Electrónica de potencia y control
El dominio de electrónica de potencia y control evalúa convertidores CD-CD, rectificadores, inversores y lazos de control realimentados. El examen pide calcular relaciones de conversión, rizado, esfuerzos en semiconductores y criterios de estabilidad.
Reglas centrales
- Buck ideal: V_o = D V_in, con D = t_on/T. Boost ideal: V_o = V_in/(1−D). Buck-boost: V_o = −V_in D/(1−D).
- Rizado de corriente en buck: ΔI_L = (V_in − V_o) D/(L f_s), válido en conducción continua (CCM).
- Inversor: SPWM compara una referencia senoidal con una portadora triangular; el índice de modulación m = V_ref/V_portadora controla la amplitud; la frecuencia de conmutación define los armónicos.
- Control: un lazo proporcional reduce error de estado estacionario solo con acción integral; PI elimina error ante escalón. La estabilidad se verifica con margen de fase y ganancia en el diagrama de Bode.
- Muestreo: la frecuencia de muestreo debe superar el doble del ancho de banda para evitar aliasing.
Ejemplo resuelto
Un buck con V_in = 48 V, V_o = 12 V, L = 100 µH y f_s = 100 kHz. D = 12/48 = 0.25. ΔI_L = (48−12)(0.25)/(100×10⁻⁶×100×10³) = 9/10 = 0.9 A. Si la carga exige 3 A, la corriente media del inductor es 3 A y los picos son 3 ± 0.45 A; el interruptor y el diodo deben soportar al menos 3.45 A y 48 V.
Errores que cuestan puntos
- Aplicar la fórmula de rizado en modo discontinuo (DCM), donde ya no es lineal con D.
- Ignorar caídas del interruptor y del diodo al comparar con especificaciones.
- Confundir el índice de modulación con el ciclo de trabajo del buck.
- Sintonizar un PID sin verificar margen de fase; más ganancia puede desestabilizar.
- Olvidar el tiempo muerto en puentes de potencia para evitar disparo simultáneo.