Convertidor Cuk 4y2j29
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- Words: 1,039
- Pages: 4
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
CONVERTIDOR TIPO CUK Tania Lisbeth Aguirre Cabrera e-mail: [email protected] RESUMEN: En el siguiente informe se detalla el funcionamiento de un convertidor DC/DC tipo CUK, ecuaciones de cálculo, formas de onda en la carga o a la salida del circuito convertidor tipo cuk. 1.
2.1.2.1. INDUCTOR El par de bobinas son usadas para convertir respectivamente la fuente de entrada de voltaje y la fuente de voltaje de salida en fuentes de corriente.
OBJETIVOS 2.1.2.2. CONDENSADOR
1.1. OBJETIVO GENERAL Entender el funcionamiento de un convertidor tipo CUK en modo de conducción continua (MCC) y modo de conducción discontinua (MCD). 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el comportamiento del inductor, capacitor y resistencia de carga del convertidor cuk, mediante sus formas de onda de corriente y voltaje que presentan a la salida del circuito en un periodo de tiempo determinado deacuerdo a la frecuencia de trabajo del circuito. 2.
El condensador es usado para transferir energía y es conectado alternativamente a la entrada y a la salida del convertidor a través de la conmutación del transistor y el diodo. NOTA2: El convertidor Ćuk puede trabajar tanto en modo continuo como en modo discontinuo de corriente.
NOTA3: El convertidor Cuk puede operar también en modo de voltaje discontinuo.
MARCO TEÓRICO
2.1.1.
CONVERTIDO CUK
Definición: Convertidor DC-DC en el cual la magnitud de voltaje a la salida es inferior o superior a su voltaje de entrada, que tiene polaridad opuesta entre su entrada y su salida Utiliza un condensador como reemplazo de una inductancia para el almacenamiento de energía durante una parte del ciclo y su posterior entrega a la carga durante el resto del mismo.
Fig1. Circuito básico de convertidor DC/DC BUCK
La expresión de la relación entre sus tensiones de entrada y de salida depende del modo de funcionamiento y del ciclo de trabajo ʆ.
2.1.3. Nota1: El convertidor Cuk es llamado “́optimo” por tener corrientes de entrada y salida continuas.
2.1.2.
CRITERIOS
a.
Se considera que el elemento de conmutación opera como un switch ideal f, pasando instantáneamente de un estado de conducción a un estado de corte.
b.
Existe un tiempo de conducción
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Un convertidor Cuk está conformado por: dos inductores, dos condensadores, un interruptor y un diodo. Es un convertidor inversor, por lo que el voltaje de salida es negativo con respecto al voltaje de entrada.
ECUACIONES DE ANÁLISIS
tiempo de no conducción T
tc T
tc
tc .
y un
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015 c.
Las inductancias no alcanzan nunca la condición de saturación, y que su resistencia es despreciable.
d.
En régimen de operación permanente la inductancia almacena energía la misma que en período de conducción debe ser igual a la entregada en el de noconducción, resultando nulo el valor medio de su tensión durante un período T.
e.
f.
Por la alta frecuencia de operación, el voltaje de rizado resultante es pequeño, por lo que la tension de salida es constante. Por la elevada frecuencia de operación, la tensión en el capacitor C es
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
Fig3. Circuito equivalente a un convertidor CUK en modo de conducción continua para δT
I 1
VC1 Vi 1 T
I 2
1
VO 1 T L2
Ecuación 5: variación de corriente I1
constante.
2.1.4.
L1
Ecuación 4: variación de corriente I1
MODOS DE CONDUCCIÓN
FORMAS DE ONDA
MODO DE CONDUCCIÓN CONTINUA
Fig2. Circuito equivalente a un convertidor CUK en modo de conducción continua para 0
< δT
Fig4. Corriente en el inductor L1
ANÁLISIS
0 < t < δT:
Para
a. b.
El transistor Q conduce. Incrementa la energía almacenada en la inductancia L .
Fig5. Corriente en el inductor L2
1
c.
El diodo D queda inversamente polarizado por el capacitor C .
d.
L y C constituye un filtro de salida.
1
2
2
I1
Vi T L1
Ecuación 1: variación de corriente I1
I 2
(VC1 V0 )T L2
Fig6. Corriente en el inductor
Ecuación 2: variación de corriente I2
Para δT < t < T: a.
