Electrónica de Potencia/Módulos de regulación de continua/Troceador Clase C

Tipo Clase C  (2 cuadrantes)

Introducción

En este caso el troceador o chopper puede operar tanto en el primer como el segundo cuadrante. Por tanto, la tensión en la carga V_O sólo puede ser positiva, mientras que la intensidad I_O podrá adoptar tanto valores positivos como negativos, por esto razón, se le llama también chopper de dos cuadrantes.

Este troceador se obtiene a partir de la combinación de un chopper de tipo A con otro de tipo B, tal y como se puede observar en la figura de abajo. Los interruptores S₁ y D₁ constituyen un convertidor de tipo A, por otro lado S₂ y D₂ configuran un convertidor de tipo B. Si se acciona S₁ funcionará en el primer cuadrante, intensidad positiva (I_O > 0). Por el contrario, si manteniendo S₁ abierto se abre y se cierra S₂ funcionará como un convertidor regenerativo, intensidad negativa (I_O < 0). Se debe asegurar que no se produzca el disparo simultáneo de los dos interruptores, ya que la fuente primaria de alimentación se cortocircuitaría, producinedo problemas en la instalación.

Los interruptores S₁ y S₂ se abren y se cierran siguiendo una señal de periodo T denominada periodo de convertidor. El tiempo durante el cual los interruptores (S₁ o S₂) están cerrados, y por tanto la carga (R, L, V) se encuentra conectada a la fuente primaria de energía, se denominará tiempo de conducción, T_ON. Por otro lado, el tiempo que los interruptores permanecen abiertos, dejando aislada la carga, se llamará tiempo de bloqueo, T_OFF.

Explicación del circuito

Al inicio del circuito, se tiene que el interruptor S₁ está cerrado y S₂ abierto, por tanto se obtiene el siguiente circuito. La corriente i(t) circula en sentido horario como marca la flecha.

Pasado un tiempo (T_ON) el interruptor S₁ se abre impidiendo el paso de la corriente i(t). La corriente buscará otro camino alternativo al anterior; éste será el formado por la carga (R, L, V) y el diodo D₁ como se muestra en la figura.

Una vez que la corriente se haya agotado, el interruptor S₂ se cerrará, consiguiendo una corriente negativa como muestra la figura.

Pasado un tiempo (T_ON) el interruptor S₂ se abre impidiendo el paso de la corriente i(t). La corriente buscará otro camino alternativo al anterior; éste será el formado por la carga (R, L, V) y el diodo D₂, como se muestra en la figura.

De este modo se consigue el retorno de la corriente a la fuente de continua E. Este ciclo se repetirá, obteniendo la siguiente gráfica.

A continuación, se van a calcular la corriente máxima I_MAX y la corriente mínima I_MIN, del circuito. Para empezar se va a estudiar el primer intervalo (circuitos 4 y 1) y finalmente el segundo intervalo (circuitos 2 y 3).

Tras estas ecuaciones se obtienen las expresiones de la corriente máxima I_MAX y mínima I_MIN.

Si obtenemos que la I_MAX y mínima I_MIN son positivas (I_MAX > 0 / I_MIN > 0), el troceador se encontrará trabajando en el primer cuadrante; si por el contrario, se obtiene que ambas corrientes son negativas (I_MAX < 0 / I_MIN < 0), se encontrara en el segundo cuadrante. Se recuerda que la tensión Vo se mantiene positiva en todo momento.

Se podría dar un tercer caso, en el cual la corriente máxima sea positiva y la mínima sea negativa (I_MAX > 0 / I_MIN < 0). En esta situación se calcula el cuadrante de trabajo de la siguiente manera:

Simulación con PSPice

A continuación se deja el código para realizar la simulación con el programa PSPice A/D.

TROCEADOR TIPO C

Circuito Troceador PSPice

V1 1 0 100

X1 1 2 SCRDC PARAMS:T=1 TD=0 TP=169 F=1000

D1 0 2 DMOD

X2 2 0 SCRDC PARAMS:T=1 TD=170 TP=189 F=1000

D2 2 1 DMOD

.MODEL DMOD D

L 2 3 10M

R 3 4 5

VC 4 0 50

.LIB LEP2016.LIB

.TRAN 10U 30M 0M 1U

.PROBE

.options itl4 = 40 itl5 = 0  ; *ipsp*

SUBCIRCUITO INTERRUPTOR

.SUBCKT SCRDC 1 2 PARAMS: T=1 TD=0 TP=90 F=1000

ST 1 5 3 0 SMOD

DT 5 2 DMOD

VG 3 0 PULSE (0 {10*T} {TD/(360*F)} 0 0 {TP/(360*F)} {1/F})

RG 3 0 10MEG

.MODEL SMOD VSWITCH(RON=0.001 ROFF=10E8 VON=5 VOFF=2)

.MODEL DMOD D

.ENDS SCRDC

A continuación, se muestran unas gráficas obtenidas con el programa PSPice, donde se comprueba el correcto funcionamiento del circuito, explicado anteriormente:

Grafica de Corriente en la Carga

Grafica de Tension en la Carga