Diseño y control de un convertidor electrónico de potencia del tipo reductor-elevador
Los convertidores conmutados dc-dc son circuitos electrónicos de potencia que transforman un nivel de tensión de corriente continua en otro nivel distinto mediante acciones de conmutación. En esta tesis se estudia un convertidor del tipo reductor-elevador pensado para aplicaciones donde varía la tensión de entrada, de la manera que ocurre normalmente en una batería. La topología deriva de la versión sincrónica del BuckBoost no inversor. Dicho circuito admite el manejo independiente de sus dos pares de transistores. Gracias a esta flexibilidad, es posible plantear distintos modos de operación para mejorar la eficiencia del sistema. La forma de trabajo del así llamado Buck-Boost de cuatro llaves se elige de acuerdo a la relación que existe entre el nivel de entrada y de salida. Se definen tres modos clásicos basados en los convertidores Buck (o reductor), Buck-Boost no inversor (o reductorelevador no inversor) y Boost (o elevador). Para suavizar los transitorios durante los cambios de modo, se introducen dos modos adicionales que combinan períodos de conmutación operando como Buck con períodos operando como Boost. El desempeño de estas combinaciones depende fuertemente de cómo se defina la secuencia en que alternan estos períodos y de cómo se asignen los ciclos de trabajo de las llaves. Aún así, parecen ser más eficientes que la operación tradicional como Buck-Boost no inversor. Por ello, se plantea eliminar dicho modo de operación. El control del convertidor se realiza en forma digital. Por ello, el comportamiento dinámico en los modos de operación clásicos es modelado mediante la técnica de variables de estado en tiempo discreto. A partir de estos modelos se desarrolla un procedimiento para determinar la secuencia adecuada a implementar en los modos combinados. El mismo se basa en la minimización del error medio cuadrático de la tensión de salida con respecto al valor medio deseado. Los ciclos de trabajo se asignan de tres formas distintas y se evalúa el efecto de las mismas. Mediante la linealización de los modelos en tiempo discreto, se diseña además un controlador capaz de regular la tensión de salida en todos los modos de operación. Un prototipo de laboratorio diseñado y construido durante la tesis es utilizado para ensayar y verificar el comportamiento del convertidor en todos sus modos de funcionamiento. Para ello, se realizan distintas pruebas ante variaciones en la tensión entrada y perturbaciones en la carga. Los resultados de eficiencia obtenidos corroboran que la eliminación del modo Buck-Boost no inversor permite mejorar el desempeño del circuito conmutado y con ello, lograr un mejor aprovechamiento de la energía entregada al mismo
Convertidores CC-CC, Reductor-elevador, Control, Dinámica, Eficiencia
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