El capacitor C recupera la carga 1
entregada en el período anterior mientras el filtro de salida mantiene la corriente de carga.
Fig7. Voltaje en el inductor L1
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
Fig12. Corriente en el inductor L2
Fig8. Voltaje en el inductor L2 MODO DE CONDUCCIÓN DISCONTINUA
Su funcionamiento se determina por la circulación total corriente en el diodo durante el período de corte del dispositivo de conmutación. Fig13. Corriente en el diodo D
La corriente en el diodo D se interrumpe al final del intervalo de no conducción.
a. Operación del convertidor Durante los tiempos TON y T1.
2.1.5.
FORMULACIÓN
CRITERIOS
D V0 Vi 1 D
V0 Fig9. Operación del convertidor en TON y T1
b. Operación del convertidor durante el intervalo T2
1 D 8 * L2 * C 2 * f
VC1 L1,min L2,min
Fig10. Operación del convertidor en T2
FORMAS DE ONDA
Fig11. Corriente en el inductor L1
I0 * D C1 * f
1 D 2 V0 2 * D * f * I0
1 D V0
2 * f * I0
2
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015 3.
CONCLUSIONES
En un convertidor DC/DC tipo CUK los valores de tensión de entrada y de salida constantes, y los valores medios de tensión y corriente en inductancias y condensadores, constituyen las claves del análisis en régimen estacionario de un convertidor conmutado CC-CC.
Al igual que el convertidor elevador/reductor, la tensión de salida de una etapa es de signo opuesto a la tensión de entrada, las corrientes de entrada y de salida no son pulsantes y la corriente en el condensador C es pulsante. 1
El funcionamiento en modo discontinuo ocurre con el aumento del período, o de la resistencia de carga, donde la ganancia en modo de conducción continua dependiente de la tensión de entrada y l voltaje de rizado de salida es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia.
4.
REFERENCIAS
[1]J. Lutz, H. Schlangenotto, U.Scheuermann, R. De Doncker, “Semiconductor Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability”, Springer, 2010.
[2]http://www.elai.upm.es/webantigua/spain/Publ icaciones/pub01/intro_procsdig.pdf [3]http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documen tos/lmt/ruiz_c_s/capitulo3.pdf
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
CONVERTIDOR TIPO CUK Tania Lisbeth Aguirre Cabrera e-mail: [email protected] RESUMEN: En el siguiente informe se detalla el funcionamiento de un convertidor DC/DC tipo CUK, ecuaciones de cálculo, formas de onda en la carga o a la salida del circuito convertidor tipo cuk. 1.
2.1.2.1. INDUCTOR El par de bobinas son usadas para convertir respectivamente la fuente de entrada de voltaje y la fuente de voltaje de salida en fuentes de corriente.
OBJETIVOS 2.1.2.2. CONDENSADOR
1.1. OBJETIVO GENERAL Entender el funcionamiento de un convertidor tipo CUK en modo de conducción continua (MCC) y modo de conducción discontinua (MCD). 1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar el comportamiento del inductor, capacitor y resistencia de carga del convertidor cuk, mediante sus formas de onda de corriente y voltaje que presentan a la salida del circuito en un periodo de tiempo determinado deacuerdo a la frecuencia de trabajo del circuito. 2.
El condensador es usado para transferir energía y es conectado alternativamente a la entrada y a la salida del convertidor a través de la conmutación del transistor y el diodo. NOTA2: El convertidor Ćuk puede trabajar tanto en modo continuo como en modo discontinuo de corriente.
NOTA3: El convertidor Cuk puede operar también en modo de voltaje discontinuo.
MARCO TEÓRICO
2.1.1.
CONVERTIDO CUK
Definición: Convertidor DC-DC en el cual la magnitud de voltaje a la salida es inferior o superior a su voltaje de entrada, que tiene polaridad opuesta entre su entrada y su salida Utiliza un condensador como reemplazo de una inductancia para el almacenamiento de energía durante una parte del ciclo y su posterior entrega a la carga durante el resto del mismo.
Fig1. Circuito básico de convertidor DC/DC BUCK
La expresión de la relación entre sus tensiones de entrada y de salida depende del modo de funcionamiento y del ciclo de trabajo ʆ.
2.1.3. Nota1: El convertidor Cuk es llamado “́optimo” por tener corrientes de entrada y salida continuas.
2.1.2.
CRITERIOS
a.
