fundamentos de electronic a de potencia

Fundamentos de Electrónica de Potencia

Oscar Ivan Higuera MartinezEscuela de Ingeniería ElectrónicaUniversidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia

Basado en “Fundamental of Power electronics - Erickson”

Introducción

Introducción a Procesamiento de potencia Algunas aplicaciones de electrónica de potencia Elementos de electrónica de potencia Resumen del curso

Electiva en Electrónica de Potencia 2

Introducción a procesamiento de potencia

Conversión DC-DC: Cambio y control de la magnitud del voltaje

Rectificación AC-DC: Posibilidad de controlar el voltaje DC, corriente AC.

Inversión DC-AC: Producción de sinusoides de magnitud y frecuencia controlable.

Ciclo-convertidores AC-AC: Cambio y control de la magnitud del voltaje y frecuencia


Control es generalmente requerido


Es esencial la alta eficiencia

Alta eficiencia conduce a bajas perdidas en los convertidores

Son factible la reducción del tamaño y confiabilidad de operación.

La eficiencia es una buena medida del desempeño de un convertidor


Convertidor de alta Eficiencia

La meta de la tecnología de los convertidores de corriente es la construcción de convertidores

pequeños y de bajo peso, los cuales funcionen con una alta eficiencia.


En 1999, las medidas para alta densidad eran de 25W/in a 5V.En 2001, estas se incrementaron a 40W/in a 3.3V. Actualmente, la densidad de energía se logra superior a 50W/in, mientras para la alta densidad de energía se considera cercana a 90W/in.

Dispositivos disponibles para diseño de circuitos



Procesamiento de Señal: Evita el uso de los elementos magnéticos



Procesamiento de Potencia: Evita elementos de perdidas de energía


Perdidas en un conmutador ideal

Switch cerrado: v(t) = 0 Switch abierto: i(t) = 0 En ambos eventos:

p(t) = v(t) i(t) = 0 Conmutador ideal

consume cero potencia


Un simple convertidor DC-DC (EJ)

Entrada de Alimentación: 100V Salida en la Carga: 50V, 10A, 500W Como podemos realizar este convertidor?


Convertidores Lineales


Convertidor Lineal

Divisor de Voltaje (Resistencia)


Convertidor Lineal

Regulador en serie: transistor operando en la región activa.


Convertidores conmutados En los convertidores de conmutación suave o convertidores

resonantes, el voltaje o la corriente son cero en el instante de conmutación, las perdidas de potencia se reducen y la frecuencia de conmutación puede ser incrementada.

Los convertidores resonantes, emplean un circuito tanque resonante inductor-capacitor (LC) para tener la forma de onda del voltaje o corriente de su transistor conmutador, de los pulsos típicos rectangulares en una forma de onda sinusoidal

Los convertidores basados en PWM se basan en el ciclo útil de la señal de control y en un filtro pasa bajas.

Es importante anotar que los convertidores conmutados son inherentemente sistemas electrónicos no lineales debido a su acción de conmutación.

Pero por diferentes factores son comercialmente e industrialmente mas utilizados los convertidores basados en PWM.


Uso de un conmutador SPDT

(Single-pole double throw)Electiva en Electrónica de Potencia 16

El conmutador cambia el nivel de voltaje DC D = Ciclo útil

Ts = Periodo de conmutación

fs = frecuencia de conmutación = 1 / Ts


Componente DC de vs(t) = valor promedio:

Adición de un filtro pasa bajas

Adición de un filtro pasa bajas (perdidas ideales) L-C, para eliminar los armónicos de conmutación

Seleccionando la frecuencia de corete del filtro f0 mucho mas pequeña que la frecuencia de conmutación fs

Este circuito es conocido como “Convertidor Buck”


Adición de un sistema de control para regular el voltaje de salida


El convertidor Boost


Otros Convertidores


Inversor de una sola fase

“Puente - H”

Modula el ciclo útil para obtener una componente sinusoidal de baja frecuencia


Algunas aplicaciones de electrónica de potenciaNiveles encontrados en convertidores de alta

eficiencia

Menos de 1 W en baterías de equipos portátiles Decenas, cientos, o miles de vatios en fuentes

de potencia para computadores o equipos de oficina

kW a MW en drivers de variación de velocidad de motores

1000 MW en rectificadores e inversores para utilización de líneas de distribución DC.


Aplicaciones de ConvertidoresLas fuentes cambiaron de los 5V estándar a menos de 1.5V. Algunos sistemas electrónicos ahora requieren de una fuente de

alimentación de 2.5V a 60A, 1.8V a 60A o 1V a 100A. En un futuro cercano, los voltajes de alimentación para algunos

microprocesadores no tendrán mas de 0.5V y las corrientes estarán por encima de 400A [80].

Un requerimiento dinámico normal para convertidores DC/DC es suministrar un pico del voltaje de salida en respuesta al transiente de carga con un slew rate de 100A/μseg con solo 60mV de desviación. Al mismo tiempo, el convertidor debe retomar el voltaje de salida en un ± 1.5% en menos de 4 μsec.


Fuente de Alimentación de un PC


Sistema de alimentación de una nave espacial


A variable-speed ac motor drive system


Elementos de electrónica de potenciaLa electrónica de potencia incorpora conceptos de

campos como: Circuitos análogos Dispositivos electrónicos Sistemas de control Sistemas de potencia Magnetismo Maquinas Eléctricas Simulación Numérica


GRACIAS


Horario: Lunes 18-20Miércoles 18 - 20

fundamentos de electronic a de potencia

Documents