INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. CUAUHTEMOC.

Electrónica II

Practica 4

Convertidor cuk

Realizo:

López Jiménez Ania Berenice 09610421

Ochoa Chacón Manuel Alejandro 09610425

Vega Mendoza Karen Gabriela 09610403

Reviso:

Dr. David Sáenz Zamarrón.

6 “A” Mecatronica

Cd. Cuauhtémoc, Chih. Junio 2012.

Índice

Índice de figuras …………………………………………………………………………... 3Índice de tablas…………………………………………………………………………..... 4I Introducción……………………………………………………………………….... 5II Marco teórico……………………………………………………………………...... 6

2.1 Funcionamiento básico del cuk…………...……………………………. 62.2 Diagrama del circuito cuk….………………………………………………. 7

III Objetivo…………………………………………………………………………........ 9IV Material y equipo……………………………………………………………............ 10

4.1 Material……………………………………………………………………….. 104.2 Equipo…………………………………………………………….…………... 114.3 Software de simulación……………………………………………………… 11

V Metodología………………………………………………………………………..... 12VI Desarrollo…………………………………………………………………………..... 13

6.1 Desarrollo de la simulación…………………………………………………. 13VII Resultados…………………………………………………………………………... 19VIII Conclusiones………………………………………………………………………... 21

Bibliografía…………………………………………………………………………... 22Apéndice A Datasheet transistor Darlington………………………...….……….. 23

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Figura 2.1 convertidor cuk………………………………………………Figura 4.1 Simulador………………………………………………………………....Figura 6.1 Menú de componentes…………………………………………...…......Figura 6.2 Ventana de selección de componentes………………………………..Figura 6.3 armado de circuito……………………………………………………….Figura 6.4 Conexión de transistor Darlington………………………………………Figura 6.5 Conexión de equipo……………………………………………………...Figura 6.6 ventanas de resultados………………………………………………….Figura 7.1 Resultados………………………………………………………………..Figura 7.2 Comportamiento de resultados…………………………………………

ÍNDICE TABLAS

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Tabla 4.1 Materiales necesarios………………………………………………………...Tabla 4.2 Equipo requerido………………………………………………………………Tabla 7.1 Voltajes………………………………………………………………………...

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I Introducción

Los convertidores Cuk, denominados así en honor a su inventor, poseen diversas semejanzas con los convertidores reductores-elevadores discutidos en la sección anterior. Así, los convertidores Cuk ofrecen una tensión de salida negativa con respecto al terminal común de la tensión de entrada. Además, esta tensión de salida puede ser mayor o menor que la de entrada. El convertidor cuk, es un tipo de convertidor conmutado DC-DC perteneciente a la familia de convertidores de cuarto orden. En este convertidor se puede apreciar la existencia de dos condensadores (C1, C2) y de dos inductores (L1, L2). Los subíndices hacen referencia a los elementos almacenadores de la entrada y por lo contrario el subíndice 2 hace referencia a los de salida. Un convertidor cuk suministra un voltaje de salida que puede ser menor o mayor que el voltaje de entrada, la polaridad del voltaje de salida es opuesta a la del voltaje de entrada. Este regulador también se conoce como regulador inversor.

II Marco teórico

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De toda la familia de los convertidores CD/CD existe un grupo de convertidores que se le llaman conmutados. La regulación de consigue mediante la modulación del ancho de pulso a una frecuencia fija, y el dispositivo de conmutación por lo general es un bjt. Hay cuatro topologías para los reguladores conmutados se hacen llamar; reductor de voltaje

(buck), elevador de voltaje (boost), reductor-elevador (buck-boost) y cuk.

2.1 Funcionamiento básico del cuk

La operación del circuito se puede dividir en dos modos. Durante el modo 1, el transistor activo en t=0. La corriente se eleva a través l1.simultaneamente, el voltaje ene l capacitor c1 pone en polarización inversa el diodo y lo desactiva. El capacitor c1 descarga su energía en el circuito formado por c1, c2, la carga y l2. El modo 2 empieza cuando se desconecta el transistor t=t1. Se carga el capacito c1 a partir del suministro de entrada y la energía almacenada en el inductor l2 se trasfiere a la carga. El diodo d1 y el transistor proporcionan una conmutación síncrona. El capacito c1 es el medio para la trasferencia de energía de la fuente a la carga (Electrónica de Potencia - Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones Muhammad H. Rashid).

