La aplicación de técnicas de sincronización a la tensión de red proporciona una señal de referencia adecuada para el control de la corriente de línea en convertidores electrónicos de potencia conectados a la red, minimizando la distorsión armónica de corriente y controlando el factor de potencia del convertidor, tanto en estado estacionario como en condiciones dinámicas de la red. En topologías monofásicas, son bien conocidas las estrategias de sincronización, tanto Phase Locked Loop (PLL) como Frequency Locked Loop (FLL), que emplean un Integrador Generalizado de Segundo Orden (Second Order Generalized Integrator, SOGI) para generar una señal en cuadratura libre de distorsión armónica. Si bien la respuesta dinámica del FLL SOGI es más ágil que la del PLL SOGI ante variaciones de la frecuencia de la red, la segunda opción presenta, en general, una mejor respuesta estacionaria. Este trabajo propone mejorar las prestaciones dinámicas del PLL SOGI ante variaciones de frecuencia de la red mediante la inclusión de un lazo de control secundario (Secondary Control Path, SCP). La propuesta se compara con las estrategias PLL SOGI y FLL SOGI mediante simulación y experimentalmente.[...] Leer más

En este artículo se va a realizar un estudio exhaustivo del comportamiento estático del convertidor reductor síncrono controlado en modo de corriente triangular, que incluirá las transiciones resonantes que se producen para conseguir conmutaciones a tensión cero (ZVS) en ambos transistores. El estudio proporcionará un modelo completo sin aproximaciones, que no dará origen a expresiones matemáticas fácilmente derivables, lo que impedirá la obtención de un modelo dinámico fácil de manejar. Precisamente para evitar este problema, se desarrollarán también dos modelos aproximados, el primero de los cuales tendrá en cuenta los periodos resonantes, mientras que el segundo los supondrá despreciables (lo que limitará su aplicabilidad). Con estos dos modelos estáticos se conseguirán dos modelos dinámicos lineales y promediados, que serán descritos en la segunda parte de este trabajo.

Partiendo de los modelos estáticos desarrollados en la primera parte de este trabajo, en este segundo artículo se presentan dos modelos dinámicos promediados y de pequeña señal para el convertidor síncrono bidireccional controlado en modo de corriente triangular. Ambos modelos difieren esencialmente en el tratamiento de los intervalos resonantes que permiten que los transistores operen con conmutaciones a tensión cero (ZVS). En el primero de ellos se supone que la corriente en la bobina de filtro permanece constante durante ambos periodos resonantes, ajustando la duración de estos periodos al valor necesario para que las capacidades parásitas de ambos transistores intercambien su carga eléctrica. En el segundo se desprecia la duración de los periodos resonantes, contemplándose la posibilidad de admitir que la corriente por la bobina acaba siempre en valor cero o que acaba en el valor necesario para garantizar ZVS. Una vez obtenidos los modelos dinámicos, se establecen comparaciones entre ellos de cara a determinar su margen de validez. También se presenta una comparación entre el comportamiento dinámico del convertidor que predicen estos modelos y el medido experimentalmente.[...] Leer más

En este trabajo se presenta el estudio del diseño de un convertidor elevador bidireccional de 800 V basado en SiC. El principal objetivo es obtener alto rendimiento en un rango amplio de carga por medio de conmutaciones a tensión cero (ZVS) aplicando modo de operación de corriente triangular (TCM). Aplicar TCM implica frecuencia de conmutación variable y un gran rizado de corriente por la bobina. Estos dos inconvenientes se pueden solventar gracias al uso de MOSFET de SiC y de técnicas de entrelazado aplicadas a una agrupación modular de convertidores elevadores. Para operar en TCM y conseguir ZVS se necesita, además, una selección adecuada de los valores corriente de valle y tiempo muerto. Por ello, en este trabajo se presenta un estudio analítico de cómo escoger apropiadamente dicho par de valores y así minimizar las pérdidas de potencia durante el tiempo muerto cuando el ratio de tensiones es variable. Tradicionalmente, este tipo de pérdidas no se tienen en cuenta por su bajo impacto. Sin embargo, si se trabaja a alta frecuencia de conmutación, especialmente con MOSFET de SiC con alta caída de tensión en inversa, parece necesario incluir esta fuente de pérdidas durante el intervalo resonante al modelo de pérdidas tradicional.[...] Leer más

Se propone un proyecto de aprendizaje basado en el desarrollo de una plataforma Hardware-in-the-Loop (HIL) y el diseño de su controlador digital para un curso de pregrado sobre sistemas electrónicos digitales. El objetivo propuesto a los estudiantes es el diseño de un convertidor Boost HIL controlado digitalmente en modo corriente materializado en una tarjeta field-programmable gate array (FPGA). Para ello, se desarrollan y evalúan las diferentes partes del proyecto maximizando el uso de recursos de la FPGA en el diseño del bloque HIL y aplicando técnicas de diseño que minimicen el uso los recursos digitales empleados en el diseño del controlador.

