Modelado y Control de Convertidores Conmutados Continua-Continua: Una perspectiva Tutorial

Abstract

[ES] En este trabajo se presenta de forma tutorial los conceptos básicos de modelado y control de convertidores conmutados continua-continua. Tras definir la Electrónica de Potencia y su dominio de utilización, se presenta la conversión continua-continua (cc-cc) como núcleo básico de aquella y se clasifican los convertidores conmutados cc-cc como sistemas de estructura variable. Se introduce posteriormente la noción de regulador conmutado y se describe el funcionamiento de un modulador de anchura de pulsos para derivar un modelo de tiempo continuo a partir de un análisis de la dinámica promediada del convertidor. A partir del modelo de tiempo continuo del convertidor, se obtiene el modelo dinámico del regulador conmutado y se describen controladores lineales de un solo lazo y controladores en cascada. El control no lineal de convertidores se aborda a partir de la inducción de regímenes deslizantes en las estructuras de potencia. Se establece a continuación la equivalencia de estos sistemas con los que utilizan modulador de anchura de pulsos, y se describen algunas de sus aplicaciones. Finalmente se ofrece una perspectiva de las técnicas de estudio de la dinámica no lineal en convertidores mediante un enfoque generalizado a partir de un modelo de tiempo discreto que permite analizar las bifurcaciones resultantes y controlar el caos.

[EN] Basic concepts of modelling and control of DC-to-DC switching converters are presented in a tutorial approach. After defining Power Electronics and its application domain , DC-DC switching conversion is presented as the basic core of the domain, and power converters are classified as variable structure systems. The notion of switching regulator is subsequently introduced and the operation of a pulse width modulator is described to eventually derive a continuous-time model from the averaged converter dynamics . Using the converter continuous-time model, a dynamic model of the switching regulator is obtained and both one-loop and casacaded linear controllers are described. Non-linear control of switching converters is studied through the induction of sliding regimes in power converters . Equivalences between sliding systems and those employing a pulse width modulator are established and some applications are described. Finally, a compilation of techniques for the non-linear dynamics analysis in switching converters is introduced by means of a generalized description based on a discrete-time model that predicts the resulting bifurcations and allows to control the chaos.