Active pre-filters for dc/dc Boost regulators

Pre-filtros activos para reguladores dc/dc elevadores

Este artículo propone un pre-filtro activo para mitigar los armónicos de corriente generados por reguladores elevadores clásicos, los cuales producen rizados de corriente proporcionales al ciclo de trabajo. Por tanto, altos voltajes de salida, i.e., altos factores de transformación de voltaje, producen armónicos de corriente que se deben filtrar para evitar daños o pérdidas de potencia en la fuente. Tradicionalmente, estas componentes se filtran usando condensadores electrolíticos, lo que introducen problemas de confiabilidad debido a su alta taza de falla. En contraste, la solución propuesta usa un convertidor dc/dc, basado en la conexión paralela de celdas canónicas Boost, para filtrar el rizado de corriente generado por el regulador Boost, lo que mejora la confiabilidad del sistema. Esta solución, además, incrementa la eficiencia total y el factor de transformación de voltaje. Finalmente, la solución se valida usando simulaciones y resultados experimentales.

Introducción

Las cargas de CC, como las de los equipos electrónicos, requieren una potencia de CC regulada para funcionar correctamente, pero es difícil encontrar fuentes de CC que proporcionen tensión y/o corriente reguladas. Por ello, en la literatura se han propuesto un gran número de reguladores de potencia en corriente continua (Veerachary et al., 2003), (Taghvaee et al., 2013). Entre ellos, el regulador Boost es el más adoptado para alimentar cargas de corriente continua que requieren tensiones superiores a la de la fuente. El uso extensivo del regulador Boost se debe a su circuito simple y a su control sencillo, pero presenta tres inconvenientes principales (Veerachary et al., 2003): su relación de conversión de voltaje está fuertemente restringida para pérdidas parasitarias relativamente pequeñas, su funcionamiento a altos voltajes requiere ciclos de trabajo cercanos a la saturación, y produce altos armónicos de corriente en la fuente.

Estos armónicos de corriente introducen problemas para las fuentes clásicas, como las baterías, al degradar la vida útil de la fuente y generar un problema sensible en las aplicaciones portátiles (Kuperman y Aharon, 2011). Del mismo modo, el crecimiento de las fuentes de energía renovable ha obligado a diseñar reguladores de corriente continua/corriente continua de alto refuerzo/baja: los paneles fotovoltaicos y las pilas de combustible proporcionan energía de corriente continua de bajo voltaje/alta corriente, que debe ser transformada a niveles de alto voltaje para ser inyectada en la red. Además, las pilas de combustible se ven perjudicadas por los altos armónicos de corriente (Ramos-Paja et al., 2009), mientras que la potencia generada por los paneles fotovoltaicos se ve fuertemente reducida en presencia de ondulaciones de corriente (Aranda et al., 2009).