Sistemas Electrónicos de Alimentación (Presentacion Powerpoint) (página 2)

(Gp:) L (Gp:) C (Gp:) ig (Gp:) Vg (Gp:) + (Gp:) –

(Gp:) C (Gp:) R (Gp:) ig (Gp:) Vg (Gp:) + (Gp:) –

Circuitos Activos Se trata de circuitos basados en convertidores CC/CC que consiguen obtener de la red una corriente con un patrón senoidal o cuasi-senoidal Hay gran cantidad de circuitos activos de este tipo. Los dos grupos más importantes son: Circuitos de una sola etapa El circuito en sí es bastante simple, pero su funcionamiento es complejo y difícil de estudiar No tienen corriente de entrada senoidal El convertidor completo tiene un buen comportamiento dinámico No son demasiado adecuados para trabajar con tensión de entrada universal – Circuitos que integran en una única etapa un conformador de la corriente de entrada y un convertidor CC/CC (Single-Stage Input Current Shapers) – Emuladores de resistencia

Circuitos Activos Ejemplo de convertidor de una sola etapa Cualquier convertidor CC/CC con transformador Salida auxiliar conectada al transformador principal Es la que se encarga de conformar la corriente de entrada Convertidor CC/CC LF Ld (Gp:) Ld (Gp:) LF

Circuitos Activos (Gp:) Ld (Gp:) LF

(Gp:) 9 (Gp:) 5 (Gp:) 11 (Gp:) 15 (Gp:) 19 (Gp:) 23 (Gp:) 0 (Gp:) 0,1 (Gp:) 0,2 (Gp:) 0,3 (Gp:) 0,4 (Gp:) 3 (Gp:) 7 (Gp:) 13 (Gp:) 17 (Gp:) 21 (Gp:) 25 (Gp:) Armónico (Gp:) (A) (Gp:) EN 61000-3-2 (Gp:) Clase D (Gp:) Forma de onda real

Resultados experimentales (prototipo de “Active Input Current Shaper” desarrollado por el Grupo SEA de la Universidad de Oviedo) ig ig

Circuitos Activos Emuladores de resistencia Son convertidores que, vistos desde la red, emulan el comportamiento de una resistencia: la corriente que demandan es proporcional a la tensión aplicada (Gp:) CA/CC (Gp:) Vg

ig ig Vg Req Si la tensión de entrada es senoidal Corriente de entrada senoidal Son circuitos interesantes si P > 500 W Garantizan: – Bajo contenido armónico – Cumplimiento de cualquier norma – Alta extracción de potencia de la red (Gp:) ig (Gp:) Vg

Emuladores de resistencia Hay dos formas de conseguir que un convertidor se comporte como Emulador de resistencia: – De forma natural (seguidor de tensión) Algunos convertidores, trabajando de un modo concreto, tienen este comportamiento de forma natural. Se comportan como seguidores de tensión. Ejemplos: Elevador Reductor-Elevador Flyback SEPIC y Cuk (éstos no los hemos estudiado) – Mediante un control adecuado (por ejemplo, con el uso de un multiplicador analógico en el control) El sistema de control del convertidor puede obligar a que la corriente de entrada siga un cierto patrón. Si el patrón coincide con la tensión de entrada, el circuito será un emulador de resistencia

Convertidor CC/CC (Emulador de resistencia) Vo io(t) Io ig(t) vg(t) Concepto del Emulador de Resistencia vg(t)=Vgsen(wt) ig(t)=Igsen(wt) pg(t)=VgIgsen2(wt) Vo es constante Con relación al convertidor CC/CC, suponemos lo siguiente: Su rendimiento es igual a 1 Presenta incapacidad de almacenar energía en periodos tan largos como el de red (no hay ni bobinas ni condensadores capaces de hacerlo) Ecuaciones: vo(t)»Vo io(t) po(t)=Voio(t) (Gp:) pg(t) (Gp:) ig(t) (Gp:) vg(t)

(Gp:) Emulador de resistencia (Gp:) Vo (Gp:) io(t) (Gp:) Io (Gp:) ig(t) (Gp:) vg(t)

Concepto del Emulador de Resistencia (Gp:) po(t) (Gp:) Po (Gp:) io(t) (Gp:) Vo (Gp:) Io

Como pg(t)= po(t), ya que suponemos rendimiento unidad e incapacidad de almacenar energía en periodos tan largos como el de red, tenemos: io(t) = po(t)/Vo = pg(t)/Vo = VgIgsen2(wt)/Vo = 2Iosen2(wt) siendo: Io = VgIg/(2Vo) = VgefIgef/Vo = Pg/Vo (Gp:) pg(t) (Gp:) ig(t) (Gp:) vg(t)

La relación de transformación m(wt) cambia desde Vo/ Vg hasta infinito m(wt)= Vo = Vo/ Vg vg(wt) çsin(wt)ç (Gp:) Vo »cte. (Gp:) Emulador de Resistencia (Gp:) Vo (Gp:) vg(wt) (Gp:) vg(wt)

