Diseño de un convertidor Push-Pull

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Tarea 1 Taller de Diseño Eléctrico

Diseño de un convertidor Push-Pull Carlos Canales A.

Profesor Leonardo Palma

Concepción, 19 diciembre de 2011

2

Introducción El convertidor Push Pull es un convertidor que hace uso de un transformador para tener aislamiento entre la tensión de entrada y la tensión de salida. Posee además una inductancia magnetizante propia del transformador que como tal no es un parámetro de diseño. El diagrama de este convertidor se puede ver en la figura 1:

 Figura 1. Topología convertidor dc-dc Push-Pull usada

Requerimientos de diseño Po= 500 [W] ∆Vo= 5%

Vin= 24-30 [V] f s= 25 [kHz]

Vo= 400 [V] MCC para carga > 20%

1. Especificación de componentes y ciclo de trabajo del convertidor 1.1. Ciclo de trabajo

El ciclo útil de conmutación de cada transistor no puede llegar a ser mayor de 0.5, como se aprecia en la figura 2:

 Figura 2. Ciclo te conmutación de lo transistores

3

Por lo que el ciclo de trabajo escogido para el diseño del convertidor es de 0.4 debido a que en la práctica no puede exceder los 0.45.  D  0.4

Luego de esto calculamos la razón de vueltas del transformador para obtener la ganancia requerida Vo Vin

2



N s N p

 D

Despejando  N s N

 p

V o



1

V in 2  D

Finalmente la razón de vueltas queda como  N s  N  p



20.83  21

1.2. Cálculo del inductor

La ecuación que determina el inductor necesario para los requerimientos es:  L 

Vo 2  (1  2 D) 4  k  Po  f s

Reemplazando los valores dados en los requerimientos y con un ciclo de trabajo de 0.4 obtenemos  3.2 mH   L

1.3. Cálculo del ripple de corriente

El ripple de corriente esta dado por  I  L 

Vo  (1  2 D) 4  L  f s

Reemplazando tenemos  I L 

0.25 A

4

1.4. Cálculo del condensador

Usando el ripple de corriente antes calculado obtenemos el valor del condensador a usar C  

 I L  (1  D)

4  Vo Vo  f s

Reemplazando C  7.5108 F 

Se puede escoger un capacitor DC-Link MKP 1848 400Vdc de75nF. 1.5. Datos Transformador

Los valores seleccionados para el transformador se describen en la tabla 1. Tabla 1. Parámetros del transformador Nombre Valor Trafo escogido T_41 Rp_1 (primaria 1) 1e-10 Rp_2 (primaria 2) 1e-10 Rs_1 (secundaria 1) 1e-10 Rs_2 (secundaria 2) 1e-10 Lp_1 (pri. 1 fuga) 0.1e-6 Lp_2 (pri. 2 fuga) 0.1e-6 Ls_1 (sec. 1 fuga) 0.1e-6 Ls_2 (sec. 2 fuga) 0.1e-6 Lm (magnetización) 0.5 Np_1 1 Np_2 1 Ns_1 21 Ns_2 21

2. Selección de semiconductores  2.1. Estrés de voltaje de los transistores

El estrés del voltaje en los transistores se obtiene a partir del voltaje de entrada y se recomienda utilizar un margen de 300% por lo que resulta: Vsw

 3 Vin 

90V 

5  2.2. Corriente en los diodos  I

pk

I 

DC 

 I 

2



Po Vo



Vo  (1  2 D) 8  L  f s

Reemplazando  I pk   1.375 A

 2.3. Voltaje en los diodos Vdiodo

 3  V in 

 N s  N  p

Reemplazando Vdiodo

 1.5kV 

Del punto 2.1, 2.2 y 2.3 podemos escoger desde la página web del fabricante un diodo y un transistor que cumpla con los requerimientos especificados. En este caso se escogió dos transistores BLF278 MOSFET del fabricante NXP y dos diodos Fast recovery 1.5kV 10A 2TO-220F.

3. Simulación del convertidor en PSIM La topología simulada en Psim es la mostrada en la figura 1, además se le agregaron instrumentos de medición (voltímetros y amperímetros) para captar la forma de las curvas especificadas a continuación. a)

V o

 Figura 3. Forma de onda del voltaje de salida

6

b)

V o

 Figura 4. Forma de onda del ripple de voltaje

c)  I in

 Figura 5. Forma de onda de la corriente de entrada

d)

 I  L

 Figura 6. Forma de onda de la corriente en el inductor

7

e)

 I sw

 Figura 7. Forma de onda de la corriente en el switch

f)  I diodo

 Figura 8. Forma de onda de la corriente en el diodo