ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJERCITO DIPLOMADO SUPERIOR EN AUTOTRONICA INYECCIÓN ELECTRÓNICA DIESEL
POR EDGAR JAYA JAYA FIERRO TEMA: FUENTE CONMUTADA. Una fuente conmutaa es un dispositivo electrnico !ue electrnico !ue trans"or#a ener$%a el&ctrica #edia #ediante nte transistores en con#utacin' con#utacin' Mien Mientr tras as !ue un re$ulador de tensin tensin utili(a transistores polari(ados en su re$in activa de a#pli"icacin) las "uentes con#utadas utili(an los #is#os con#ut*ndolos activa#ente a altas "recuencias +,-./-- 0ilociclos t%pica#ente1 entre corte +a2iertos1 3 saturacin +Cerrados1'
CLASIFICACI!N Las "uentes con#utadas pueden ser clasi"icadas en cuatro tipos4 •
Ali# Ali#en enta taci cin n CA) CA) salid salidaa CC4 CC4 rect recti" i"ic icad ador or)) con# con#ut utad ador or)) trans trans"o "or# r#ad ador or)) recti"icador de salida) "iltro +E54 "uente de ali#entacin de ordenador de #esa1
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Ali#entacin CA) salida CA4 6ariador de "recuencia) "recuencia ) conversor de 7recuencia' +E5) variador de #otor1
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Ali#entacin CC) salida CA4 Inversor +E54 $enerar ,,-v89-ciclos a partir de una 2ater%a de /,v1
•
Ali#entacin CC) salida CC4 conversor de volta5e o de corriente' +E54 car$ador de 2ater%as de celulares para auto1
TOPOLOG"AS Las "uentes con#utadas e:isten en di"erentes topolo$%as con caracter%sticas particulares en cada una'
To#o$o%&a
Ten'(one'
A$macen A$macena,e a,e e Re$a Re$ac( c(n n e Ca-acte-&'t(ca'
;uc<
)*+ 9=/--->
ene-%&a Inductor S Inductor Si#ple
ten'(n 6 sa salida ? 6 Dis#inuir Tensin
Inductor Si#ple
entrada 6 sa salida 6 Au#entar Tensin
Inductor Si#ple
entrada 6 salida Per# Per#ite ite inve invert rtir ir la
;oost ;uc<.2oost
[email protected]>
[email protected]>
#a3or /
o salida
#enor !ue 6 7l32ac<
[email protected]
Trans"or#ador
entrada 6 salida Salidas MBltiples #a3or
o
#enor !ue 6 Multiplicador
9--.
de tensin
/-----
entrada 6 salida6 Los #ultiplicadores
Capacitor
entrada
de tensin se utili(an para $enerar #u3 altas tensiones'
CON*ERTIDOR /OOST
7i$' Es!ue#a 2*sico de un convertidor ;oost' El interruptor suele ser un MOS7ET) I;T o ;T' El con0e-t(o- /oo't +o elevador1 es un convertidor de potencia !ue o2tiene a su salida una tensin continua #a3or !ue a su entrada' Es un tipo de "uente de ali#entacin con#utada !ue contiene al #enos dos interruptores se#iconductores 3 al #enos un ele#ento para al#acenar ener$%a' 7recuente#ente se aaden "iltros construidos con inductores 3 condensadores para #e5orar el rendi#iento' Un conector de su#inistro de ener$%a Fa2itual nor#al#ente no se puede conectar directa#ente a dispositivos co#o ordenadores) relo5es o tel&"onos' La cone:in de su#inistro $enera una tensin alterna +AC1 3 los dispositivos re!uieren tensiones continuas +DC1' La conversin de potencia per#ite !ue dispositivos de continua utilicen ener$%a de "uentes de alterna) este es un proceso lla#ado conversin AC a DC 3 en &l se usan convertidores AC a DC co#o recti"icadores' La ener$%a ta#2i&n puede provenir de "uentes DC co#o 2ater%as) paneles solares) recti"icadores 3 $eneradores DC) pero ser de niveles inadecuados' El proceso de ,
ca#2iar una tensin de continua a otra di"erente es lla#ado conversin DC a DC' Un convertidor ;oost es uno de los tipos de convertidores DC a DC' Presenta una tensin de salida #a3or !ue la tensin de la "uente) pero la corriente de salida es #enor !ue la de entrada'
AN1LISIS DEL CIRCUITO
7i$' ,4 Las dos con"i$uraciones de un ;oost' +a1 La ener$%a se trans"iere de la "uente a la 2o2ina 3 del condensador a la car$a' +21 la ener$%a se trans"iere de la "uente 3 de la 2o2ina al condensador 3 a la car$a' El principio 2*sico del convertidor ;oost consiste en dos estados distintos dependiendo del estado del interruptor S +ver "i$' ,14 •
Cuando el interruptor est* cerrado +On.state1 la 2o2ina L al#acena ener$%a de la "uente) a la ve( la car$a es ali#entada por el condensador C '
•
Cuando el interruptor est* a2ierto +O"".state1 el Bnico ca#ino para la corriente es a trav&s del diodo
D
3 circula por el condensador +Fasta !ue se car$a
co#pleta#ente1 3 la car$a' E:isten dos situaciones de "unciona#iento4 Modo continuo +toda la ener$%a se trans"iere a la car$a) sin lle$ar a !ue la corriente se anule1) 3 Modo Discontinuo +la car$a consu#e #enos de lo !ue el circuito puede entre$ar en un ciclo1'
MODO CONTINUO
G