El voltaje medio de salida de convertidor cuk está definido por la ecuación 2.1.

(2.1)

La corriente media en la bobina es igual a la corriente media de la salida esto representado por la ecuación 2.2.

(2.2).

Donde R es la resistencia de carga y está calculada por la ecuación 2.3.

(2.3)

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2.2 Diagrama del circuito cuk

El diagrama esquemático del convertidor cuk se muestra en la figura 2.1.

Figura 2.1 convertidor cuk

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III Objetivo

Desarrollar un convertidor cuk inversor, el cual como su nombre lo indica, sea capaz de convertir un voltaje que será de DC/DC y este será inverso. Este se tendrá que elaborar jugando con los valores hasta obtener un voltaje de salida útil y al mismo tiempo variando él %pwm obtengamos distintos valores de salida con los cuales se elaborara una grafica, la cual deberá ser lo más lineal posible.

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IV Material y equipo

Para el desarrollo de la práctica se hace uso de material que sencillos, de igual forma en el equipo, debido a que esta solo es simulada, por lo tanto se anula el trabajo de conseguir los componentes en físico.

4.1 Material

A continuación se mencionarán en la tabla 4.1 los materiales utilizados en la simulación.

Tabla 4.1 Materiales necesarios

Componente Especificaciones Figura en simulador

Figura física

Resistencia Objeto es una medida de su oposición al paso de corriente.

R31kΩ

Capacitor Este tiene la capacidad de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.

C1

1200pF

inductor Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

L1

30mH

diodo Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un único sentido.

D31N4004

Transistor Darlington

En electrónica, el transistor Darlington es un dispositivo semiconductor que combina dos transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par Darlington) en un único dispositivo.

Q3MJ112

4.1 Equipo

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En la tabla 4.2 se menciona el equipo de simulación requerido para la realización de la práctica y obtener los resultados deseados.

Tabla 4.2 Equipo requerido

Nombre Especificaciones Figura en simulación Figura en físicoOsciloscopio Instrumento de medición

electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo.

XSC3

A B C D

G

T

Generador de funciones

Genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales.

XFG3

Multimetro Útil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras.

XMM3

Fuente de alimentacion

Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan.

V3

30 V

4.2 Software de simulación

NI Multisim 11.0, es una captura de esquemáticos electrónicos y programa de simulación que forma parte de un conjunto de programas de diseño de circuitos, mostrado en la figura 4.1. Junto con NI Ultiboard. Multisim es uno de los programas de diseño de circuitos pocos para emplear el original simulación SPICE software basado en Berkeley. Multisim incluye simulación de microcontroladores así como las características integradas de importación y exportación en el software de diseño de circuito impreso en la suite, NI Ultiboard.

Figura 4.1 simulador

V Metodología

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En lo siguiente se describirá el proceso de actividades que se demandaron para que la práctica se efectuara en las condiciones deseadas.

a) anteriormente se vieron y se explicaron los circuitos y su funcionamiento y propósito, para después se asignara la práctica.

b) Siendo esta una práctica solamente simulada se identifico en simulador que más se adaptara a nuestras necesidades.

c) Lo siguiente fue el reconocimiento de los componentes y su selección.

d) Cuando ya se seleccionaron se prosiguió a la conexión según el esquema del circuito.

e) Se realizaron distintas pruebas con diferentes valores de los componentes hasta obtener los resultados deseados.

f) Concluimos con la elaboración del reporte de la práctica, nombrando lo sucedido en la práctica.

Vl Desarrollo

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Siendo esta práctica simulada se realizo todo en el software, para iniciar con la elaboración del circuito se inicia con la selección de materiales los cuales fueron citados en la tabla 4.1 antes mencionada.

6.1 Desarrollo de la simulación

Cuando se tiene totalmente abierto el programa multisim 11.0 se inicia con la selección de componentes estos se tomaran del menú de componentes, la cual se muestra en la figura 6.1.

