fuentes de alimentación conmutadas parte 1

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Fuentes de alimentación 
Conmutadas:1º Parte configuraciones
Universidad 
de Jaén
Área de Tecnología 
Electrónica
Hart.D, Electronica de Potencia. Prentice hall 
2001
M.J. Fisher; Power Electronics. PWS-KENT
National Power Ics Databook. National
Semiconductor
SGS-Thomson: Databook y notas de aplicación
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Convertidores CC/CC conmutados
Filtrando la tensión sobre la carga
Filtro 
pasa
-
VgVg
PWM VO
+
-
VO
Vg
t
VO
+
-
VF
+
-
VFVg
t
VO
bajo
s
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Convertidores CC/CC
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Convertidores CC/CC
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Convertidores CC/CC
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Convertidores CC/CC conmutados
TOPOLOGIAS BÁSICAS
Reductor (Buck)
Elevador (Boost)
Reductor-elevador (Buck-
Boost) (inverso)
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Convertidores CC/CC conmutados
TOPOLOGIAS BÁSICAS ( con aislamiento)
Convertidor directo ( Forward)
Convertidor inverso ( flyback)
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Análisis del convertidor reductor (Buck)
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).
T
d·T
t
t
t
t
iS
iD
iL
Mando
iS iL
iDVg
VO
iD= iL VO-
+
iS= iL
Vg VO
+
-
Durante d·T
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Durante (1-d)·T
Análisis del convertidor reductor
¿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. 
+
-
Circuito en 
régimen 
permanente
vL = 
0
iC = 
0
En caso contrario, 
crecería indefinidamente 
la corriente en la bobina y 
la tensión en el 
condensador 
(incompatible con el 
régimen permanente).
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Análisis del convertidor reductor
Frecuentemente, cuando se opera en “modo continuo de 
conducción”, la forma de onda de tensión en la bobina es 
rectangular “suma de productos voltios·segundos = 0”
+
-
Circuito en 
régimen 
permanente vL = 0
iL
T
d·T
t
t
iL
Mando
vL
t
-
+
Áreas iguales
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Análisis del convertidor reductor
• Aplicación del balance de 
potencias
iS = IO·VO/Vg iS = IO·d
• Corriente media por el diodo
iD = iL - iS iD = IO·(1-d)
vS max = vD max = Vg
VO
+
-
Vg
IO
R
iS
iL
iD
+ -
vS
vD
+
-
•Tensiones máximas
T
d·T
t
t
iS
iD
iS
iD
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Análisis del convertidor reductor
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( )
( )
( ) ⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ −−=
∆
−=
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ −+=
∆
+=
−⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −=−
==
+
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −=−
−=∆∆
T
L
Vo
R
VoILIoI
T
L
Vo
R
VoILIoI
ToffparaT
L
VoII
R
VoILoII
TonparaT
L
VoVdII
LVctIL
δ
δ
δ
δ
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
//
min
max
minmax
minmax
minmax
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Análisis del convertidor reductor
Cálculo Condensador filtro de 
salida:
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Ejemplo Convertidor reductor
( Hart. Pg.210. Electrónica de Potencia. Prentice Hall)
Datos:
Vs=50v; D=0.4; 
L=400:H;C=100:F; 
f=20Khz; R=20S
• Sea el convertidor de la 
figura con los datos 
representados. 
Suponiendo componentes 
ideales. Calcular.
• Tensión de salida(20v)
• Corriente máxima y 
mínima por la 
bobina(1.75;0.25A)
• Rizado de la tensión de 
salida (0.47%)
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO ( REDUCTOR)
( Hart. Pg.211. Electrónica de Potencia. Prentice Hall)
• Relación entre frecuencia y L > Lmin ( corriente continuada)
• A mayor frecuencia menor L y C
• Mayor frecuencia mayores perdidas de conmutación
• Frecuencias usuales 20Khz-50Khz ( cientos de Khz)
• Parámetros importantes de diseño:
• Corriente eficaz bobina ( hilo de bobina)
• Nucleo no saturable para la corriente de pico
• Selección de condensador que limite rizado ( resistencia y C)
• C debe soportar tensión de pico y corriente eficaz
• Interruptor y diodo deben soportar V inversa max y I max.
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CONSIDERACIONES DE DISEÑO ( REDUCTOR)
( Hart. Pg.211. Electrónica de Potencia. Prentice Hall)
Datos: Vs=18 v. RL=10S. Rizado < 0.5%. Ve=48v.
Calcular: L para régimen continuado, Ciclo trabajo. 
Vpico máxima de cada dispositivo. Corriente eficaz por 
la L y C
Consideraciones: f=40Khz que es > f audio, L>25% sup 
a Lmin=1.25*Lmin. Valor eficaz de una señal tringular
con comp. Continua 
3
m
RMS
II =
Resultados: D=0.375; L=97.5:H;)IL=2.88A; Imax=3.24v; Imin=0.36A; 
ILRMS=1.97A; C=100 :F; Ipico cond=1.44A; ICRMS=0.83A
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El modo de conducción en los tres 
convertidores básicos 
• 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
t
iL iL
iL iL
iL iL
t
R1
Rcrit > R2
R2 > R1 Todos los casos corresponden 
al llamado “modo continuo de 
conducción” (mcc), en el que 
es válido todo lo estudiado 
Este es el caso crítico
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El modo de conducción en los tres 
convertidores básicos (III)
t
t
iL
iL
Rcrit
t
R3 > Rcrit iL
iL
iL iL
R3 > Rcrit
¿Qué pasa si R > Rcrit ?
Modo discontinuo
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Nos acercamos a las condiciones críticas 
(y por tanto al modo discontinuo) si: 
t
t
iL
t
iL
iL
• 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)
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Nota de Aplicación: 
AN711
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Convertidor reductor: Corr. discontinua 
(II)
Convertidor reductor: Corr. discontinua 
(II)
http://www.pes.ee.ethz.ch
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http://www.pes.ee.ethz.ch/
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