Evaluación analítica y experimental de un convertidor cc-cc aislado apto para sistemas fotovoltaicos

Abstract

This paper presents experimental results obtained in an isolated 3KW DC-DC converter prototype suitable for photovoltaic applications. Currents and voltages are computed based on the numerical solution of the nonlinear equations describing the steady state operation of the converter. With this computations the losses and the efficiency of the converter are predicted for each operating point. The theoretical results compared against the experimental measurements confirm that the behavior and the performance of the converter are consistent with those expected.Resumen-En este trabajo se presentan los resultados experimentales obtenidos en un prototipo de convertidor cc-cc aislado de 3KW apto para aplicaciones fotovoltaicas. Las corrientes y tensiones presentes en el circuito se computan a partir de la solución numérica de las ecuaciones que describen el estado estacionario del convertidor. Con esto se predicen las pérdidas y la eficiencia del convertidor para cada punto de operación. Se comparan los resultados teóricos obtenidos con los resultados experimentales medidos sobre el prototipo, confirmándose que el comportamiento y la eficiencia obtenidos son acordes a los esperados. I. INTRODUCCIÓNLos convertidores cc-cc aptos para operar a partir de arreglos de paneles fotovoltaicos deben operar con un rango amplio de tensión de entrada. Muchas veces están conformados por dos etapas, donde la primer etapa es un convertidor tipo boost, encargado de elevar la tensión a un valor superior a la máxima tensión de entrada, el que alimenta con una tensión constante a la segunda etapa, encargada de proveer la aislación requerida por el sistema [1] [2]. Ambas etapas deben procesar la totalidad de la potencia de entrada, lo que va en demérito de la eficiencia. En [3] se integran ambas etapas utilizando un semipuente boost bidireccional, con lo que se logra reducir el número de semiconductores involucrados. La versión unidireccional del convertidor semipuente boost (boost half bridge converter, BHBC) ha llegado a ser muy utilizada en sistemas fotovoltaicos [4]- [8].En sistemas fotovoltaicos es deseable que las llaves operen en conmutación suave, lo que permite aumentar la eficiencia y elevar la frecuencia de operación (lo que a su vez permite reducir el tamaño de los componentes magnéticos). Para lograr la conmutación suave, se utilizan los convertidores resonantes [9] o cuasiresonantes [10]. Estosúltimos convertidores aprovechan los componentes parásitos preFig. 1. Convertidor propuesto sentes en el circuito para producir la conmutación suave.El puente H operando con desplazamiento de fase es una de las topologías más conocidas [11]. La regulación de la tensión de salida se hace por medio del control PWM de la tensión de rectificador de salida de la etapa. Esta tensión pulsante es en general filtrada por un filtro LC de salida. Una de las desventajas de la topolgía, es que los diodos del rectificador presentan pérdidas de recuperación inversa y en general requieren snubbers, activos o pasivos, para evitar sobretensiones en ellos ...