Tesis:
Metodología de diseño de los transformadores piezoeléctricos para su aplicación en fuentes de alimentación conmutadas CA/CC y CC/CC de baja potencia y baja tensión de salida.
- Autor: SANZ GARCIA, Clara Marina
- Título: Metodología de diseño de los transformadores piezoeléctricos para su aplicación en fuentes de alimentación conmutadas CA/CC y CC/CC de baja potencia y baja tensión de salida.
- Fecha: 2004
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: AUTOMATICA, INGENIERIA ELECTRONICA E INFORMATICA INDUSTRIAL
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: COBOS MARQUEZ, José Antonio
- Director/a 2º: PRIETO LOPEZ, Roberto
- Resumen: Esta Tesis se centra en las fuentes de alimentación CA/CC y CC/CC de baja potencia y baja tensión de salida, de las que no existen productos comerciales con Transformadores Piezoeléctricos (TPs) porque los resultados obtenidos hasta ahora no son competitivos, si los comparamos con las aplicaciones desarrolladas con componentes magnéticos. Existe una marcada tendencia hacia la miniaturización de los sistemas electrónicos, especialmente, en los equipos portátiles. Las fuentes de alimentación son en muchos casos la parte más voluminosa de estos equipos. Los componentes magnéticos suelen ser los elementos de mayor tamaño de cuantos constituyen la fuente de alimentación. Los TPs, basados en un acoplamiento mecánico, surgen como alternativa a los transformadores magnéticos en este tipo de aplicaciones, gracias a las ventajas que proporcionan: alta densidad de potencia, ganancia de tensión elevada, menor nivel de interferencias electromagnéticas (EMI) y elevado nivel de aislamiento eléctrico. Las aplicaciones actuales desarrolladas con TPs se basan en optimizar el rendimiento y el tamaño del componente, pero se necesita añadir componentes magnéticos en la topología del convertidor. En esta Tesis se propone una nueva metodología de diseño de los TPs que permite optimizar el convertidor completo en lugar del componente. Para ello se ha trabajado en la adaptación de los modelos eléctricos existentes. El alcance de estos modelos eléctricos es muy limitado, ya que no se tiene en cuenta la influencia de la geometría externa del TP que puede producir vibraciones indeseadas en otras direcciones distintas de la de transferencia de energía. Las herramientas de elementos finitos (HEF) permiten simular estos efectos, pero no generan un modelo eléctrico. En esta Tesis, se establece de manera original un procedimiento para calcular los parámetros de los modelos eléctricos existentes a partir de la información proporcionada por las HEF o en su caso por las medidas realizadas en el propio TP. El modelo obtenido es válido para el tipo de estructuras consideradas en esta Tesis cuya dirección principal de vibración es el espesor del dispositivo (thickness mode en la literatura anglosajona). Mediante estos modelos, se ha establecido de manera original un procedimiento de diseño del TP a partir de las especificaciones del convertidor. También se ha propuesto una nueva distribución de los electrodos del TP que posibilita reducir e incluso eliminar los componentes magnéticos de la topología del convertidor. Además se ha estudiado la fijación del TP a la PCB dado que es un aspecto crítico en su funcionamiento. Se ha propuesto un método de sujeción que permite optimizar el acceso a los terminales de conexión eléctrica del TP. Adicionalmente al trabajo en el diseño del TP, se han propuesto mejoras desde el punto de vista de la topología del convertidor. Se han comparado las distintas formas de gobierno del TP y se ha propuesto de forma original el gobierno del TP a frecuencia inferior a la de resonancia del componente (gobierno subarmónico). Esta forma de gobierno posibilita la reducción de la frecuencia de trabajo de los interruptores de la etapa inversora mientras que mantiene suficientemente alta la frecuencia de trabajo del TP. Esta permite reducir las pérdidas de conmutación de la etapa de potencia. Las ventajas de la metodología de diseño propuesta, se han evaluado comparando los resultados obtenidos con las muestras diseñadas, y las soluciones comerciales existentes con componentes magnéticos. Por último, los resultados experimentales obtenidos sobre un prototipo de laboratorio muestran la viabilidad del empleo de TPs en el tipo de aplicaciones consideradas, sin necesidad de emplear ningún elemento magnético adicional.