Figura 6.1 Menú de componentes

Al dar clic en alguna opción del menú de componentes se abrirá una ventada llamada selección de componentes como lo muestra la figura 6.2. En esta se buscara los componentes que se requieren, se selecciona en el nombre y se da clic en ok para que aparezca en la hoja de tareas.

Figura 6.2 Ventana de selección de componentes

Se selecciona el componente DC_POWER y GROUND, una vez seleccionado el componente se da clic en el botón ok y se coloca en la hoja de trabajo.

Cundo ya se tienen todos los componentes en la hoja de tareas se prosigue a unirse como el diagrama esquemático lo indica, debido a que los valores de los componentes

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son desconocidos se debe de cierta manera jugar con ellos hasta que se pueda obtener un resultado que se desee. el único componente que no es igual al diagrama es el transistor Darlington debido a que en el diagrama esta un interruptor y este debe cerrarse y abrirse constantemente se utilizará un transistor Darlington y se mencionara como conectarlo en el siguiente punto. para unir los componentes solo se da clic en algún extremo del componente y se uno en el otro componente deseado. El circuito debe quedar como lo muestra la figura 6.3.

Figura 6.3 Armado de circuito

Para la conexión del transistor Darlington se utiliza un generador de funciones, el cual nos proporcionara pulsos, debido a que el circuito requiere que un interruptor este abriendo y cerrando rápidamente por tanto este arreglo es ideal para lo que requerimos. La conexión de este es muy simple, la configuración del transistor es base, emisor y colector la base es la pata de abajo el emisor la pata de lado derecho y por consecuencia la de lado izquierdo el colector, la base ira conectada al positivo del generador de funciones, el emisor y colector se conectara como si fueran el interruptor. El generador nos servirá para variar el % pwm, este deberá estar a 10khz de frecuencia. La figura 6.4 muestra la conexión final del arreglo.

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Figura 6.4 Conexión de transistor Darlington

Posteriormente se conecta un multimetro y un osciloscopio a la salida del circuito, la cual será en la resistencia, otro canal del osciloscopio se conectara en la salida del generador de funciones, esto para percatarnos de que tanto en la salida como en la entrada estamos teniendo lo deseado, en la entrada la onda cuadrada, y en la salida una onda estilo pico, que carga y descarga. Esto se muestra en la figura 6.5.

Figura 6.5 Conexión de equipo

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Cuando ya se tiene todo conectado se da clic el símbolo del equipo y aparecerá una ventana de cada uno, donde nos muestra los resultados como se muestra en la figura 6.6.

Figura 6.6 Ventanas de resultados

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VII Resultados

Al final del armado se prosigue a utilizar el generador de funciones, para obtener los resultados se variara él %pwm. Se mediara de 10 a 100%, el resultado de esta variación se observara en el multimetro y se registrara el dato como se muestra la figura 7.1, recordemos que el voltaje de salida deberá ser negativo y menor a el voltaje de entrada, debido a que es un circuito reductor inversor.

Figura 7.1 Resultados

La variación del %pwm nos arrojo distintos resultados los cuales se muestran en la tabla 7.1.

Tabla 7.1 voltajes

%pwm

voltaje

20 -4.440 -8.160 -9.7190 -13.2

Tomando en cuenta la tabla anterior se realizo una grafica para ver el comportamiento del voltaje, este se muestra en la figura 7.2.

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10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

Figura 7.2 Comportamiento de resultados

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VIII Conclusión

Al realizar este circuito nos dimos cuenta que se debe de tener un poco de paciencia para obtener un resultado deseado debido a que como no se tiene valores se deben de jugar con ellos hasta obtenerlos, sin embargo cuando ya se obtienen es simple encontrar los resultados ya que solo se tiene que variar ciertas cosas y se obtienen. Se debe tener cuidado con el armado, todo debe estar en su lugar, ay que si no se conecta algo como es el diagrama nunca se obtendrán los resultados deseados, por ello hay que ser cuidadosos al conectar tanto componentes como equipo.

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Bibliografía

Electrónica de Potencia - Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones Muhammad H. Rashid, Prentice Hall Hispanoamérica, S.A., 1993

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Apéndice A Datasheet transistor Darlington

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