9.5 TOPOLOGA PUENTE

Los interruptores en semi -puente que hemos estado usando para crear una

onda cuadrada de corriente o voltaje tiene la desventaja de que se requieren

dos fuentes dc, Vdc o Idc y que cada interruptor se somete a un esfuerzo de

tensin igual a 2Vdc o a un esfuerzo de corriente de 2Idc. Usando cuatro

interruptores en puente completo, podemos utilizar una sola fuente dc, lo q

reduce la individualidad del esfuerzo en el interruptor y la obtencin de un

mtodo adicional de control. Por supuesto, ahora tenemos el doble de los

interruptores.

9.5.1 Control de potencia

Hemos discutido de cmo controlar el nivel de la potencia en un convertidor

resonante moviendo la frecuencia de conmutacin de arriba abajo la parte

empinada de la impedancia del filtro resonante frente caractersticas de

frecuencia. Este mtodo de control tiene dos desventajas. El primero es el

lmite de hasta donde podemos variar Ws a Wo, arriba o hacia abajo ya sea por

cambiar las limitaciones o la presencia del tercer armnico en Va o Ia. La

segunda es que si la Q del circuito LRC es muy alta, la curva de impedancia es

muy amplia cerca de Wo. Esta amplitud requiere un gran cambio en la

frecuencia para lograr una amplia gama de control. El resultado es q el control

de la potencia sobre el rango deseado se dificulta a veces.

Una solucin a este problema para el convertidor resonante en serie se

muestra en la fig. 9.16(a), cuando la carga se coloca dentro de un puente

completo de interruptores. En t=0, S2 y S4 ON, entonces Va=0. En =

, S2

pasa a Off y S1 pasa a ON, y Va = Vdc. En t=( )/, S4 pasa a Off y S3

a ON, dando Va=0. Esta secuencia de conmutacin contina y da lugar a la

forma de onda de Va que se muestra en la fig. 9.16(a). Tambin podemos ver

esta forma de onda como el resultado de la suma de dos ondas cuadradas de

amplitud Vdc/2 que estn desplazadas en fase entre s por . Si Vdc est

divido de manera que el punto central Vdc/2 es accesible, podemos visualizar

cmo cada semipuente S1,2 y S3,4 crea una de las ondas cuadradas entre el

punto central semi-puente y la fuente. Llamamos a la forma de onda Va fig.

9.16(a) una cuasi onda cuadrada. Su componente fundamental es

Fig. 9.16 (a) Voltage-source case.

Si Ws=Wo, esta componente fundamental aparece a travs de la resistencia de

carga. Por tanto, podemos controlar la tensin de carga mediante la variacin

de 0 a /2, mientras se cumpla Ws=Wo. Adems de la amplia gama de control

que ofrece esta topologa, existe la ventaja aadida de que la frecuencia de

conmutacin se mantiene constante para aquellas situaciones en las que esta

condicin es deseable. (Una de las ventajas del control de frecuencia constante

es que podemos utilizar filtros sintonizados de alta-Q para eliminar ruido de

conmutacin de frecuencias de los equipos sensibles externa al circuito de

potencia).

Dividir el inductor o el condensador es todava posible con el circuito puente.

Tambin podemos usar la topologa puente para el convertidor resonante en

paralelo, como se muestra en la fig. 9.16(b).

9.6 CONTROL DE MODO DISCONTINUO

Hasta ahora, en este captulo hemos hablado de convertidores resonantes que

son operados con lo que se llama control de modo continuo. En este modo, los

interruptores se controlan de manera que la corriente resonante Ia, en los

convertidores de voltaje de fuente, o tensin Va en los convertidores de fuente

de corriente, es continuo. Por continua nos referimos a que la oscilacin no se

interrumpe. Otra manera de operar el convertidor resonante es con el control

en modo discontinuo. En este modo la variable de corriente o tensin de

resonancia se interrumpe cada ciclo o semi-ciclo, y durante estas

interrupciones la variable por lo general tiene un valor de cero. El control de

potencia es obtenido por la variacin de la duracin de la interrupcin, tanto

como en el control del ciclo de trabajo de los convertidores dc/dc.