7i$' 7or#as de onda de corriente 3 volta5e en un convertidor ;oost operando en #odo continuo' Cuando un convertidor 2oost opera en #odo continuo) la corriente a trav&s del inductor +IL1 nunca lle$a a cero' La "i$ura G #uestra las "or#as de onda t%picas de corrientes 3 volta5es de un convertidor operando en este #odo' El volta5e de salida se puede calcular co#o si$ue) en el caso de un convertidor ideal +es decir) !ue usa co#ponentes con co#porta#iento ideal1) operando en condiciones estacionarias4 Durante el estado ON) el con#utador S est* cerrado) lo !ue Face !ue el volta5e de entrada +6i1 apare(ca entre los e:tre#os del inductor) lo !ue causa un ca#2io de corriente +IL1 a trav&s del #is#o durante un periodo de tie#po +t1) se$Bn la "or#ula4
Al "inal del estado ON) el incre#ento en corriente a trav&s del inductor es4
D es el Hdut3 c3cleH +"actor activo1) !ue representa la "raccin del periodo T durante el cual el con#utador S est* ON' Por tanto) D varia entre - +S sie#pre O771 3 / +S sie#pre ON1' Durante el estado O77) el con#utador S est* a2ierto) 3 la corriente del inductor "lu3e a trav&s de la car$a' Si considera#os !ue no Fa3 caida de tensin en el diodo +necesario
para !ue el condensador no devuelva corriente Facia atr*s1) 3 un condensador su"iciente#ente $rande en volta5e para #antener este constante) la evolucin de I L es4
Por tanto) la variacin de I L durante el periodo O77 es4
Si considera#os !ue el convertidor opera en condiciones estacionarias) la cantidad de ener$ia al#acenada en cada uno de sus co#ponentes) de2e ser la #is#a al principio 3 al "inal del ciclo co#pleto de con#utacin' En particular) la ener$ia al#acenada en el inductor est* dada por4
As% pues) es ov2io !ue la corriente de inductor tiene !ue ser la #is#a al principio 3 al "inal del ciclo de con#utacin' Esto puede ser e:presado co#o4
Sustitu3endo
3
por sus e:presiones) nos !ueda4
Esto puede si#pli"icarse en4
Lo !ue nos dice !ue el "actor activo +Hdut3 c3cleH1 es4
De esta e:presin) se puede ver !ue el volta5e de salida es sie#pre #a3or !ue el de entrada +3a !ue el "actor activo D va entre - 3 /1) 3 !ue se incre#enta con D) terica#ente Fasta el in"inito se$Bn D se acerca a /' Esto es por lo !ue nor#al#ente este convertidor a veces se lla#a Hstep.up converterH +convertidor !ue su2e un escaln1'
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MODO DISCONTINUO
7i$' 4 7or#as de onda de corriente 3 volta5e en un convertidor 2oost operando en #odo discontinuo' En al$unas situaciones) la cantidad de ener$ia re!uerida por la car$a es su"iciente#ente pe!uea co#o para ser trans"erida en un tie#po #enor !ue el tie#po total del ciclo de con#utacin' En este caso) la corriente a trav&s del inductor cae Fasta cero durante parte del periodo' La Bnica di"erencia en el principio descrito antes para el #odo continuo) es !ue el inductor se descar$a co#pleta#ente al "inal del ciclo de con#utacin +ver "or#as de onda de la "i$ura 1' Sin e#2ar$o) esta pe!uea variacin en el "unciona#iento) tiene un "uerte e"ecto en la ecuacin del volta5e de salida) !ue puede calcularse co#o si$ue4 Co#o la corriente del inductor al principio del ciclo es cero) su #a:i#o valor el tie#po tJD'T1 es4
Durante el tie#po O77) I L cae Fasta cero despu&s de un tie#po K'T4
Usando las dos ecuaciones previas) K es4
@
+en
La corriente de car$a I o es i$ual a la corriente #edia del diodo+I D1' Co#o se puede o2servar en la "i$ura ) la corriente del diodo es i$ual a la corriente del inductor durante el estado O77' Por tanto) la corriente de salida puede escri2irse co#o4
Ree#pla(ando I L#a: 3 K por sus e:presiones respectivas tene#os4
Por tanto) la $anancia del volta5e de salida es4
Co#parado con la e:presin del volta5e de salida para el #odo continuo) esta e:presin es #ucFo #*s co#ple5a' Ade#*s en #odo discontinua) la $anancia de volta5e de salida no solo depende del "actor activo D) sino ta#2i&n de la inductancia del inductor L) del volta5e de entrada 6o) de la "recuencia de con#utacin 3 de la corriente de entrada'
APLICACIONES eneral#ente los siste#as ali#entados por 2ater%as necesitan apilar varias 2ater%as en serie para au#entar la tensin' Sin e#2ar$o a veces no es posi2le conectar varias 2ater%as en serie por ra(ones de peso o espacio' Los convertidores ;oost pueden incre#entar el volta5e 3 reducir el nB#ero de pilas' Al$unas aplicaciones !ue usan convertidores ;oost son veF%culos F%2ridos +por e5e#plo el To3ota Prius1 3 siste#as de alu#2rado'
CONCLUSION La "uente de Poder !ue viene interna) se caracteri(a por diversos "actores) uno de ellos es !ue es una "uente con#utada +sitcFada1' A trav&s de un #&todo de car$a 3 descar$a de condensadores se activa el in3ector de la #is#a "or#a !ue lo Face en su "unciona#iento en el veF%culo) pudi&ndose variar el tie#po 3 la "recuencia de activacin del in3ector para reproducir las #is#as condiciones de tra2a5o !ue en el veF%culo' El e!uipo se co#pone de varios 2lo!ues de "unciona#iento interno +"i$ura /14 7uente de ali#entacin) etapa de control) etapa de potencia) "usi2les 3 un interruptor con lu() todo #ontado en una ca5a ro2usta para tra2a5ar en talleres de #ec*nica'
