Fuentes Conmutadas "BUCK, PUSH PULL, FLYBACK , CUK"
 
CURSO BASICO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Diodo de Potencia
Tiristor SCR
TRIAC Y DIAC
UJT
MOSFET
IGBT
GTO
Inversores
convertidores CA/CA
Convertidores CC/CC
Rectificadores
Fuentes Conmutadas "BUCK, PUSH PULL, FLYBACK , CUK"
GRUPO DE DESARROLLO

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FUENTES
Podemos definir fuente de alimentación como aparato electrónico modificador de la electricidad que convierte la tensión alterna en una tensión continua
Existen dos tipos de fuentes
La regulada
La conmutada
FUENTES CONMUTADAS:
Las fuentes conmutadas fueron desarrolladas inicialmente para aplicaciones militares y aerospaciales en los años 60, por ser inaceptable el peso y volumen de las lineales, se han desarrollado desde entonces diversas topología y circuitos de control, algunas de ellas son de uso común en fuentes conmutadas para aplicaciones industriales y comerciales

Las fuentes conmutadas son convertidores cc-cc, por lo que la red debe
ser previamente rectificada y filtrada con una amplitud de rizado aceptable.

CONFIGURACIONES BÁSICAS
Las fuentes conmutadas son de circuitos relativamente complejos, pero podemos siempre diferenciar cuatro bloques constructivos básicos:
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1) En el primer bloque rectificamos y filtramos la tensión alterna de entrada convirtiéndola en una continua pulsante.

2) El segundo bloque se encarga de convertir esa continua en una onda cuadrada de alta frecuencia (10 a 200 kHz.), la cual es aplicada a una bobina o al primario de un transformador.


3) El tercer bloque rectifica y filtra la salida de alta frecuencia del bloque anterior, entregando así una corriente continua pura.

4) El cuarto bloque se encarga de comandar la oscilación del segundo bloque. Este bloque consiste de un oscilador de frecuencia fija, una tensión de referencia, un comparador de tensión y un modulador de ancho de pulso (PWM). El modulador recibe el pulso del oscilador y modifica su ciclo de trabajo según la señal del comparador, el cual coteja la tensión continua de salida del tercer bloque con la tensión de referencia.

 Aclaración: ciclo de trabajo es la relación entre el estado de encendido y el estado de apagado de una onda cuadrada.

En la mayoría de los circuitos de fuentes conmutadas encontraremos el primer y el tercer bloque como elementos invariables, en cambio el cuarto y el segundo tendrán diferentes tipos de configuraciones. A veces el cuarto bloque será hecho con integrados y otras veces nos encontraremos con circuitos totalmente transistorizados.

El segundo bloque es realmente el alma de la fuente y tendrá configuraciones básicas: BUCK , BOOST, BUCK-BOOST.
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Buck: el circuito interrumpe la alimentación y provee una onda cuadrada de ancho de pulso variable a un simple filtro LC. La tensión aproximada es V out = V in * ciclo de trabajo y la regulación se ejecuta mediante la simple variación del ciclo de trabajo. En la mayoría de los casos esta regulación es suficiente y sólo se deberá ajustar levemente la relación de vueltas en el transformador para compensar las pérdidas por acción resistiva, la caída en los diodos y la tensión de saturación de los transistores de conmutación.
Boost: el funcionamiento es más complejo. Mientras el Buck almacena la energía en una bobina y éste entrega la energía almacenada más la tensión de alimentación a la carga.
Buck-Boost: los sistemas conocidos como Flyback son una evolución de los sistemas anteriores y la diferencia fundamental es que éste entrada a la carga sólo la energía almacenada en la inductancia. El verdadero sistema Boost sólo puede regular siendo Vout mayor que Vin.
CONFIGURACIONES BÁSICAS RECOMENDADAS
FLYBACK:

BUCK:

CUK:

PUSH-PULL (Contrafase):

HALL-BRIDGE (Semipuente):

FORWARD (DIRECTO):

BRIDGE (Puente):

