CONVERTIDOR CC/CC PARA REGULAR LA POTENCIA … · El diagrama de Bode de Vs/d presenta la siguiente...
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Marzo 2008 Madrid CONVERTIDOR CC/CC PARA REGULAR CONVERTIDOR CC/CC PARA REGULAR LA POTENCIA DE LOS PANELES SOLARES LA POTENCIA DE LOS PANELES SOLARES DE UN SATÉLITE CON ALTA TENSIÓN DE UN SATÉLITE CON ALTA TENSIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE DISTRIBUCIÓN Centrode Electrónica Industrial (CEI) [email protected] Universidad Politécnica de Madrid Universidad Politécnica de Madrid
Transcript of CONVERTIDOR CC/CC PARA REGULAR LA POTENCIA … · El diagrama de Bode de Vs/d presenta la siguiente...
Marzo 2008
Madrid
CONVERTIDOR CC/CC PARA REGULARCONVERTIDOR CC/CC PARA REGULAR
LA POTENCIA DE LOS PANELES SOLARESLA POTENCIA DE LOS PANELES SOLARES
DE UN SATÉLITE CON ALTA TENSIÓNDE UN SATÉLITE CON ALTA TENSIÓN
DE DISTRIBUCIÓNDE DISTRIBUCIÓN
Centro de Electrónica Industrial (CEI)
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Universidad Politécnica de MadridUniversidad Politécnica de Madrid
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Marzo 2008
Marco general del proyectoMarco general del proyecto
Proyecto BepiColombo
Misión espacial de exploración a Mercurio
ColaboraciónUPM-CEI
EADS ASTRIUM CRISA
Cliente finalESA
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Marzo 2008
ObjetivosObjetivos
Objetivos en el proyecto BepiColombo:
Diseño y construcción de la fuente de alimentación del satélite
Análisis de una serie de topologías candidatas
Implementación física de las que mejor tengan bajo las especificaciones dadas
PANELES SOLARES SATÉLITE
CONVERTIDOR
CC/CC
Modos de control:
Conductancia
MPPT (Maximum Power Point Tracker)
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Marzo 2008
Esquema eléctrico del sistema y modos de controlEsquema eléctrico del sistema y modos de control
PANELPANEL
#1#1CONV.CONV.
#1#1
PANELPANEL
#2#2CONV.CONV.
#2#2
PANELPANEL
#n#nCONV.CONV.
#n#n
...
...
485W
485W
485W
16kW
100V
1.1mF
PANELPANEL
#1#1CONV.CONV.
#1#1
PANELPANEL
#2#2CONV.CONV.
#2#2
PANELPANEL
#n#nCONV.CONV.
#n#n
...
...
485W
485W
485W
16kW
100V
1.1mF
Diversas topologías elevadoras evaluadas:
Elevador convencional
Elevador con entrelazado
Elevador con bajo rizado
Elevador con bobinas acopladas y red de cancelación de rizado a la entrada
Elevador con dos bobinas y mejoras dinámicas
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40-96V
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Marzo 2008
Topología elevadora con mejoras dinámicasTopología elevadora con mejoras dinámicas
Topología propuesta originalmente en el artículo:
P.Rueda, S. Ghani, P.Perol; “ A New Energy Transfer Principle to achieve a Minimum Phase & Continuous Current Boost Converter”; PESC 2004
Nuevo principio de transferencia de energía
4
Ventajas sobre el convertidor elevador convencional:
Corriente continua a la salida
MOSFET puesto a tierra
Cancelación del cero en el semiplano derecho
CoCb
Lb_b LoLb_a
Db
A
VLb_a
0
VA
VO
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CoCb
Lb_b LoLb_a
Db
A
VLb_a
0
VA
VO
Topología propuesta originalmente en el artículo:
P.Rueda, S. Ghani, P.Perol; “ A New Energy Transfer Principle to achieve a Minimum Phase & Continuous Current Boost Converter”; PESC 2004
Nuevo principio de transferencia de energía
4’
Ventajas sobre el convertidor elevador convencional:
Corriente continua a la salida
MOSFET puesto a tierra
Cancelación del cero en el semiplano derecho
TON
Topología elevadora con mejoras dinámicasTopología elevadora con mejoras dinámicas
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CoCb
Vg-Vs
Vg
(Vg-Vs)/n (Vg-Vs)/n
VsVs
Vs
Lb_a Lb_b Lo
Funcionamiento de la topologíaFuncionamiento de la topología
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Ton
Toff
CoCb
Vg
Vg
Vg/n Vg/n
VsVs
Lb_a Lb_b Lo
Vs
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Consideraciones de diseñoConsideraciones de diseño
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n=ULb_a/ULb_b parámetro adicional en el diseño del convertidor
