Convertidores CD CA

INTRODUCCIÓN
Los inversores son circuitos que convierten la corriente continua en corriente alterna. Más exactamente, los inversores transfieren la potencia desde una fuente de continua a una carga alterna. Los convertidores en puente de onda completa pueden funcionar como inversores en algunos casos, pero en esos casos debe preexistir una fuente de alterna. En otras aplicaciones, el objetivoes crear una tensión alterna cuando sólo hay disponible una fuente de tensión continua. Los inversores se utilizan en aplicaciones tales como motores de alterna de velocidad ajustable, sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) y dispositivos de corriente alterna que funcionen a partir de una batería de automóvil.
Convertidor de onda completa
El convertidor en puente de onda completa de laFigura 8.1(a) es el circuito básico que se utiliza para convertir continua en alterna. A partir de una entrada de continua se obtiene una salida de alterna cerrando y abriendo interruptores en una determinada secuencia. La tensión de salida V0 puede ser +VCC, -VCC, o cero, dependiendo de qué interruptores están cerrados. Las Figuras 8.1b a la 8.1e muestran los circuitos equivalentes de lascombinaciones de interruptores.





Figura 8.1. (a) Puente convertidor de onda completa. (b) S1 y S2 cerrados. (c) S3 y S4 cerrados. (d) S1 y S3 cerrados. (e) S2 y S4 cerrados.
Observe que S1 y S4 no deberían estar cerrados al mismo tiempo, ni tampoco S2 y S3. De otra manera habría un cortocircuito en la fuente de continua. Los interruptores reales no se abren y se cierra instantáneamente. Por lo tanto,deben tenerse en cuenta los tiempos de transición de la conmutación al diseñar el control de los interruptores. El soplamiento de los tiempos de conducción de los interruptores resultaría en un cortocircuito, denominado en ocasiones fallo de soplamiento (shoot-throught fault) en la fuente de tensión continua. El tiempo permitido para la comunicación se denomina tiempo muerto (blaking time).
Inversorde onda cuadrada
El esquema de conmutación más sencillo del convertidor en puente de onda completa genera una tensión de salida en forma de onda cuadrada. Los interruptores conectan la carga a +VCC cuando S1 y S2 están cerrados y a -VCC cuando S3 y S4 están cerrados. La conmutación periódica de la tensión de la carga entre +VCC y -VCC genera en la carga una tensión con forma de onda cuadrada.Aunque esta salida alterna no es sinusoidal, puede ser una onda de alterna adecuada para algunas aplicaciones.

La forma de onda de la corriente en la carga depende de los componentes de la carga. En una carga resistiva, la forma de onda de la corriente se corresponde con la forma de la tensión de salida. Una carga inductiva tendrá una corriente con más calidad sinusoidal que la tensión, a causa delas propiedades del filtrado de las inductancias una carga inductiva requiere de ciertas consideraciones a la hora de diseñar los interruptores en el circuito en puente de onda completa, ya que las corrientes de los interruptores deben ser bidireccionales.
Para una carga serie R-L y una tensión de salida con forma de onda cuadrada, suponemos que los interruptores S1 y S2 de la Figura 8.1a seencierran en t=0. La tensión en la carga es +VCC, y la corriente comienza a aumentar en la carga y en S1 y S2. La corriente se expresa como la suma de las respuestas natural y forzada:
I0(t) = if(t) + in(t) (8.1)
= VCC/R + Ae-t/τ, 0≤ t ≤ T/2
donde A es una constante que se calcula a partir de lacondición inicial y τ = L/R.
En T/2, S1 y S2 se abren, y S3 y S4 se cierran. La tensión en la carga R-L pasa a ser -VCC, y la corriente tiene la forma:
I0(t) = -VCC/R + Be-(t-T/2)/τ, T/2≤ t ≤T (8.2)
Cuando se proporciona energía al circuito por primera vez y la corriente inicial de la inductancia es cero, tenemos un...