9.6.1 Funcionamiento bsico modo discontinuo.

El convertidor resonante serie bsico que opera bajo control de modo

discontinuo se muestra en la fig. 9.17. El transistor Q1 se activa, la corriente de

carga circula primero positivamente y de vuelta negativamente a travs de D1.

Mientras D1 est encendido, Q1 est apagado pero Q2 an no est activado.

Cuando la corriente vuelve a cero D1 se apaga, los cuatro dispositivos

semiconductores estn apagados o desactivados y Ia es cero. Despus de un

perodo de tiempo durante el cual no circula corriente hacia la carga, Q2 se

enciende y la secuencia de conmutacin se repite en la otra mitad del circuito,

completando el ciclo. Figura (b) muestra la forma de onda resultante de la

carga de corriente Ia.

Este modo de operacin elimina las prdidas de conmutacin sin tener que

cambiar los elementos del filtro. Siempre que un interruptor est ON, su

tensin pasa a cero, pero las corrientes empiezan en cero y se eleva con una

di/dt limitado debido a la inductancia del filtro. Del mismo modo, cuando un

interruptor se apaga, este regresa lentamente a cero, reduciendo los problemas

de recuperacin inversa del diodo.

El aspecto negativo del modo de control discontinuo es que la forma de onda

de salida, hora tiene regiones de valor cero, ya no es una sinusoide. Pero hay

muchas aplicaciones, tales como calentamiento por induccin alta frecuencia y

balastos de estado slido para lmparas fluorescentes, para una onda CA libre

de armnicos no es necesario.

EJEMPLO 9.5 CONVERSIN DE RESONANCIA CON CONTROL MODO

DISCONTINUO.

Queremos encontrar la energa total suministrada a la carga durante cada

oscilacin del convertidor resonante en serie de la fig.9.17(a). Vamos a

enfocarnos en la oscilacin iniciada por S1 y encontrar la forma de onda de la

corriente de carga resultante.

Primero tenemos que especificar las condiciones iniciales para la oscilacin. La

corriente inicial del inductor ia(0) es cero por definicin de control de modo

discontinuo.

El voltaje inicial del capacitor Vc(0) requiere un poco de anlisis , sin embargo,

debido a que la excursin positiva de la oscilacin no es simtrica con la

excursin negativa, debido a la amortiguacin introducida por R.

Como resultado, la carga suministrada a C durante la excursin positiva de ia is

mayor que la carga removida durante la excursin negativa.

Por lo tanto, al final del ciclo amortiguado de la oscilacin, el capacitor es

cargado a un voltaje mayor con la que se inici.

En el estado estacionario, este aumento en la tensin del capacitor es

equilibrado por una disminucin de la oscilacin iniciada por S2, por lo que la

carga neta transferida a C es cero durante un ciclo completo.

Si asumimos que Vc(0)=-Vco cuando el interruptor superios est cerrado la

corriente en la carga is

(9.67)

Donde alfa=R/2L, Q=wo/2*alfa, y wd=.. . Esta corriente deja de fluir en

t=2*pi/wd, Cuando se ha completado un ciclo de oscillation. Si integramos la

corriente de carga apartir de t=0 a t=2*pi/wd, nos encontramos con que la carga

neta transferida al condensador es

(9.68)

En el estado estacionario, la simetra requiere que el voltaje del capacitor

correspondiente a este cambio en la carga es Vc(T/2)=+Vco, el negativo de

Vc(0). Por lo tanto:

(9.69)

(9.70)

La energa suministrada a la carga durante un ciclo de conmutacin completa

est dada por:

(9.71)

La potencia es

(9.72)

Es una funcin lneal de frecuencia de conmutacin ws=2*pi/T, siempre y

cuando ws sea suficientemente baja para mantener la conduccin discontinua.