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Ciencia & Tecnología

Metodología facilita diseño de convertidores electrónicos

Con un software de análisis y simulación, los ingenieros podrán caracterizar el comportamiento de sus diseños de convertidores electrónicos de potencia antes de invertir tiempo y dinero en un prototipo real

Manizales, 14 de junio de 2019Agencia de Noticias UN-

Metodología que optimiza tiempo y dinero.

Este simulador presenta ventajas frente a los ya existentes.

Herramienta que facilita el trabajo de los ingenieros.

Los convertidores son necesarios para la función de los electrodomésticos.

Simplifica la investigación de estos convertidores.

El simulador permite saber si el diseño de un convertidor es el adecuado.

Los convertidores electrónicos son dispositivos ampliamente utilizados en la vida cotidiana para transformar la energía eléctrica en formas y magnitudes adecuadas para cada tipo de aplicación. Por ejemplo, los cargadores de los teléfonos móviles reciben señales alternas de voltaje a 120 voltios y entregan voltajes continuos en niveles inferiores a los 10 voltios.

La tarea del convertidor es transformar la potencia eléctrica mediante el cambio de forma de onda (alterna o continua) y la amplificación o reducción de los niveles de voltaje y corriente.  Estas transformaciones son necesarias dado que los aparatos eléctricos y electrónicos trabajan con diferentes niveles y formas de energía. Por ejemplo, mientras que las lavadoras y neveras trabajan con niveles altos de corriente alterna, los computadores y celulares operan con niveles bajos de corriente continua.

Una de las etapas más importantes en el proceso de diseño de cualquier dispositivo electrónico es la simulación. La necesidad de analizar y simular el desempeño de los convertidores electrónicos, llevó a Guillermo León Gallo Hernández, en su tesis de doctorado en Ingeniería - Línea Automática de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, a desarrollar una librería en MATLAB llamada PCS (Power Converter Simulator), la cual les permite a los ingenieros caracterizar el comportamiento de sus diseños antes de hacer un prototipo real. En informática, una librería es un conjunto de implementaciones funcionales, codificadas en un lenguaje de programación.

En el mercado existen simuladores especializados para convertidores electrónicos. Sin embargo, además de los altos costos que se debe pagar por las licencias, estas aplicaciones no permiten modificar fácilmente los esquemas de simulación. Esta última restricción dificulta los análisis más elaborados que requieren de variaciones paramétricas y miles de simulaciones. En ese sentido, el investigador creó una metodología y una librería para la simulación de convertidores de una forma sistemática, que a diferencia de las aplicaciones comerciales, posee herramientas útiles para facilitar el análisis.

Entre las posibilidades que ofrece la librería creada figuran el análisis de bifurcaciones y la detección, continuación y evaluación de estabilidad de órbitas periódicas.

La tesis “Simulación automática de convertidores electrónicos de  potencia DC-DC” plantea la metodología para el análisis y simulación de convertidores electrónicos de corriente continua. Cada capítulo muesra ejemplos ilustrativos de convertidores simulados con la librería PCS. 

Diferentes topologías

Obteniendo una información precisa sobre la descripción del circuito a simular, más los parámetros del convertidor, una ley de control que determine la regulación y el tiempo que los investigadores requieran para analizar su convertidor, se inicia la metodología creada por el Doctor en Ingeniería - Línea Automática de la UNAL. 

El simulador desarrollado genera las diferentes topologías de los convertidores de acuerdo con los estados ON – OFF de sus dispositivos semiconductores (diodos y transistores), los cuales funcionan como interruptores, permitiendo u obstaculizando el flujo de la corriente.  

“Si tengo un convertidor con un diodo podrán presentarse dos topologías: una, cuando el diodo esté prendido, y la otra, cuando esté apagado. En cambio, si tengo un convertidor con dos diodos, podrán presentarse cuatro topologías: una, cuando un diodo esté encendido y el otro diodo apagado; otra, en la situación inversa; una tercera, cuando ambos estén encendidos y la última, cuando ambos estén apagados. En general, se trata de una relación exponencial de potencias de 2”, detalló el diseñador de esta metodología.  

Al tener la información, la metodología creada genera las posibles topologías del convertidor de potencia DC DC permitiendo saber en tiempo real, cuál de estas es la más adecuada para determinadas condiciones.

Después de conocer con certeza la topología en la que está operando un convertidor, se simula su respuesta transitoria hasta detectar que algún semiconductor conmute; en ese caso debe repetirse el procedimiento para hallar una nueva topología adecuada para las nuevas condiciones. De esta manera es como el investigador simula el comportamiento de un convertidor antes de llevarlo a la realidad física. 

(Por: fin/LAGT/MLA/LOF
)
N.° 367

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