Las técnicas de identificación se usan en la medida de la respuesta en frecuencia de convertidores de potencia, diseño del control, la medida de la impedancia o monitorización del estado del convertidor. En este artículo, la impedancia del condensador de salida de un convertidor de potencia DC/DC es caracterizada en términos de capacidad y resistencia serie equivalente (ESR) midiendo la respuesta en frecuencia del convertidor. Uno de los puntos claves del sistema propuesto es la comparación entre la medida obtenida y los patrones de referencia. La técnica Dynamic Time Warping es usada para valorar las similitudes entre la medida y la respuesta en frecuencia esperada, que es obtenida mediante el ajuste de los valores de la capacidad y ESR. El funcionamiento del sistema se ha validado mediante simulaciones y medidas experimentales.

Sometimes a post-filter is implemented at the output of the converter, as there are applications that require a very low output voltage ripple or output current ripple. On the other hand, the use of an LC filter at the input of the converter is implemented with the aim of reducing electromagnetic interference or due to special specifications. As it is well known the implementation of both filters affect the dynamics of the system, therefore it is important to have the transfer functions that consider the effect of both filters in order to have an optimal design of the compensator and guarantee the stability of the system. In the existing literature, the effects of the input filter and post-filter have been addressed separately, the main objective of this paper is to analyze the dynamics of the system and extend the canonical model in order to obtain general transfer functions such as control to output voltage that involve the effect of both filters and even considering the feedforward of output current and input voltage. The phase-shifted full-bridge converter has been selected in order to validate the control to output voltage transfer function in an experimental and simulated way.[...] Leer más

Este trabajo presenta una revisión de los convertidores CC-CC que utilizan la técnica de una sola entrada y múltiple salida conocida como SIMO en configuración paralelo para el control de iluminación LED. La revisión se centra en la aplicación de la metodología SIMO combinada con el control por multiplexación de tiempo (MT) cuando los convertidores funcionan en modo de conducción discontinua (MCD). En este trabajo, también se realiza una comparación evaluativa de las técnicas revisadas para los convertidores CC-CC SIMO con configuración en paralelo. Además, se presenta una propuesta sobre las posibilidades de aplicar la metodología de control magnético (CM) utilizando un inductor variable (IV) en un convertidor reductor, en combinación con SIMO para el control de convertidores CC-CC en la regulación de la corriente de salida en aplicaciones de drivers de iluminación LED.

En este artículo se presenta una investigación sobre la aplicación de la metodología de control magnético (CM) en convertidores CC-CC para la alimentación de controladores LED. El método de control propuesto se basa en la modulación de la inductancia efectiva del convertidor CC-CC operado en modo de conducción discontinua (MCD). Por lo tanto, al usar un inductor variable (IV), la salida del convertidor puede controlarse para regular la corriente a través del LED. Este trabajo demuestra cómo el método CM se puede utilizar de manera efectiva para controlar los convertidores CC-CC con una carga LED, así como también se puede combinar con otros parámetros de control como el ciclo de trabajo o la frecuencia de conmutación para mejorar el rendimiento del convertidor. Se ha construido un prototipo experimental para probar el análisis del método de control y la metodología de modelado, y para verificar su factibilidad y posibilidades.

En este artículo se presenta la implementación de un convertidor multinivel basado en tecnología GaN capaz de suministrar una tensión de +/- 1 kV y una corriente de +/- 50 A, así como sintetizar cualquier forma de onda desde DC hasta 100 kHz. La principal diferencia con el resto de convertidores multinivel radica en el control y la arquitectura implementada, los cuales aumentan en gran medida la eficiencia reduciendo el rizado y las pérdidas por conmutación de los dispositivos, además, la señal obtenida es de gran calidad en todo el rango de frecuencias y tensiones marcadas cumpliendo así con las especificaciones de diseño.

