Troceadores Con FET

Los convertidores DC-DC son circuitos electrónicos de potencia que convierten una tensión continua en otro nivel de tensión continua y, normalmente, proporcionan una salida regulada.

Un convertidor DC es equivalente en cd de un transformador CA, con una relación de vueltas que varia en forma continua. Al igual que un transformador, se puede usar para subir o bajar el voltaje de una fuente.

Los convertidores DC se usan mucho para el control de motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías, grúas marinas, montacargas y elevadores de mina. Proporciona un control uniforme de aceleración, gran eficiencia y rápida respuesta dinámica. Se puede usar en el frenado regenerativo de motores de cd para regresar la energía a la fuente. Los convertidores DC se usan en los reguladores de voltaje de DC, y también se usan en conjunto con un inductor para generar una corriente de DC.

Los convertidores de potencia DC-DC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, incluyendo fuentes de alimentación para computadores personales, equipos de oficina, alimentación de sistemas de navegación, equipos portátiles, y equipos de telecomunicaciones, así como las unidades de motores CD.

La entrada de un convertidor DC-DC es una tensión continua no regulada Vg. El convertidor produce una salida regulada de voltaje V, con una magnitud (y posiblemente en la polaridad) que difiere de la Vg. Por ejemplo, en una línea de alimentación, el voltaje 120 V o 240 V es necesario rectificarlo para las aplicaciones anteriormente mencionadas, produciendo una tensión continua de aproximadamente170 V o 340 V, respectivamente. Un convertidor DC-DC luego reduce la tensión a la regulada de 5 V o 3.3 V requerida por los circuitos de un procesador.

Obtener una alta eficiencia siempre es un parámetro requerido ya que el enfriamiento de convertidores ineficientes de potencia es difícil y caro. El convertidor DC-DC ideal muestra 100% de eficiencia, en la práctica, estos presentan una eficiencia de 70% a 95% típicamente. Esto se logra utilizándose en modo conmutado, o troceador, donde los elementos de sus topologías poseen elementos que disipan muy poca energía. La modulación del ancho de pulso (PWM) permite el control y la regulación de la tensión de salida total. Este enfoque también se emplea en aplicaciones que impliquen alterna corriente alterna, incluidos los convertidores de potencia DC-AC de alta eficiencia (inversores y amplificadores de potencia).

Ventajas y Desventajas de los Troceadores

Ventajas

❖Control uniforme de aceleración

❖Gran eficiencia

❖Rápida respuesta dinámica

❖Se puede usar en frenado regenerativo de motores de cd.

❖Control prácticamente constante

❖Fácil mantenimiento

Desventajas

❖Necesidad de filtros

❖Personal especializado para el mantenimiento

❖Costos (especialmente los filtros)

El circuito de disparo es una parte integral de un convertidor de potencia, y consiste en dispositivos semiconductores de potencia. Las salidas de un convertidor que depende de la forma de onda en que el circuito de disparo se excita a los dispositivos de conmutación es una función directa de la conmutación por consiguiente, las características del circuito de disparo son elementos clave para obtener la salida deseada y los requisitos de control de cualquier convertidor de potencia. El diseño de un circuito excitador requiere conocer las características de compuerta y las necesidades de dispositivos como tiristores apagados por compuerta (GTO), transistores bipolares de unión (BJT), transistores de efecto de campo metal-oxido semiconductor (MOSFET) y transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT).

A continuación se muestran los distintos tipos de convertidores de CD-CD que incluyen como conmutación TBJ y FET los cuales actúan de manera similar sobre los mismos:

Regulador Reductor

El circuito base para un Regulador Reductor es el que se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Regulador Reductor.

Este regulador proporciona un voltaje de salida no mayor al voltaje de entrada; presenta dos modos de operación, el modo 1 empieza cuando se cierra el transistor Q1 en t=0, entonces la corriente de entrada aumenta, pasa por el inductor L, el capacitor C, y la resistencia R, la corriente del inductor (iL) aumenta hasta que el transistor Q1 se abre en un tiempo t=kT siendo k el ciclo de trabajo y T el periodo.

El modo 2 empieza cuando el interruptor Q1 se abre en t=kT, el diodo de marcha libre Dm conduce la energía almacenada en el inductor, y la corriente del inductor pasa por la carga R, el capacitor C, el inductor L y el diodo de marcha libre Dm. La corriente del inductor baja hasta que el transistor Q1 se enciende de nuevo, en el siguiente ciclo.

Haciendo un análisis de mallas para cada uno de los modos de operación, esto nos proporciona dos ecuaciones para la corriente rizo pico a pico en el inductor las cuales igualamos para obtener la ecuación del voltaje de salida:

Vo= √k V_s

De este modo el valor máximo del voltaje de salida será el voltaje de entrada ya que el valor máximo de k es la unidad.

Regulador Elevador

El circuito base para un Regulador Elevador es el que se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Regulador Elevador

Este regulador proporciona un voltaje de salida mayor al voltaje de entrada, presenta dos modos de operación que tienen el mismo funcionamiento que el descrito anteriormente para un regulador reductor.

Haciendo el mismo análisis de mallas que en el caso del regulador reductor se llega a la siguiente expresión para el voltaje de salida.

V_o=1/(1-k) V_s

De este modo el valor mínimo del voltaje de salida será el voltaje de entrada, esto ocurre cuando k=0.

Regulador Reductor-Elevador

El circuito base para un Regulador Reductor-Elevador es el que se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Regulador Reductor-Elevador.

Este regulador proporciona un voltaje de salida que puede ser mayor o menor al voltaje de entrada, la polaridad del voltaje de salida es inversa a la del voltaje de entrada, estos reguladores también se llaman reguladores inversores. Presenta dos modos de operación que tienen el mismo funcionamiento que el descrito anteriormente para un regulador reductor.

Haciendo el mismo análisis de mallas que en el caso del regulador reductor se llega a la siguiente expresión para el voltaje de salida.

V_o=1/(1-k) V_s

FET

FET tiene una impedancia de entrada alta (100 MΩ en el caso de los JFET’s y 〖10〗^4 a 〖10〗^9

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