Se considera que el elemento de conmutación opera como un switch ideal f, pasando instantáneamente de un estado de conducción a un estado de corte.
b.
Existe un tiempo de conducción
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Un convertidor Cuk está conformado por: dos inductores, dos condensadores, un interruptor y un diodo. Es un convertidor inversor, por lo que el voltaje de salida es negativo con respecto al voltaje de entrada.
ECUACIONES DE ANÁLISIS
tiempo de no conducción T
tc T
tc
tc .
y un
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015 c.
Las inductancias no alcanzan nunca la condición de saturación, y que su resistencia es despreciable.
d.
En régimen de operación permanente la inductancia almacena energía la misma que en período de conducción debe ser igual a la entregada en el de noconducción, resultando nulo el valor medio de su tensión durante un período T.
e.
f.
Por la alta frecuencia de operación, el voltaje de rizado resultante es pequeño, por lo que la tension de salida es constante. Por la elevada frecuencia de operación, la tensión en el capacitor C es
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
Fig3. Circuito equivalente a un convertidor CUK en modo de conducción continua para δT
I 1
VC1 Vi 1 T
I 2
1
VO 1 T L2
Ecuación 5: variación de corriente I1
constante.
2.1.4.
L1
Ecuación 4: variación de corriente I1
MODOS DE CONDUCCIÓN
FORMAS DE ONDA
MODO DE CONDUCCIÓN CONTINUA
Fig2. Circuito equivalente a un convertidor CUK en modo de conducción continua para 0
Fig4. Corriente en el inductor L1
ANÁLISIS
0 < t < δT:
Para
a. b.
El transistor Q conduce. Incrementa la energía almacenada en la inductancia L .
Fig5. Corriente en el inductor L2
1
c.
El diodo D queda inversamente polarizado por el capacitor C .
d.
L y C constituye un filtro de salida.
1
2
2
I1
Vi T L1
Ecuación 1: variación de corriente I1
I 2
(VC1 V0 )T L2
Fig6. Corriente en el inductor
Ecuación 2: variación de corriente I2
Para δT < t < T: a.
El capacitor C recupera la carga 1
entregada en el período anterior mientras el filtro de salida mantiene la corriente de carga.
Fig7. Voltaje en el inductor L1
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015
CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES
Fig12. Corriente en el inductor L2
Fig8. Voltaje en el inductor L2 MODO DE CONDUCCIÓN DISCONTINUA
Su funcionamiento se determina por la circulación total corriente en el diodo durante el período de corte del dispositivo de conmutación. Fig13. Corriente en el diodo D
La corriente en el diodo D se interrumpe al final del intervalo de no conducción.
a. Operación del convertidor Durante los tiempos TON y T1.
2.1.5.
FORMULACIÓN
CRITERIOS
D V0 Vi 1 D
V0 Fig9. Operación del convertidor en TON y T1
b. Operación del convertidor durante el intervalo T2
1 D 8 * L2 * C 2 * f
VC1 L1,min L2,min
Fig10. Operación del convertidor en T2
FORMAS DE ONDA
Fig11. Corriente en el inductor L1
I0 * D C1 * f
1 D 2 V0 2 * D * f * I0
1 D V0
2 * f * I0
2
UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA Fecha: 18/05/2015 3.
CONCLUSIONES
En un convertidor DC/DC tipo CUK los valores de tensión de entrada y de salida constantes, y los valores medios de tensión y corriente en inductancias y condensadores, constituyen las claves del análisis en régimen estacionario de un convertidor conmutado CC-CC.
Al igual que el convertidor elevador/reductor, la tensión de salida de una etapa es de signo opuesto a la tensión de entrada, las corrientes de entrada y de salida no son pulsantes y la corriente en el condensador C es pulsante. 1
El funcionamiento en modo discontinuo ocurre con el aumento del período, o de la resistencia de carga, donde la ganancia en modo de conducción continua dependiente de la tensión de entrada y l voltaje de rizado de salida es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia.
4.
REFERENCIAS
[1]J. Lutz, H. Schlangenotto, U.Scheuermann, R. De Doncker, “Semiconductor Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability”, Springer, 2010.
[2]http://www.elai.upm.es/webantigua/spain/Publ icaciones/pub01/intro_procsdig.pdf [3]http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documen tos/lmt/ruiz_c_s/capitulo3.pdf
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