n alto:
Menores rizados de corriente
Menor tamaño de los componentes magnéticos
Desde el punto de vista del diseño eléctrico interesa un valor de “n” grande
Rizados de corriente a la entrada y salida del convertidor
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Frequency
100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz
P(V(LO:2))
-600d
-400d
-200d
0d
DB(V(LO:2))
-100
-50
0
50
SEL>>
Análisis en frecuencia (I)Análisis en frecuencia (I)
La topología elevadora presentada en el artículo tiene mejoras dinámicas mayor ancho de banda del convertidor
El diagrama de Bode de Vs/d presenta la siguiente forma:
-40dB/dec
-540º
Módulo
Fase
fase (
gra
dos)
módulo
(dB
)
Dos Ceros en el Semiplano Derecho y Cuatro Polos
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frecuencia (Hz)
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Frequency
100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz
P(V(LO:2))
-200d
-100d
0d
100d
SEL>>
DB(V(LO:2))
-50
0
50
100
-40dB/dec
Análisis en frecuencia (II)Análisis en frecuencia (II)
Pero para ciertos diseños eléctricos se observa el siguiente diagrama de Bode:
Módulo
Fase
-180º
fase (
gra
dos)
módulo
(dB
)
Dos Polos y un Par Doble Polo-Doble Cero Conjugado
El convertidor se comporta como se expone en el artículo
Se puede obtener un ancho de banda 15 veces superior al del
convertidor elevador convencional para las mismas especificaciones
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frecuencia (Hz)
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Determinar que parámetros y para que valores se modifica la respuesta en frecuencia Función de transferencia
Frequency
100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz 100KHz 300KHz 1.0MHz
P(V(LO:2))
-200d
-100d
0d
100d
SEL>>
DB(V(LO:2))
-50
0
50
100
-40dB/dec
Análisis en frecuencia (II)Análisis en frecuencia (II)
Pero para ciertos diseños eléctricos se observa el siguiente diagrama de Bode:
Módulo
Fase
-180º
fase (
gra
dos)
módulo
(dB
)
Dos Polos y un Par Doble Polo-Doble Cero Conjugado
8’
frecuencia (Hz)
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Marzo 2008
Función de transferenciaFunción de transferencia
Diferencia entre los dos tipos de respuesta dinámica signo de la parte real de los ceros de la fdt de Vs/d
Numerador de fdt Dos ceros cuya parte real cambia de signo
según el valor de los parámetros "n" y "d"
d+n>1 Dos ceros en el semiplano derecho
d+n<1 Sin ceros en el semiplano derecho
d: ciclo de trabajo
n: relación de
transformación de
las bobinas
acopladas
Condición de cancelación: d+n<1
RL Rts( ) L1 Ig Rt s L1 Ig D1 D1 Vs Rt Vs s
2L1 C1
s4
L1 C1 Rt2
L2 RL C2 s3
L1 C1 Rt2
L2 s2
L1 C1 Rt2
RL D12
Rt2
s2
L2 RL C2 D12
Rt2
s L2 D12
Rt2
RL s2
L1 Rt2
RL C2 s L1 Rt2
2 s2
L1 Rt D1 RL C2 2 s L1 Rt D1 s2
L1 D12
RL C2 s L1 D12
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PrototipoPrototipo
Construcción de un prototipo en una placa de circuito impreso
Fotografía del prototipo Formas de Onda:
VGS
VDS
iLb_a VGS (10V/div)
VDS (50V/div)
ILb_a (5A/div)
T (4μs)
VGS
VDS
iLb_a
VGS
VDS
iLb_a VGS (10V/div)
VDS (50V/div)
ILb_a (5A/div)
T (4μs)
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Validación de los diagramas de BodeValidación de los diagramas de Bode
Comparación de los diagramas de Bode medidos y simulados de Vs/d para el prototipo definitivo
Diagrama de
Bode simulado
Diagrama de
Bode medido
Se comprueba la validez del
modelo simulado respecto al
prototipo
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Marzo 2008
d+n>1
Verificación de la condición de cancelación Verificación de la condición de cancelación
d=0.53 y n=0.45 d+n<1 Sin ceros en el semiplano derecho
d=0.56 y n=0.45 d+n>1 Con ceros en el semiplano derecho
Construcción de un prototipo preliminar para:Verificar la condición de cancelación d+n<1
Verificación de la condición de cancelación de los ceros en el semiplano derecho
Se verifica la condición de cancelación de ceros en
el semiplano derecho d+n<1
d+n<1
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