La tendencia al aumento de la frecuencia de conmutación en los convertidores de potencia, debido a los nuevos materiales de ancho de banda prohibido (SiC y GaN), está suponiendo un reto para el diseño del control digital del convertidor. Cuando se alcanzan frecuencias de conmutación cercanas a la frecuencia del reloj del dispositivo digital, se reduce de forma drástica la resolución que se puede conseguir con técnicas tradicionales. Para lograr este incremento de la frecuencia de conmutación, se ha impulsado la necesidad de la utilización de nuevas técnicas en los Moduladores de Ancho de Pulso Digitales (DPWM) capaces de aumentar la resolución de las señales generadas. Mantener una alta resolución en el control digital es condición imprescindible para que no se limite el rendimiento del sistema ni se produzcan oscilaciones en la señal de salida. Por tanto, es necesario utilizar un DPWM de alta resolución para generar señales en alta frecuencia. En este artículo se presenta una nueva arquitectura DPWM híbrida, donde se alcanza una alta resolución utilizando para ello recursos propios de la FPGA. Las principales ventajas que proporciona esta arquitectura son: La capacidad de implementación en FPGA de bajo coste, el uso de los recursos propios de la FPGA de manera que no se requiera ningún tipo de rutado o manipulación del layout para conseguir una alta resolución y una repetitividad en la implementación de esta arquitectura en otras FPGA de la misma familia.[...] Leer más

En este artículo se realiza un análisis de un convertidor buck-boost bidireccional utilizado para cargar y descargar un supercondensador. El análisis tiene en cuenta los parámetros de conducción de los semiconductores y las resistencias de los inductores, determinando la variación de los diferentes índices de rendimiento cuando varía la carga (y el voltaje) del supercondensador. Además, se realiza un estudio de diferentes estrategias de operación para determinar la más eficiente.

El convertidor Multi Active Bridge Modular (MMAB), constituye una alternativa atractiva en sistemas con diferentes fuentes y cargas como el avión mas eléctrico o en el caso del vehículo eléctrico. El flujo de potencia entre los puertos depende de todas y cada una de las variables de control, de esta manera el MMAB es un sistema multivariable. En el presente trabajo se realiza un análisis de la iteracción entre las variables de control y se justifica la posibilidad de establecer lazos independientes de control.Para un convertidor de 5 puertos se diseña y valida mediante simulación el control en lazo cerrado para las corrientes de entrada, considerando fuentes con resistencia en serie y un filtro de entrada en cada puerto.

Este artículo se centra en el estudio de la robustez del control realizado para un convertidor DC-AC monofásico ante los cambios en el comportamiento de la red a la que se conecta. El inversor se conecta a la red a través de un filtro LCL que elimina los armónicos generados en la conmutación. Para cerrar el lazo de control sobre la potencia inyectada se utiliza una estructura de control con dos grados de libertad (2GDL) que también realiza el amortiguamiento del filtro. En el artículo se estudia tanto el fenómeno de resonancia del filtro como el efecto que tiene la inductancia de red sobre el control. El funcionamiento del inversor se evalúa mediante un modelo de simulación ante condiciones de red fuerte y débil, para lo que se fijan unos valores de inductancia de red de 0 mH y 5 mH, respectivamente.

Este trabajo presenta una nueva estrategia de control para un Convertidor Resonante Serie en una topología de Doble Puente Activo. La estrategia busca asegurar la estabilidad global y asintótica del convertidor en lazo cerrado y agilizar la respuesta transitoria del sistema. Ambas propiedades permiten extender el uso del convertidor en nuevas aplicaciones en las que se requieren dinámicas rápidas o configuraciones flexibles, superando el rendimiento de los lazos de realimentación actuales. Tras desarrollar teóricamente el control, se describen una serie de adaptaciones que permiten su implementación en microcontroladores o DPSs. Todo ello se estudia mediante la evaluación y comparación de las estrategias en simulación.

En este trabajo se presenta el control magnético (CM) aplicado a convertidores DC-DC del tipo una sola entrada y múltiples salidas denominado SIMO en configuración paralelo, para el uso en drivers de iluminación LED. La técnica CM se desarrolla usando un inductor variable (IV) cuando el convertidor está operando en modo de conducción discontinua (MCD). El trabajo contempla un convertidor SIMO de tres canales de salida para el control de iluminación tipo RGB. El método es evaluado experimentalmente usando cambios en la tensión de entrada, y se verifica que tiene un rango más amplio de trabajo respecto a otros métodos de control como el control de convertidores dc-dc por ciclo de trabajo y frecuencia.