento RCD
ATE Univ. de Oviedo SISAL143.00
144
Convertidores interesantes para rectificación
síncrona autoexcitada (II)
Convertidor directo con enclavamiento activo
ATE Univ. de Oviedo SISAL144.00
145
Convertidores interesantes para rectificación
síncrona autoexcitada (III)
Convertidor directo con desmagnetización resonante
ATE Univ. de Oviedo SISAL145.00
146
Convertidores interesantes para rectificación
síncrona autoexcitada (IV)
Medio puente con control complementario
ATE Univ. de Oviedo SISAL146.00
147
Sistemas multisalida n conv. en paralelo

• Eficiente
• Caro
• Complejo

ATE Univ. de Oviedo SISAL147.00
148
Sistemas basados en sólo un convertidor conmutado
(regulación cruzada)

• Se regula una salida
• Las otras quedan parcialmente reguladas

Muy importante las impedancias parásitas
asociadas a cada salida deben ser lo menor
posibles
ATE Univ. de Oviedo SISAL148.00
149
Los convertidores de retroceso y directo con
regulación cruzada
ATE Univ. de Oviedo SISAL149.00
150
Mejorando la regulación cruzada en el convertidor
directo
Las dos bobinas operan en el mismo modo de
conducción
n4
n2
Condición de diseño n1/ n2 n3/ n4
n3
n1
ATE Univ. de Oviedo SISAL150.00
151
Combinación de regulador conmutado y
post-regulador lineal
ATE Univ. de Oviedo SISAL151.00
152
Conversión CA/CC con alto contenido armónico en
la corriente de entrada
Tensión en el condensador, VC
Conversión con bajo contenido armónico ? un tema
completo
ATE Univ. de Oviedo SISAL152.00
153
Pérdidas en los semiconductores y frecuencia de
conmutación
Corriente
Tensión
Potencia perdida
A frecuencia fS
A frecuencia 2fS
ATE Univ. de Oviedo SISAL153.00
154
Convertidores resonantes (ejemplo)
Convertidores cuasirresonantes conmutados a
corriente cero (ZCS-QRC)
ATE Univ. de Oviedo SISAL154.00
155
Conmutación suave y bajo EMI
Conv. directo con enclavamiento activo
ATE Univ. de Oviedo SISAL155.00
156
Otro ejemplo
Convertidor en medio puente con control
complementario
ATE Univ. de Oviedo SISAL156.00