El documento describe el diseño de un convertidor Buck-Boost, incluyendo las pérdidas de los semiconductores. Explica el modelo equivalente al circuito como un transformador de continua y realiza cálculos y simulaciones para determinar el voltaje de salida y la eficiencia, tanto con los componentes ideales como considerando las resistencias internas. Los resultados muestran que las pérdidas reducen la eficiencia del 91% al 90.5%, validando el análisis.
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El documento describe el diseño de un convertidor Buck-Boost, incluyendo las pérdidas de los semiconductores. Explica el modelo equivalente al circuito como un transformador de continua y realiza cálculos y simulaciones para determinar el voltaje de salida y la eficiencia, tanto con los componentes ideales como considerando las resistencias internas. Los resultados muestran que las pérdidas reducen la eficiencia del 91% al 90.5%, validando el análisis.
El documento describe el diseño de un convertidor Buck-Boost, incluyendo las pérdidas de los semiconductores. Explica el modelo equivalente al circuito como un transformador de continua y realiza cálculos y simulaciones para determinar el voltaje de salida y la eficiencia, tanto con los componentes ideales como considerando las resistencias internas. Los resultados muestran que las pérdidas reducen la eficiencia del 91% al 90.5%, validando el análisis.
El documento describe el diseño de un convertidor Buck-Boost, incluyendo las pérdidas de los semiconductores. Explica el modelo equivalente al circuito como un transformador de continua y realiza cálculos y simulaciones para determinar el voltaje de salida y la eficiencia, tanto con los componentes ideales como considerando las resistencias internas. Los resultados muestran que las pérdidas reducen la eficiencia del 91% al 90.5%, validando el análisis.
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Convertidor Buck- Boost
Diseño general, con inclusión de pérdidas de semiconductores
Fig.- Circuito convertidor Buck-Boost
1) MOSFET activado (interruptor cerrado)
Aplicando L.V.K
V L=V g−I ( RON + R L )
Aplicando L.C. K −V iC= R
2) MOSFET desactivado (interruptor abierto)
El capacitor y la carga se encuentran en paralelo, por lo tanto: Vcapacitor = Vcarga Aplicando L.V.K:
V L=V −I ( R D + RL )−V D
Aplicando L.C.K: V iC=I − R
⟨ VL ⟩=D ¿ −V V ⟨ iC ⟩=D ( ) ( R + D' I − R ) Resolviendo para el inductor:
D V g −DI R L −I D RON + D ' V −D ' I R D −D ' I R L−D ' V D =0
Si D+D' =1; entonces:
D V g −I R L−I D RON + D' V −D' I R D−D' V D =0
Fig.- Circuito equivalente
Resolviendo para el capacitor: V V −D + D' I −D' =0 R R ¿
Si D+D' =1; entonces:
V V V −D −D ' = R R R V D' I − =0 R
Fig.- Circuito Equivalente
Modelo del transformador:
Fig.- Modelo del transformador
Pin=D ( V g ) (I )Pout ¿ V ( D ' I )
1 D' 2 R V =− ( ) D' ( DVg−D ' V D ) ( D' 2 R+ RL+ D R ON + D' RD ) V 1 D' V D 1 ( )( )( Vg =− ' D− D Vg 1+ RL+ D R 0 n+ D' RD D' 2 R ) Pout D' V I D' V η= = = P¿ D V g I D V g
D' V D' V D 1 η= D Vg ( = D− Vg )( 1+ RL+ D RO + D' R D ) D' 2 R
Diseño: Para el diseño del equivalente en transformador del presente circuito, se tomó como referencia los elementos de la práctica anterior, a fin de determinar cómo afectan las pérdidas generadas por los elementos semiconductores. Elementos
Vg [V] R [Ω] RL [Ω] Ron [Ω] Vd [V] Rd [Ω] D D´ f [Khz]
Fig.- Circuito equivalente con elementos que generan pérdidas
Fig.- Modelo con transformador DC para el convertidor Buck-Boost
Gráficas y valores obtenidos en la simulación:
Fig.- Relación de voltaje Vo y Vcarga del transformador
Fig.- Valores obtenidos
Fig.- Relación de potencias de entrada y salida para obtener la eficiencia
Fig.- Datos obtenidos
Cálculo de la eficiencia con los datos de la simulación:
Po 23.2 η %= Pin ∗100 %=| | 25.7 =0.9 053∗100 %
η %=90.5 3%
Análisis de resultados: Según el objetivo general del presente laboratorio y conforme el pedido establecido dentro de las especificaciones de la práctica se han obtenido los siguientes datos:
Fig.- Potencias den entrada y salida calculadas en el simulador
Cálculo de la eficiencia con los datos de la simulación:
Po 23.31 η %= Pin ∗100 %=| | 23 .7 3 =0.9 823∗100 %
η %=9 8 . 23% Eficiencia sin pérdidas Eficiencia con resistencias 98.23% 91%
Conclusiones: - Se ha comprobado la incidencia de las pérdidas generadas por las resistencias del diodo, del MOSFET y de la bobina en la eficiencia del circuito, al comparar el porcentaje sin pérdidas se tiene el 98.23% , mientras que al agregar las resistencias se tiene un 91%.
- Si se supone componentes ideales, el convertidor Buck o convertidor reductor es
equivalente a un transformador de continua, ya que se tiene una relación de potencia de entrada y salida similar a la definida en transformadores de alterna.
