UNIVERSIDAD DE LA SALLE-LABORATORIO DE ELECTRÓNICA 1

Laboratorio VIII:
Inversor monofásico DC-AC
Valentina Vera Saldaña. Código: 42161011, Isaı́as Villegas Aguilera : 42092026, Camilo
Andrés Barreiro Herrera 42162025

Resumen—

La práctica realizada consistió e

Palavras-chave—Dimmer,Controlador

I. Introducción 94 ns, salida 2 A 10 V a 20 V, canales flotantes

Los inversores son circuitos que convierten la de alto voltaje a hasta 525 V y de bajo voltaje,
corriente continua en corriente alterna. Mas exac- entradas Schmitt-trigger compatibles con CMOS
tamente, los inversores transfieren potencia desde y LSTTL, salidas con tiempos de propagación
una fuente de continua a una carga de alterna. Los similares y en fase con las entradas, alimentación
convertidores en puente de onda completa pueden separada para la lógica de 3.3 V a 20 V, PD 1.6
funcionar como inversores en algunos casos, pero W.
en esos casos debe preexistir una fuente de alter-
na.Los inversores se utilizan en aplicaciones tales Optoacoplador (6N137): es un optoaco-
como motores de alterna de velocidad ajustable, plador de alta velocidad que utiliza un LED de
sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) y entrada de alta eficiencia junto con un detector IC
dispositivos de corriente alterna que funcionen a de fotodiodo óptico integrado. El detector tiene
partir de una baterı́a de automovil. una salida de transistor NMOS de drenaje abierto,
proporcionando menos fugas en comparación con
II. Objetivos una salida de transistor con abrazadera Schottky
de colector abierto. Para el tipo de canal único,
q Analizar el funcionamiento de un inversor
una función de habilitación en el pin 7 permite
DC/AC monofásico.
que el detector sea estroboscópico.
q Diseñar un driver de control para este tipo
de inversores.
q Calcular la potencia de salida, el rendi- Transistor IRF840: es un MOSFET de ca-
miento del inversor y el THD. nal N con muy baja resistencia por unidad de
q Determinar las caracterı́sticas eléctricas superficie de silicio y de rendimiento de conmuta-
de los semiconductores a utilizar en la ción rápida que utiliza técnicas avanzadas de pro-
etapa de potencia. cesamiento. Este beneficio, en combinación con
q Calcular el filtro LC de salida. la velocidad de conmutación rápida y el diseño
del dispositivo robusto ofrece al diseñador de un
dispositivo extremadamente eficiente y fiable para
III. Materiales implementados en el uso en una amplia variedad de aplicaciones. El
laboratorio IRF840 recomendado para aplicaciones industria-
IR2110: Driver para el control de transistores les por su alto nivel de disipación que aproximan
MOSFET e IGBT, alta velocidad ton 120 ns toff a los 50 watts.
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IV. Marco teórico continua. Los interruptores reales no se abren

IV.1. Controlador de Onda completa y se cierran instantáneamente. Por tanto, deben
tenerse en cuenta los tiempos de transición de
El convertidor en puente de onda completa de
la conmutación al diseñar el control de los in-
la Figura 2a es el circuito básico que se utiliza
terruptores. El sopalamiento de los tiempos de
para convertir continua en alterna.partir de una
conducción de los interruptores resultarı́a en un
entrada de continua se obtiene una salida de al-
cortocircuito, denominado en ocasiones fallo de
terna cerrando y abriendo interruptores en una
solapamiento (shoot-through fault) en la fuente
determinada secuencia. La tensión de salida v0
de tensión continua. El tiempo permitido para la
puede ser + Vcc, — Vcc, o cero, dependiendo de
conmutación se denomina tiempo muerto (blan-
qué interruptores están cerrados. Las Figuras 2b
king time).
a la 2e muestran los circuitos equivalentes de las
combinaciones de interruptores.
Tabla 1: Medición del comportamiento del varia- IV.2. Inversor de onda cuadrada
dor de voltaje
El esquema de conmutación más sencillo del
Interruptores cerrados Tensión de Salida convertidor en puente de onda completa genera
S1 y S2 +Vcc
S3 y S4 −Vcc una tensión de salida en forma de onda cuadrada.
S1 y S3 0 Los interruptores conectan la carga a +Vcc cuando
S2 y S4 0
S1 y S2 están cerrados y a −Vcc cuando S3 y S4
están cerrados. La conmutación periódica de la
tensión de la carga entre +Vcc y ¯Vcc genera en
la carga una tensión con forma de onda cuadrada.
Aunque esta salida alterna no es sinusoidal,
puede ser una onda de alterna adecuada para
algunas aplicaciones.