Propiedades del Emulador de Resistencia (I) El convertidor que se utilice debe cumplir esta propiedad (no todos lo hacen) Elevador Reduct-Elev. / Flyback Con D = 1 el cociente es infinito

Propiedades del Emulador de Resistencia (II) r(wt)= Vo =

io(wt) (Gp:) io(t) (Gp:) Vo (Gp:) IO

Vo »cte. Emulador de Resistencia Vo vg(wt) vg(wt) La carga resistiva que ve el convertidor, r(wt), cambia desde R/2 hasta infinito Como consecuencia, el convertidor que se utilice debe poder trabajar en vacío (r = ?). Hay convertidores de tipo resonante que no pueden trabajar en estas condiciones, por lo que no pueden usarse como Emuladores de Resistencia R=Vo/Io Io io(t) R r(wt) = R 2sin2(wt) Vo 2Iosen2(wt)

Convertidor CC/CC La referencia fija la forma de la corriente de entrada Tipos de control de Emuladores de Resistencia: Control por multiplicador vref1 Se implementa un primer lazo de realimentación en el circuito de control que obliga a los interruptores a conmutar de forma que la corriente de entrada siga un cierto patrón ½ig½ ½ig½ ½ig½ vref1 vref1

Convertidor CC/CC Tipos de control de Emuladores de Resistencia: Control por multiplicador vref1 ½ig½ ½ig½ vref1 ½k1vg½ vA (Gp:) vg

(Gp:) ½k1vg½

vref1 = kmk1vA½vg½ La tensión ½k1vg½ fija la forma de onda de la tensión de referencia vref1 (Gp:) vA

La tensión vA fija la amplitud de la tensión de referencia vref1 La tensión de referencia vref1 fija la forma de onda y la amplitud de la corriente de entrada

Convertidor CC/CC Tipos de control de Emuladores de Resistencia: Control por multiplicador vref1 (Gp:) vg

(Gp:) ½k1vg½

vA Filtro pasa-bajos vref2 k2Vo Se implementa un segundo lazo de realimentación que obliga a que la tensión de control vA tenga el valor necesario para que la corriente de entrada suponga el aporte de potencia preciso para tener la tensión deseada en la carga, Vo. El rizado de la tensión de salida se suprime por filtrado (Gp:) ig

(Gp:) ½ig½

(Gp:) vref1

Vo

Si vA tuviera mucho rizado, entonces vref1 no sería senoidal y la corriente de entrada estaría distorsionada vg(t) vA(t) Vo(t) vg(t) vA(t) Vo(t) Luego la corriente de entrada será senoidal Si el filtro fuese ideal, vA no tendría rizado Si vA tiene mucho rizado, la corriente se distorsiona Tipos de control de Emuladores de Resistencia: Control por multiplicador vref1 vref1 Luego la corriente de entrada estará distorsionada

Control por seguidor de tensión Con este sistema sólo es necesario implementar un lazo de tensión, ya que la corriente de entrada tiene, de manera natural, la misma forma de onda que la tensión de entrada. Esto sólo ocurre en determinadas topologías de convertidores y en determinados modos de operación Es necesario implementar el filtro pasa-bajos por las mismas razones que en el caso anterior (Gp:) Controlador convencional (Gp:) Filtro pasa-bajos (Gp:) Convertidor CC/CC (Gp:) vref

Vo

igm (Gp:) igm (Gp:) iS (Gp:) iL

Topologías con Control por seguidor de tensión Reductor-Elevador trabajando en MCD Escala de frec. de conmutación La corriente de entrada es senoidal si la tensión lo es El Flyback se comporta de forma similar (Gp:) iS (Gp:) iL (Gp:) ½igm½

Escala de frec. de red vg(wt) Vo

Topologías con Control por seguidor de tensión Elevador trabajando en MCD a frecuencia constante igm iL La corriente de entrada no es exactamente senoidal aunque lo sea la tensión de entrada (Gp:) iL

½igm½ (Gp:) igm (Gp:) vg(wt)

Escala de frec. de conmutación Escala de frec. de red (no demostrada aquí) Vo

Topologías con Control por seguidor de tensión Elevador trabajando continuamente en el modo límite entre MCD y MCC Escala de frec. de conmutación Escala de frec. de red igm vg(wt) (Gp:) iL (Gp:) ½igm½ (Gp:) ton (Gp:) toff

Conclusiones: La corriente de entrada es senoidal si la tensión lo es La frecuencia es variable, ya que toff depende de vg(wt) (Gp:) igm (Gp:) iL (Gp:) Vo

Puede trabajar con más topologías Corriente de entrada senoidal Pérdidas más bajas en el transistor (MCC) Sensor de corriente Multiplicador Más caro Sin sensor de corriente Sin multiplicador Más barato Bajas pérdidas en el diodo Sólo ciertas topologías No siempre corriente senoidal Muchas pérdidas en el MOSFET (DCM) Comparación de Emuladores de Resistencia Control por multiplicador Control como seguidor de tensión