Tesis profesional presentada por Osward Jiménez López

Licenciatura en Ingeniería en Electrónica y Computadoras. Departamento de Ingeniería Electrónica. Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Secretario y Director: Dr. Pedro Bañuelos Sánchez

Cholula, Puebla, México a 9 de julio de 2004.

Resumen

Actualmente la búsqueda de nuevas formas para generar energía eléctrica ha cobrado gran

importancia en todo el mundo. Y sin lugar a duda, el aprovechamiento de la energía solar

juega un papel muy importante en la producción de electricidad que puede ser procesada

con el uso de convertidores de energía eléctrica y empleada en un sin número de

aplicaciones tanto de CD (Corriente Directa) como de CA (Corriente Alterna).

En esta tesis se diseña y construye un Convertidor CD ? CD Reductor Resonante

alimentado con energía solar, que minimiza las pérdidas de potencia por conmutación

logrando una eficiencia en su funcionamiento superior a la de un convertidor con

conmutación dura (se le llama conmutación dura a aquella que se lleva a cabo cuando el

voltaje y/o la corriente en el interruptor son diferentes de cero). El sistema implementado

está compuesto por celdas solares, sirviendo como fuente de alimentación, el convertidor

CD ? CD resonante y uan carga resistiva de 50W.

Es importante mencionar que el proyecto se lleva acabo ajustándose al equipo y

material disponible en el Laboratorio de Ingeniería Electrónica de la Universidad. Se cuenta

con 2 celdas solares capaces de generar un voltaje de 38V y una corriente de hasta 3.5A,

ambos valores en CD.

El convertidor diseñado usa la técnica de Conmutación a Corriente Cero (ZCS: Zero

Current Switching) para generar una potencia de salida en CD de 50W, dejando abierta la

posibilidad de alcanzar hasta 300W de salida siempre y cuando se adquieran más celdas

solares.

PALABRAS CLAVE: Electrónica de Potencia, Convertidor CD-CD, ZCS (Zero

Current Switching), Alta Eficiencia, Energía Solar.

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CONVERTIDOR CD-CD REDUCTOR RESONANTE RESUMEN Y ORGANIZACIÓN

ALIMENTADO CON ENERGÍA SOLAR

ORGANIZACIÓN

En el Capítulo 1 se presentan los fundamentos básicos de la electrónica de potencia, de los

interruptores electrónicos, así como también del proceso de conversión de energía solar a

eléctrica. En el Capítulo 2 se realiza la explicación del funcionamiento de un Convertidor

Reductor con conmutación dura, en condiciones ideales. En el Capítulo 3 se ilustra el

análisis y diseño del Convertidor Reductor Resonante con Conmutación a Corriente Cero,

que es el objetivo principal del proyecto. El Capítulo 4 describe los detalles más

importantes de cada una de las tres etapas que constituyen al sistema en general: etapa de

control del interruptor, etapa de aislamiento y etapa de potencia. Las simulaciones del

Convertidor Resonante diseñado también aparecen en este capítulo. Posteriormente en el

Capítulo 5 se muestran todos los resultados arrojados por las pruebas experimentales

efectuadas al sistema. En seguida aparecen los comentarios y las conclusiones que surgen

del funcionamiento del proyecto. Inmediatamente se hace mención de toda la bibliografía

consultada. Y por último, en los Apéndices se ofrece toda la información complementaria

de ciertos dispositivos que forman parte en la implementación del proyecto.

Índice de contenido

Capítulo 1. Teoría basica de interruptores y energía Solar (archivo pdf, 188 kb)

  • 1.1 Introducción
  • 1.2 Interruptores electrónicos
  • 1.3 El diodo
  • 1.4 Transistores
  • 1.5 Energía solar: una energía garantizada para los próximos 6,000 Millones de años
  • 1.6 Celdas solares
  • 1.7 Conclusiones

Capítulo 2. Convertidor con conmutación dura (archivo pdf, 277 kb)

  • 2.1 Introducción
  • 2.2 Reguladores lineales de voltaje
  • 2.3 Un convertidor conmutado básico
  • 2.4 El convertidor reductor operando con conmutación dura
  • 2.5 Consideraciones de diseño
  • 2.6 Efectos no lineales en el funcionamiento de un convertidor
  • 2.7 Funcionamiento del convertidor con corriente discontinua
  • 2.8 Conclusiones

Capítulo 3. Convertidor cd - cd más eficiente (archivo pdf, 280 kb)

  • 3.1 Introducción
  • 3.2 Convertidores resonantes
  • 3.3 Circuito resonante en serie con capacitor en paralelo con la carga
  • 3.4 convertidor reductor resonante conmutado: conmutación a corriente cero
  • 3.5 Diseño del convertidor
  • 3.6 Conclusiones

Capítulo 4. Implementación del convertidor resonante (archivo pdf, 317 kb)

  • 4.1 Introducción
  • 4.2 Simulaciones
  • 4.3 Etapa de control del interruptor
  • 4.4 Etapa de aislamiento
  • 4.5 Etapa de potencia
  • 4.6 Conclusiones

Capítulo 5. Resultados (archivo pdf, 118 kb)

  • 5.1 Introducción
  • 5.2 Resultados de la etapa de control del interruptor
  • 5.3 Resultados de la etapa de aislamiento
  • 5.4 Resultados de la etapa de potencia
  • 5.5 Conclusiones del capítulo

Capítulo 6. Comentarios y Conclusiones (archivo pdf, 11 kb)

Referencias (archivo pdf, 7 kb)

Apéndice A. Datos tecnicos del timer lm555 (archivo pdf, 232 kb)

Apéndice B. Datos tecnicos del mosfet irfiz34e (archivo pdf, 232 kb)

Apéndice C. Datos tecnicos del driver ir4427 (archivo pdf, 232 kb)

Jiménez López, O. 2004. Convertidor CD - CD Reductor Resonante Alimentado con Energía Solar. Tesis Licenciatura. Ingeniería en Electrónica y Computadoras. Departamento de Ingeniería Electrónica, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Julio. Derechos Reservados © 2004.