Diseño, análisis e implementación de una fuente Switching Buck Multifase con un capacitor conmutado
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Date
2022-03-17
Authors
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Publisher
Universidad Católica de Santa María
Abstract
El presente documento muestra el diseño e implementación de una fuente de
alimentación conmutada capaz de proveer voltajes en el rango de 0.8Vcd a 2Vdc bajo cargas
de hasta 40 amperios a partir de una fuente de 12Vdc.
Para poder alcanzar una alta eficiencia y ocupar poco espacio en una tarjeta PCB es que
se desarrolla una topología de tres fases a altas frecuencias de conmutación, en donde se
tiene un capacitor en serie que reduce el voltaje de entrada para la conmutación de las tres
fases y, de esta manera no solo se reduce las pérdidas de conmutación, sino que también ya
no se requiere de un bajo ciclo de trabajo para obtener voltajes que son hasta diez veces
menos que el voltaje de entrada inicial.
La tesis primero establece las ecuaciones de diseño necesarias para analizar
principalmente el balance de corriente de las tres fases y el efecto del cambio de ciclo de
trabajo en la disminución de la amplitud del rizo de corriente y voltaje de salida, y a partir
de este análisis se escoge el valor de capacitores e inductores que conforman la fuente. En
este análisis se observa que para mantener la amplitud del rizado de corriente equitativa en
el modo de operación de alta carga (las tres fases a la vez) es necesario mantener la primera
fase trabajando al doble de frecuencia que la fase 2 y 3, lo que significa que el inductor de
la fase 1 debe tener una inductancia cercana a la mitad del inductor de la fase 2 y 3.
Posteriormente se diseña el compensador, para lo cual se obtiene el modelo promedio de los
conmutadores de cada fase. Y, con el modelo promedio se calcula la función de transferencia
del sistema de control, se grafican los diagramas de bode y se compensa la fuente mediante
un compensador de tipo III. Finalmente, se fabrica el prototipo y se valida la topología
propuesta.
Description
Keywords
Fuente conmutada, Capacitor en serie, Balance de corrientes, Compensador tipo III