APPENDIX D – TESTING RELATED PROJECT DELIVERABLES

3.2.1 Simulaciones con Carga Resistiva Pura.

Las simulaciones del convertidor trabajando con carga resistiva pura se hicieron en MATLAB. Las corridas se hicieron para diferentes valores del ciclo de trabajo, para poder observar la importancia que reviste el control del mismo en la obtención del voltaje de salida.

Como elemento de potencia se emplea un transistor MOSFET y para el control se utiliza la modulación del ancho de pulso o técnicas PWM. El diagrama de circuito con el cual se hicieron las corridas del convertidor aparece en el anexo IV.

La primera simulación corresponde al valor de k = 0.25, para un voltaje de entrada de Vi = 20 V y la frecuencia de 20 kHz (Fig. 3.10).

40 Fig. 3.10. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga R para k = 0.25.

Para este valor de k el convertidor responde de manera muy favorable, dando como resultado un voltaje de salida superior al de entrada, pues el transistor solo está activado el 25 % del periodo T.

Remitiéndose a la expresión (2.28) y (2.29) se puede calcular el valor del voltaje promedio la corriente a través del inductor L para estas condiciones, dando V0 26.6 V y Ii 1.77A

respectivamente. Si se comparan estos valores con los obtenidos por la corrida, se observa que coinciden por lo que se puede afirmar que para estos parámetros de diseño la respuesta del convertidor es la esperada.

Siguiendo el procedimiento anterior se analizan las respuestas del convertidor para k = 0.5, para el mismo circuito inicial, un valor de voltaje de entrada de 20 V y la frecuencia 20 kHz. El resultado de la simulación se muestra en la Fig. 3.11.

41 Fig. 3.11. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga R, para k = 0.50.

Los resultados obtenidos de modelar el convertidor Boost con carga resistiva pura y un ciclo de trabajo k = 0.50, aplicando el simulador matemático MATLAB, son comparados con los obtenidos de correr el mismo modelo con el simulador PSpice. El modelo se ejecutó colocando como dispositivo de potencia un transistor MOSFET y el control por modulación de ancho de pulsos. El modelo de circuito mostrado para la corrida aparece en el anexo V, en la Fig. 3.12 se muestran las respuestas obtenidas por la simulación hecha en PSpice.

42 convertidor elevador, para k = 0.50 y frecuencia de 20 kHz.

La Fig. 3.12 corrobora los resultados que se habían obtenido hasta el momento, demostrando la rapidez de respuesta que tiene el convertidor elevador. Para este valor de k el voltaje de salida aumenta más, pero también lo hace el factor de rizado.

Para un valor de k = 0.75 y el propio circuito del anexo IV, se realizó una tercera corrida para poder analizar como trabaja este convertidor con valores altos (cercanos a la unidad) del ciclo de trabajo. La respuesta se muestra en la Fig. 3.13.

Fig. 3.13. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga R, para k = 0.75.

También se hicieron corridas con k = 0.50, V = 20 V, pero variando la frecuencia de trabajo para ver el efecto de la misma sobre el rizado del voltaje de salida. Los resultados son mostrados en las Fig. 3.14 y 3.15.

43 Fig. 3.14. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga R, para k = 0.50 y frecuencia

de 100 kHz.

Fig. 3.15. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga R, para k = 0.50 y frecuencia de 200 kHz.

44 del valor de la frecuencia de trabajo.

3.2.2 Simulaciones con Carga R-L-Fem.

Para estas condiciones de carga también se hicieron simulaciones para diferentes valores del ciclo de trabajo. La primera corrida se realizó con k = 0.25, V = 100 V y la frecuencia de 100

kHz. La respuesta es mostrada en la Fig. 3.16.

Fig. 3.16. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga, para k = 0.25.

Según la figura anterior, el convertidor responde de la manera esperada, aunque el tiempo de establecimiento ha aumentado comparado con la corrida hecha para la carga resistiva pura.

La segunda simulación fue hecha para Vi = 100 V, k = 0.50 y la frecuencia f = 100 kHz y aparece

45 Fig. 3.17. Corriente por la inductancia L y voltaje en la carga, para k = 0.50.

3.2.3 Análisis de los Resultados de las Simulaciones.

El convertidor elevador requiere de un solo transistor, es sencillo y tiene una alta eficiencia generalmente superior al 90%.

Basados en la ecuación (2.32) y en las simulaciones realizadas en MATLAB Simulink se puede plantear que el voltaje de salida del convertidor elevador es totalmente dependiente del ciclo de trabajo, concluyendo que el aumento de k provoca también el aumento del voltaje de salida. Sin embargo, para valores de k que tiendan a la unidad, este se hace muy grande y resulta muy sensible a los cambios de k, tal como se muestra en la Fig. 3.18.

46 Al comparar la simulación en MATLAB Simulink con k = 0.5 y frecuencia de 20 kHz (Fig. 3.11) con la simulación en PSpice con igual valor del ciclo de trabajo y frecuencia del convertidor (Fig. 3.12), las respuestas obtenidas por ambos simuladores presentan similitud en cuanto al voltaje de estado estable, puesto que ambos alcanzan los 40 V y la corriente por el inductor L que se estabiliza a los 4 A. A pesar de responder con amortiguamientos diferentes, el tiempo de establecimiento para ambas características es de 5 ms.

Del análisis de las simulaciones para igual ciclo de trabajo y diferentes frecuencias del

convertidor (Fig. 3.11, 3.14 y 3.15) se manifiesta una disminución marcada de las componentes ondulatoria del voltaje en el capacitor y de la corriente en el inductor.

En las simulaciones con carga R-L-Fem cuando se conecta el capacitor de 100 F se manifiestan

oscilaciones que son provocadas porque este filtro capacitivo debe ser de mayor tamaño.

3.3 Convertidor Reductor-Elevador o Buck-Boost.