¡Descarga Diseño e implementación de un convertidor CC-CC tipo Flyback - Prof. Paez y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Ingeniería Eléctrica y Electrónica solo en Docsity!
CONSTRUCCION E IMPLEMENTACION
CONVERTIDOR CC-CC TIPO FLYBACK
Juan Felipe López González, Erick Steven Cañón Buitrago y Edwin Santiago Hoyos Rodríguez Universidad de Cundinamarca Fusagasugá, Colombia Contexto En esta fase del proyecto se aplicarán ecuaciones obtenidas mediante fuentes de investigación como lo son libros teóricos y webgrafías, con el propósito de obtener el diseño y realizar los cálculos que permitan seleccionar los valores y referencias de los componentes electrónicos del convertidor sin realimentación, se realizara una simulación en el software LTspice y se llevara a la práctica un montaje en la protoboard para realizar pruebas preliminares de funcionalidad con el fin de comparar los resultados obtenidos.
1. Desarrollo. En primera instancia se describirán en valores numéricos las magnitudes físicas que se van a utilizar para la ejecución del Flyback, a continuación, como se desea el esquema: Vin = 9 v Vout = vout > 2 Vin ≈ 18 v − 21 v P = 11 w fo = 15000 hz D =0. ns np
Estos son valores que se pueden asumir en base a lo que se busca en el circuito, por ejemplo, si queremos que sea un convertidor cc-cc elevador como en este caso su ciclo de trabajo debe estar por encima de 0.5. Ya con estos valores establecidos se puede comenzar a calcular las demás magnitudes físicas y componentes necesarios: Se calcula la corriente que fluye a través del MOSFET, pero para ello se necesita la corriente de salida, se puede calcular con la potencia y tensión de salida. I (^) o =
P
V
11 w 21 V
=0.523 A
La corriente que fluye a través del devanado primario (es la misma del MOSFET ya que se encuentra en serie)
I Q =
D
1 − D
∗ I (^) o I (^) Q =
∗0.523 A =1.220 A
Con esta corriente, se obtiene un 10%: ∆ I (^) Q = I (^) Q ∗0.1 ∆ I (^) Q =1.220 A ∗0.1=0.122 A Este 10% se puede calcular el valor de las inductancias del transformador: Lp = Ls = Vin ∗ D ∆ I (^) Q ∗ fo Lp = Ls =
9 V ∗0.
0.122 A ∗ 15000 hz =3.442 mH Se busca que el circuito no genere posibles picos transitorios de sobretensión que puedan surgir durante el proceso de recuperación inversa en los diodos o transistores, así que se implementa una red snubber que esta estructurada por una resistencia y un capacitor en paralelo, junto con un diodo, para ayudar a disipar corrientes parasitas del inductor. Se utiliza una frecuencia de timbre 20 veces mayor con respecto a la de operación. Se asume un valor de capacitor y se calcula la resistencia. fr = 15000 hz ∗ 20 = 300000 hz Csnubber = 40 nF Rsnubber =
2 π ∗ fr ∗ Csnubber
2 π ∗ 300 khz ∗ 40 nF
Ya con todo calculado en el devanado primario del circuito se procede a calcular los componentes del devanado secundario, en esta etapa, necesitamos el 5% de la máxima tensión de salida estimada, que tiene un valor de 21v: ∆ vo = vo ∗0.05 ∆ vo = 21 v ∗0.05=1.05 v Con este valor de tensión, se calcula el capacitor de carga. Cload =
IO ∗ D
∆ vo ∗ fo Cload =
1.05 v ∗ 15000 hz =23.28 μF Resistencia de carga: Rload = Vo IO Rload = 21 v 0.523 A
Se calcula la corriente pico máxima que puede llegar a alcanzar el circuito: Ipeak =
IO
n 2 / n 1
1 − D
0.523 A
+ 0.122∗ 4 =2.231 A
Con estos valores ya calculados se puede diseñar el transformador, para estas condiciones se utilizó un núcleo de ferrita E25 tipo E debido a que maneja niveles mas altos de inductancia y se obtiene a bajo costo de adquisición.
núcleo de ferrita E25 1 Evita la interferencia electromagnética en dos direcciones Alambre AWG #25 - #27 6 mts Dependiendo de su grosor son capaces de transferir altos valores de corriente TABLA COMPARATIVA SIMULACION VS PRACTICA
2. Conclusiones: El voltaje de salida no es constante por el rizado que presenta el capacitor, a pesar de que su voltaje máximo alcanzado es 21v, solo llega a su mínimo de 18v cumpliendo con la
condición exigida desde un principio en la simulación, en la práctica es totalmente diferente, no se logra que el voltaje en la carga sea por lo menos el doble que el voltaje de entrada, nos registra una medición de 1v y se presentan problemas en el transformador. Para la elaboración del transformador fue un verdadero reto, en la selección del núcleo de ferrita y las ecuaciones respectivas para calcular su número de vueltas en cada bobinado, aun presentan fallas, pero pueden ser por el calibre del alambre, el entrehierro o el número de vueltas que quizá no sea tan exacto. Otro problema que se presentó en la práctica es el excesivo calentamiento en el MOSFET, esto se debe a que no esta conmutando, a pesar de que el funcionamiento en el controlador de compuerta es correcto, se detecto que el MOSFET estaba fallando, aunque no estuviera deteriorado, aún se sigue probando con varios de la misma referencia intentando mitigar este calentamiento. Con estos problemas presentados, se presenta un reto aún mayor de cómo lograr la bidireccionalidad, ¿manejara el mismo ciclo de trabajo al actuar como reductor? ¿es necesario implementar otra red snubber para evitar sobre picos de tensión?
3. Referencias Autor(es) Erick Steven Cañón Buitrago, ( 162220204 ) estudiante de la Facultad de Ingeniería, ( Ingeniería Electrónica ) de la Universidad de Cundinamarca ( UDEC ). Fusagasugá – Cundinamarca, Colombia. escanon@ucundinamarca.edu.co Edwin Santiago Hoyos Rodríguez, ( 162220213 ) estudiante de la Facultad de Ingeniería, ( Ingeniería Electrónica ) de la Universidad de Cundinamarca ( UDEC ). Fusagasugá – Cundinamarca, Colombia. eshoyos@ucundinamarca.edu.co Juan Felipe López González, ( 162220215 ) estudiante de la Facultad de Ingeniería, ( Ingeniería Electrónica ) de la Universidad de Cundinamarca ( UDEC ). Fusagasugá – Cundinamarca, Colombia. juanfelipelopez@ucundinamarca.edu.co
