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DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTOR: GIMÉNEZ PÉREZ, ÁLVARO DIRECTOR: IBÁÑEZ ESCOBAR, FERNANDO ESPECIALIDAD: ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO ÍNDICE GENERAL 1.- Objetivo del proyecto 2.- Especificaciones de diseño 3.- Etapa de potencia 4.- Etapa de control 5.- Simulación 6.- Presupuesto 7.- Conclusiones 2 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 1.- OBJETIVO DEL PROYECTO • Fuente de alimentación conmutada • Configuración Flyback • Control Tensión 3 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 2.- ESPECIFICACIONES DE DISEÑO • Inversor proporcionado de 400 W • Voltaje salida 12.75, con un rango de ± 2 V. • Eficiencia del 89%. • Salida de los paneles como entrada del convertidor • 4 placas en serie de 100 W • Voltaje de salida 17-20 V • Corriente de salida de 21.28 A 4 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 2.- ESPECIFICACIONES DE DISEÑO • La etapa de control se diseñará como lazo de control en modo tensión • Se emplea un ciclo de trabajo de 0.5 5 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 3.- ETAPA DE POTENCIA • C = 0,034 F ESR = 9,9 mΩ R = 0,406 Ω • L1 = 72,25 µH L2 = 40,66 µH • Los semiconductores seleccionados para el diseño son: • MOSFET, Vishay SiR638DP, con Idm de 50 A y una Rds_on de 18 mΩ • Diodo, Vishay VS-40EPS16PbF, con una Vrwm de 30 y una Ifm de 70 N12 = 1,33 6 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 4.- ETAPA DE CONTROL • La etapa de control será llevada a cabo por un lazo de control modo tensión • Modelo de convertidor Buck-Boost • Mismo comportamiento • Parámetros equivalentes • Vi’ = 12,753 V Li’ = 40,66 µH • Se trabaja primero con el modelo en DC 7 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 4.- ETAPA DE CONTROL • Del modelo de pequeña señal del convertidor se obtiene la función de transferencia • Se calculan sus parámetros: • Gv0 = 51,013 V • Wz1 = 4,902 Krad/s Wz2 = 4,993 Krad/s • Wn = 425,248 rad/s Q = 3,918 8 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 4.- ETAPA DE CONTROL • Diseño del lazo de control modo tensión. Valores de diseño: • Fc = 220 Hz • MF = 50º • Valores PWM: • • • Fm = 0,039 1/V Vm = 25,5 V Compensador Tipo 3 9 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 4.- ETAPA DE CONTROL • R1 = 100 kΩ • R2 = 89 kΩ • R3 = 3,998 kΩ • R_lower = 24,39 kΩ • C1 = 40,64 nF • C2 = 1,625 nF • C3 = 36,18 nF • Vref = 5 V 10 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Buck-boost lazo abierto 11 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Buck-boost lazo abierto Voltaje Intensidad 12 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Buck-Boost lazo cerrado 13 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Buck-Boost lazo cerrado Intensidad Voltaje 14 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Flyback lazo cerrado 15 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 5.- SIMULACIÓN • Flyback lazo cerrado Intensidad Voltaje 16 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 6.- PRESUPUESTO Coste de amortización de equipos Coste de personal 45,64 € Licencia de mathcad (student edition) Licencia de matlab (student edition) TOTAL Gastos generales de la empresa (20%) Beneficio (15%) 56,00 € Suma 5.918,98 € IVA (21%) 1.242,98 € TOTAL 7.161,96 € 3.782,8 € 500 € 4.384,44 € 876,88 € 657,66 € 17 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 7.- CONCLUSIONES • Se ha diseñado la etapa de potencia de una fuente conmutada en configuración Flyback • Se han calculado los componentes pasivos • Se han elegido los semiconductores de potencia • Se ha diseñado el circuito de control de la fuente conmutada • Se han calculado los valores del compensador • Se ha diseñado el lazo de tensión • Se ha simulado la respuesta de la fuente conmutada completa •El convertidor cumple las especificaciones 18 DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN CONVERTIDOR FLYBACK PARA UN SISTEMA FOTOVOLTAICO AUTOR: GIMÉNEZ PÉREZ, ÁLVARO DIRECTOR: IBÁÑEZ ESCOBAR, FERNANDO ESPECIALIDAD: ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Y AUTOMÁTICA
