Tesis:
Aportaciones al diseño de fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia y baja potencia para transmisión de energía en aplicaciones sin contacto.
- Autor: FERNANDEZ HERRERO, Cristina
- Título: Aportaciones al diseño de fuentes de alimentación conmutadas de alta frecuencia y baja potencia para transmisión de energía en aplicaciones sin contacto.
- 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: GARCIA SUAREZ, Oscar
- Resumen: Este trabajo de investigación está centrado en la Electrónica de Potencia, en el diseño de fuentes de alimentación CC/CC que requieren no establecer contacto entre la fuente de energía y la carga, llamadas de transferencia de energía "sin contacto". La fuente de alimentación está dividida en dos partes con independencia física, de modo un transformador magnético funciona como nexo energético entre la fuente energía y la carga. Cada uno de los devanados del transformador está en cada una de estas partes: el primario junto a la fuente de energía y el secundario junto a la carga. Cuando los devanados primario y secundario están suficientemente cerca se produce el acoplamiento magnético y se transfiere energía a la carga. Debido al bajo acoplamiento del transformador, la transferencia de energía es bastante ineficiente. El objetivo primordial de esta tesis es proporcionar unas reglas de diseño sencillas, orientadas a la mejora del rendimiento de fuentes de alimentación conmutadas CC/CC para aplicaciones de transferencia de energía sin contacto con muy baja potencia de funcionamiento (mili vatios). Está especialmente orientada al aumento de autonomía de un implante de cóclea (implante auditivo que permite percibir sonidos a pacientes completamente sordos mediante la estimulación directa del nervio auditivo). Las principales aportaciones originales del presente trabajo pueden resumirse en los siguientes puntos: Análisis de sensibilidad para la obtención de reglas de diseño del transformador. Empleando una herramienta de elementos finitos se ha podido establecer una relación entre los parámetros geométricos del transformador (dimensiones de los devanados, dimensiones de las pistas) y sus parámetros eléctricos (inductancia, capacidad, resistencia, acoplamiento). Presentación de un procedimiento de diseño de los transformadores de bajo acoplamiento sin núcleo magnético que permite maximizar el acoplamiento, minimizar la resistencia y obtener la inductancia precisa en los devanados del transformador. Este procedimiento está basado en la combinación de métodos analíticos y simulación con herramientas de elementos finitos. Metodología de modelado de convertidores CC/CC resonantes mediante técnicas clásicas de alterna sustituyendo la etapa rectificadora por una impedancia equivalente, teniendo en cuenta las capacidades parásitas de los diodos rectificadores. El tiempo de carga y descarga de estas capacidades parásitas no es despreciable en los casos de muy baja corriente de salida, y su efecto debe que ser considerado en el análisis del circuito. Presentación de un convertidor con inversor de único interruptor, tanque resonante serie en el secundario y rectificador de media onda. Con este convertidor CC/CC se consigue mejorar el rendimiento frente a convertidores para aplicaciones con transferencia de energía sin contacto ya existentes en el estado de la técnica. Modelos de los convertidor con tanque resonante serie o tanque resonante paralelo y rectificador de media onda, considerando el efecto ya mencionado de las capacidades parásitas de los diodos. Los modelos propuestos han sido validados mediante simulación y mediante la construcción y medida de prototipos. Análisis empleando los modelos propuestos del funcionamiento de los convertidores antes mencionados: efecto de las capacidades parásitas de los diodos rectificadores, diseño del tanque resonante, efecto de la variación del acoplamiento y efecto de la variación de la carga. Estos procedimientos de diseño, modelado y análisis han servido para el desarrollo de dos prototipos de fuentes de alimentación para implantes de cóclea, que mejoran significativamente la autonomía de los sistemas actualmente comercializados. Se han conseguido por tanto los objetivos propuestos al inicio de esta tesis de mejora de la autonomía y aumento del tiempo de vida de las baterías, llegando a doblarse la autonomía en los mejores casos.