Tesis:
Aportaciones al diseño, integración de componentes magnéticos y control de convertidores cc-cc multifásicos con entrelazado.
- Autor: ZUMEL VAQUERO, Pablo
- Título: Aportaciones al diseño, integración de componentes magnéticos y control de convertidores cc-cc multifásicos con entrelazado.
- Fecha: 2005
- 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: Esta tesis se enmarca dentro del campo de la electrónica de potencia y más concretamente en el estudio de convertidores conmutados CC-CC multifásicos con entrelazado. Esta técnica consiste en poner en paralelo varios convertidores idénticos CC-CC (llamados fases), haciéndolos funcionar desfasados en el tiempo. Los convertidores multifásicos con entrelazado se han utilizado en los últimos años en aplicaciones como sistemas de alimentación dual en automóviles, módulos reguladores de tensión para alimentación de microprocesadores, etc. Las ventajas principales que se pueden obtener son la reducción de los filtros, la reducción de las interferencias electromagnéticas, la mejora en la respuesta dinámica y el aumento de la densidad de potencia. El objetivo de esta tesis es estudiar y valorar las ventajas que se pueden obtener al emplear un alto número de fases, frente a las alternativas convencionales de utilizar pocas fases. Se han estudiado diversos aspectos de estos convertidores: diseño de los componentes pasivos (bobinas y condensadores), reparto de carga entre las fases, control digital, emisión de interferencias electromagnéticas, acoplamiento magnético entre fases e integración de componentes magnéticos. Desde el punto de vista de los componentes pasivos (bobinas y condensadores) se han determinado criterios generales de diseño para reducir el volumen y tamaño de las bobinas. También se ha estudiado cómo reducir la capacidad de los condensadores teniendo en cuenta los efectos reales de los convertidores, como son las tolerancias en el valor de las bobinas. El control digital ha sido abordado desde el punto de vista de la generación de los pulsos de control de los interruptores, siendo también una herramienta fundamental para alcanzar un buen reparto de carga entre las fases. Se proponen criterios de diseño para lograr un reparto de carga pasivo, es decir, sin añadir componentes adicionales y lazos de control, reduciendo el coste total del convertidor. Las interferencias electromagnéticas se reducen en gran medida al emplear convertidores multifásicos con entrelazado, con la consiguiente reducción de los filtros de entrada. En este sentido se ha cuantificado el efecto de no idealidades de los componentes. Finalmente se ha abordado el acoplamiento magnético entre fases. Las principales ventajas que se pueden obtener son la reducción del tamaño de los componentes magnéticos y la mejora en la respuesta dinámica. A partir del estudio teórico del acoplamiento entre fases se proponen diversas estrategias de integración de componentes magnéticos, prestando especial atención a la reducción de volumen de los mismos. Los resultados han sido validados experimentalmente mediante la construcción de varios prototipos. Así, se han construido prototipos de 4, 16 y 36 fases para un sistema dual de alimentación del automóvil. Las ventajas obtenidas han sido la reducción de la capacidad de condensadores y la reducción el volumen de las bobinas, manteniendo un alto rendimiento. También se ha validado experimentalmente la reducción de interferencias electromagnéticas en un convertidor con corrección del factor de potencia de 10 fases. Finalmente, se han construido diversos componentes magnéticos integrados para convertidores multifásicos, reduciendo el volumen respecto de los convertidores con bobinas desacopladas.