Capítulo II
II.2 Topologías generalizadas de conformadores de corriente tipo
serie (CCTS)
Los conformadores de corriente tipo serie constan de un convertidor CD/CD de una entrada y dos salidas (Fig.II.1), una de las salidas es la que va conectada a la carga, en tanto que, la segunda salida se retroalimenta con la entrada. La segunda salida también conocida como “célula CFP” se conecta en serie entre el puente rectificador y el capacitor de almacenamiento; es por esto, que bajo esta observación se ha optado por nombrarles como “Conformadores de Corriente Tipo Serie” (CCTS).
CB LB RL C onvertidor C D / C D Flyback o Forw ard V g ig(w t) ig(w t) VOFW
Salidia auxiliar o célula C FP
Fig.II.1 Conformador de Corriente Tipo Serie - CCTS
El inductor LB que emplean los CCTS puede operar tanto en MCD ó MCC. La operación en
MCD de este inductor demanda una corriente de línea con baja distorsión armónica debido a la propiedad natural que presenta el convertidor elevador al operar en MCD si el ciclo de trabajo es constante. En cambio, si se desea que el inductor LB opere en MCC, el ciclo de trabajo de éste es
distinto al del interruptor: un ciclo de trabajo constante del convertidor CD/CD (en estado estable) y un ciclo de trabajo variable para el inductor LB. La diferencia entre los dos modos de operación es
que la operación en MCD produce una baja distorsión armónica de la corriente de línea comparada con la operación en MCC. Por el contrario, la operación en MCC conduce a una eficiencia mayor comparada con la operación en MCD.
En la actualidad existen una gran cantidad de topologías de CCTS que presentan similitudes y diferencias, de modo que es posible hacer una generalización de estos circuitos. Todos estos CCTS se pueden clasificar en dos subfamilias: la primera de ellas como CCTS con célula CFP de tres terminales y la segunda como CCTS con célula CFP de dos terminales. Aunque la construcción física de cada subfamilia es topologicamente diferente, ambas son funcionalmente equivalentes.
II.2.1 CCTS con célula CFP de tres terminales.
Un CCTS típico se muestra en la Fig.II.2 [ 1 ].
CB Q D1D2 N1 LB NP NS C F R L T1 T1 Salida tipo Fly bac k o Forw ard A D C B
En la Fig.II.2 se muestra en un rectángulo con líneas punteadas la célula que realiza la CFP o que le da forma a la corriente de entrada, misma que incluye al inductor LB, los diodos D1,
D2 y el devanado N1. Una característica general de todo CCTS es que presenta dos rutas por
donde circula la corriente en la célula, en este caso la ruta ADC se usa para cargar al inductor LB
cuando el interruptor Q está encendido y la ruta ADB para descargar a LB cuando Q está apagado.
La célula con terminales ABC recibe el nombre de “célula CFP de tres terminales”.
El objetivo del devanado N1 es limitar el voltaje sobre el capacitor CB y mejorar la eficiencia
total del sistema. De hecho, cuando el interruptor Q está encendido, el voltaje inducido a través del devanado N1 se opone al voltaje rectificado de línea, esta forma de operación provoca que se
requiera un ciclo de trabajo grande para mantener el mismo producto volts-segundo a través de LB.
Sin embargo, el devanado N1 introduce una distorsión de la corriente de línea cerca de los cruces
por cero debido a que ésta no puede fluir cuando la tensión de línea instantánea es menor que la tensión inducida en N1.
Se puede mejora la eficiencia y la tensión en CB agregando otro devanado, en este caso,
N2, a la ruta de descarga ADB como se muestra en la Fig.II.3 [ 2 ].
RL N2 CB D1 D2 N1 LB NP NS C F T1 T1 Salida tipo Fly bac k o Forw ard T1 Q A D B C
Fig.II.3 CCTS con dos devanados adicionales N1 y N2 presentado en [2]
En el tiempo de descarga del inductor LB, la tensión inducida en el devanado N2 presenta la
misma dirección que el voltaje a través del capacitor CB. El efecto neto del devanado N2 sobre el
inductor LB es incrementar la tensión con la que se descarga dicho inductor. Otra característica
que presenta esta topología es que los devanados N1 y N2 se encuentran magnéticamente
acoplados al devanado secundario del transformador, por lo que además funciona para transferir energía directa desde la entrada a la carga.
En [ 3 ] y [ 4 ] se emplea un inductor o capacitor respectivamente para lograr la operación en MCC del inductor LB, Fig.II.4 y Fig.II.5 respectivamente. El objetivo del inductor L1 en la Fig.II.4 y
el capacitor C1 en la Fig.II.5 es proporcionar un ciclo de trabajo variable para el inductor LB
mientras que el ciclo de trabajo sobre el interruptor Q se mantiene relativamente constante durante el medio ciclo de línea. Por ejemplo, en la Fig.II.4 el inductor L1 modula el ciclo de trabajo del
inductor LB, (que lo llamaremos DLB) retardando el tiempo de conmutación de la corriente del
inductor desde la ruta ADB a la ruta ADC después de que el interruptor Q es encendido. Debido a que este tiempo de conmutación es proporcional a la corriente de línea y, por lo tanto, a la tensión de línea, el inductor LB continúa descargándose, el ciclo de trabajo DLB varía con la tensión de línea
aun cuando el ciclo de trabajo del interruptor Q se mantiene relativamente constante.
CB Q D1 D2 N1 LB NP N S C F RL T1 T1 Salida tipo Fly bac k o Forw ard L1 A D B C Fig.II.4 CCTS propuesto en [3]
TOPOLOGÍAS GENERALIZADAS DE CONFORMDORES DE CORRIENTE