Figura 1: a) Puente convertidor de onda comple-

ta,. b)S1 y S2 cerrados.c)S3 y S4 cerrados. d) S1 y
Figura 2: Tensión de salida con forma de onda
S3 cerrados.e) S2 y S4 cerrados
cuadrada y forma de onda de la corriente en
régimen permanente para una carga R-L.
Observe que S1 y S4 no deberı́an estar cerrados
al mismo tiempo, ni tampoco S2 y S3 . De otra
manera habrı́a un cortocircuito en la fuente de Luego de varios pasos para el calculo de la co-
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rriente máxima obtenemos la siguiente ecuación: V0f n 1

= (6)
" −T
# V0n (1 − ω 2 CL) + jωL
R
Vcc 1 − e 2t
Imax = −Imin = (1) Calculamos la resistencia para el voltaje de 20V:
R 1 + e −T2t

P 100
R= 2 =
= 4Ω
i0 100 2
IV.3. Análisis de la serie de Fourier 20
El método de las series de Fourier suele ser la Tomando la ecuación 4 para determinar LC
manera más práctica de analizar la corriente de obtenemos lo siguiente:
la carga y de calcular la potencia absorbida en 1
una carga, especialmente cuando la carga es más LC = 2
= 1, 75905 ∗ 10−6
(2π ∗ 120)
compleja que una simple carga resistiva o R-L. Un
enfoque útil en el análisis de inversores es expresar Ahora reemplazando esos valores en la ecua-
la tensión de salida y la corriente de la carga en ción 6, y despejando L obtenemos:
términos de una serie de Fourier. L = 79, 9mH
En el caso de una onda cuadrada, las series de
Fourier contienen los armónicos impares, y pueden Ahora calculando el capacitor:
representarse ası́:
1, 75905 ∗ 10−6
X 4Vcc Cp = = 22, 015uF
V0 (t) = (sen(nω0 t)) (2) 79, 9mH
n,odd
n∗π
IV.4.2. Determinando el THD
IV.4. Cálculos teóricos Partiendo de la siguiente ecuacion para deter-
minar el THD:
IV.4.1. Diseño del filtro de salida v
u∞
Para el diseño del filtro de salida se tuvo en 1 uX
T HD = ∗t (Vn,rms )2 (7)
cuenta lo siguiente: V1,RM S n=2
Partiendo como base la siguiente ecuacion:
Partiendo de los siguientes valores:
w0 = 2πf (3)
Vs = 100V
Ahora reemplazando para w0 para circuitos LC
1
como √LC y despejando la ecuacion de frecuencia R = 144Ω
nos quedaria de la siguiente forma:
P = 100W
1
f= √ (4) V2
2π LC P0.rms = rms = 69, 44W
R
Partiendo del esquema del filtro LCR como se
Implementando la ecuación 2 para determinar los
muestra en la figura
coeficientes de fourier obtenemos los resultados
siguientes mostrados en la tabla
Aproximando la ecuación 2:
4Vs
V0 (t) =
n∗π

Tabla 2: Medición del comportamiento del varia-

Figura 3: Filtro. dor de voltaje

Las ecuaciones que define el filtro mostrado en Numero de Fourier Magnitud Voltaje de Salida
3 42,44 V
la figura 4 son las siguientes: 5 25,46 V
VOn VoF n 7 18,18 V
= (5) 11 11,57 V
LS + Cp //R CP //R
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Ahora calculando el V1,rms , lo implementamos

dado las siguientes ecuacion:

4VS
V1,rms = √ (8)
2π

Reemplazando en la ecuación 8 obtenemos:

4 ∗ (100)
V1,rms = √ = 90,0316V
2∗π
Reemplazando en la ecuación 7 se obtinene lo
siguiente:
p
1002 − 90, 03162
T HD =
90, 0316
Figura 5: Simulación realizada en SIMULINK:
Inversor en configuración puente.
T HD = 0, 483427 = 48, 34 %

Se pudo observar que el inversor al cual se

va a diseñar resulta tener una calidad de onda
sinusoidal de 48, 34 %, no mostrando una gran
cantidad de distorsion en el sistema, por ende la Si los interruptores S1 y S2 se activan simul-
distorsion en la carga es viable. táneamente, el voltaje de entrada aparecerá en la
carga, tal como se muestra en la Figura 6. De igual
forma, si se activan S3 y S4 simultáneamente, el
IV.5. Implementación del circuito
voltaje de entrada aparecerá en la carga pero con
polaridad contraria, tal como se muestra en la
Figura 7. Si se repite lo anterior durante varios
perı́odos, el voltaje de salida del inversor, tendrá
la forma de onda que se muestra en la Figura 3. La
activación de los interruptores se realiza mediante
el control por modulación de ancho de pulsos
(PWM), el cual tiene varias técnicas. Algunas de
estas técnicas son: Modulación de un solo ancho
Figura 4: Esquema ha implementar del inversor de pulso, modulación de varios anchos de pulso,
monofásico Dc-AC modulación senoidal de ancho de pulso, control
por desplazamiento de fase, entre otras.
IV.6. Diseño y simulaciones
El propósito de un convertidor conmutado
de DC/AC, bien conocido en la literatura como
inversor, es transformar un voltaje de entrada
DC a un voltaje simétrico de salida en AC, con
magnitudes y frecuencias deseadas. En la simu-
lación de la Figura 5 se muestra un inversor en
configuración en puente, el cual está conformado
por cuatro semiconductores (Mosfet) funcionando
como interruptores conectados a una fuente de
corriente continua (VDC). Figura 6: S1-S2 activos.
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Figura 7: S2-S3 activos.

Figura 8: Voltaje en la carga Vo.

Para la práctica se diseñará un inversor confi-

guración puente con cuatro Mosfet referencia IRF-
840, con las siguientes caracterı́sticas eléctricas:

Figura 9: Voltaje en la carga Vo.

V. Conclusiones
Referencias
[1] MUHAMMAD H. RASHID, Electrónica de Poten-
cia,Circuitos,dispositivos y aplicaciones.Tercera edición.
PEARSON Prentice hall, Mexico 2004.
[2] Daniel W. Hart, Electronica de Potencia.Pearson EDUCA-
CION S.A, Madrid ,2001.
IEEEtran