FLYBACK:
Una fuente FLYBACK pertenece a una topologia de las FACs que se caracteriza por la funcion de la bobina como almacen intermedio de energia, y por proporcionar tensiones de salida negativas (respecto ala masa del circuito).
El convertidor Flyback es un convertidor DC a DC con aislamiento galvánico entre la entrada y la(s) salida(s). Tiene la misma estructura que un convertidor Boost con un transformador en lugar de un inductor. Gracias a ello se pueden alcanzar altos ratios de conversión. Debido a las limitaciones intrínsecas este convertidor solo se usa en aplicaciones de baja potencia.
APLICACIONES:

·Fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia como cargadores de baterías de teléfonos móviles, fuentes de alimentación de PCs, etc
·Generación de grandes tensiones para tubos de rayos catódicos en televisiones y monitores.
·Sistemas de ignición en motores de combustión interna.
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FLY BACK
este documento contiene lo mas importante acerca de fuentes FLY BACK
JORGE BARAJAS,26 JUN 2007, MECATRONICA 60003,
SENA SOGAMOSO
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FUENTES DE ALIMENTACIÓN CONMUTADAS - BUCK
El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua menor que a su entrada.
Estructura y funcionamiento
El funcionamiento del conversor Buck es sencillo, consta de un inductor controlado por dos dispositivos semiconductores los cuales alternan la conexión del inductor bien a la fuente de alimentación o bien a la carga.
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Modo continuo
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El convertidor se dice que está modo continuo si la corriente que pasa a través del inductor (IL) nunca baja a cero durante el ciclo de conmutación.
Con el interruptor cerrado la tensión en el inductor es VL =Vi-Vo y la corriente aumenta linealmente. El diodo está en inversa por lo que no fluye corriente por él.
Con el interruptor abierto el diodo está conduciendo en directa. La tensión en el inductor es VL =-Vo y la corriente disminuye.
La energía almacenada en la bobina se incrementa en estado ON (interruptor cerrado) y se decrementa durante el estado OFF (interruptor abierto). La bobina se usa para transferir energía desde la entrada a la salida.
Si se asume que el convertidor opera en un estado estable, la energía almacenada en cada componente al final del ciclo de conmutación T es igual a que había al principio del ciclo. Esto significa que la corriente IL es igual en t=0 y en t=T .

Modo discontinuo
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En algunos casos la cantidad de energía requerida por la carga es tan pequeña que puede ser transferida en un tiempo menor que el periodo de conmutación; en este caso la corriente a través de la bobina cae a cero durante una parte del periodo. La única direfencia con el funcionamiento descrito antes es que el inductor está completamente descargado al final del ciclo de conmutación.
La energía en el inductor sigue siendo la misma al principio y al final del ciclo .Esto significa que el valor medio de la tensión del inductor (VL) es cero
La corriente de salida entregada a la carga (Io) es constante. También se supone que la capacidad del condensador de salida es suficientemente alta para mantener constante el nivel de tensión en sus terminales durante un ciclo de conmutación. Esto implica que la corriente que pasa a través del condensador tiene como valor medio cero, así que la corriente media en la bobina será igual a la corriente de salida:
(Ven-Vsal)*ton=Vsal * t1


En donde podemos apreciar la dependencia, en este modo, de la tensión de salida no solo con la d si que además con la carga y la frecuencia de conmutación .
fconnmutacion = 1/T


OBSERVACIONES

Algo que no se debe olvidar en una FAC BUCK es la colocación de una carga minima al a salida para garantizar un camino de descarga del condensador de salida. De otra forma, la tensión en los bornes alcanzaria el valor de la tensión de entrada, lo que puede afectar tanto el condensador de salida como a una carga que se conecte con la fuente en marcha.
LEONARDO GUATIBONZA
MECATRONICA,SENA SOGAMOSO
JULIO 4 2007




FUENTE CUK
Introducción:
El circuito convertidor CC-CC conocido como "Convertidor de cuk" fue desarrollado por el profesor Slobodan Cuk del California Institute of Technology. La principal diferencia entre este convertidor y los circuitos clásicos radica en la utilización de un condensador en lugar 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. El uso de un capacitor permite obtener una mejor relación entre la energía almacenada y el tamaño o peso que los circuitos convertidores básicos tradicionales (elevador/reductor o flyback, reductor o forward y elevador o boost). Sin embargo pone muchas mayores exigencias sobre este condensador, lo que redunda en un elemento de mayor costo debido al nivel de exigencias de fabricación.

La configuración básica del Convertidor de Cuk se deriva de la operación en serie de las configuraciones básicas tipo boost y buck, tal como se indica en la figura 1. Estas configuraciones, así como la correspondiente al convertidor tipo fjyback, tanto en sus versiones básicas como con aislación entre entrada y salida, se estudian en detalle en el apunte
"Aplicaciones de la Conversión CC-CC, Fuentes Conmutadas", por lo que sus funcionamientos y características se consideran conocidas y no serán repetidos en el presente texto.
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CARACTERISTICAS

El convertidor "cuk" tiene la caracteristica de utilizar un condensador en lugar de una inductancia para el almacenamiento de energia durante una parte del ciclo y su posterior entrega a la carga durante el resto del mismo.

sin embargo pone muchas exigencias sobre el condensador lo que hace que el convertidor sea un poco mas costoso que los normales (fly back, boost).

Fabian Leonardo Pérez Bello
falpdrum@hotmail.com
Javier Andrés Suarez Suarez
jass1015471@hotmail.com
MECATRÓNICA 60003
INFORME PRACTICA CUK
AJA
PUSH-PULL (Contrafase):
Esta fuente pertenece a una topología de las FACs que se caracteriza por el ejemplo de dos elementos conmutadores para producir un flujo alterno de un transformador a alta frecuencia, evitando así la saturación de este.

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FAC PUSH-PULL
De esta forma, se produce un trasverse magnético de la energía que posteriormente se transmitirá de forma directa a la carga. En esta parte final se párese a la FAC BUCK (incluso topologicamente.)

Al emplearse en periodos alternativos los elementos conmutadores sufren poco esta topología (aun cuando deban aguantar V_max=2 vent). Por lo que puede emplearse en aplicaciones de mucha potencia.

El tema de los periodos alternativos puede causar confusión cuando nos referimos a la frecuencia de comunicación, pues esta, igual para ambos transistores, es la mitad de la que luego tendrá la señal de la bobina.

El hecho de trabajar como reductor o como elevador , no marcara la relación como espiras del transformador.
En cuanto a los nados de funcionamiento , ya hemos comentado que guarda una estrecha semejanza con el FAC Buck.

Con ella, se podrá trabajar en modo continuo (corriente a través de la bobina nunca se hace cero).

Como ya dijimos , el hecho de cambiar de modo de funcionamiento suponía alterar la relación entre tensión de entrada y tensión de salida, como veremos a continuación.

FAC PUSH-PULL en modo continuo
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Fijándonos en la relación de espiras del transformador en que la tensión media de la bobina debe ser igual a cero, para evitar desequilibrios se puede obtener una relación entre entrada y salida.
Con lo que vemos que la tensión de salida no depende de la carga , solo depende de la d,y de la relación de espira.

Siendo la inductancia mínima para conservar el nodo de funcionamiento continuo:
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FAC Push-pull en modo discontinuo
Al igual que el apartado anterior nos dijimos en: la realidad de espiras del transformador, que la tensión media de la bobina ha de ser igual a cero, y además que en el valor de la corriente media a través de al bobina es igual al valor de la corriente de salida, para extraer la relación entre entrada y salida.

Hemos llamado T al periodo de la señal de la bobina. El de los transistores es
T` =2T
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En donde podemos apreciar la dependencia, en este modo, de la tensión de salida no solo ya con la dy la relación de espiras, sino que además con la carga y la frecuencia de comunicación (fcon=1/T`)
CONSIDERACIONES
Algo que no debemos olvidar en una FAC Push-Pull, como ya ocurría en la FAC Buck que tiene el mismo tipo de topología final, es la colocación de una carga mínima a la salida para garantizar un camino de descarga de un condensador de salida. De otra forma, su tensión en bornes alcanzaría el valor de tensión de entrada multiplicada por la relación de transformación, lo que puede afectar tanto al condensador de salida como a una carga que se conecte con una fuente en marcha.