Optimización de la estabilidad en convertidores CC-CC

Transitorios de voltaje y resistencias de amortiguación

La simulación de sobretensión y sub tensión es crucial para garantizar que los convertidores CC-CC puedan soportar eventos transitorios como volcados de carga, sobretensiones de entrada e interrupciones de energía.

El análisis transitorio en el dominio del tiempo modela estas condiciones aplicando cambios de voltaje escalonados o pulsos transitorios, replicando escenarios como fluctuaciones del bus de alimentación o caídas de la batería. Por el contrario, el análisis de CA en el dominio de la frecuencia, con su enfoque en el comportamiento de señal pequeña en estado estacionario, es inadecuado para estos transitorios de señal grande.

Por lo tanto, la incorporación de modelos parásitos precisos y tolerancias de componentes en el peor de los casos es esencial para evitar predicciones de comportamiento demasiado optimistas, particularmente cuando se evalúan los efectos térmicos y las interacciones entre el filtro de entrada y el convertidor, lo que garantiza el cumplimiento de estándares como MIL-STD-704 o MIL-STD-461.

Elegir el valor correcto de las resistencias de amortiguación en los filtros de entrada es vital para gestionar los transitorios y mantener la estabilidad, especialmente en sistemas con convertidores CC-CC o alta impedancia de fuente.

Estas resistencias mitigan los picos resonantes que pueden amplificar los transitorios, causando inestabilidad o sobre impulso y sub impulso excesivos. En el análisis transitorio en el dominio del tiempo, los valores de las resistencias se ajustan iterativamente para lograr una amortiguación crítica, optimizando el tiempo de sedimentación y la respuesta transitoria al tiempo que preservan la eficiencia del filtro.

El análisis de CA en el dominio de la frecuencia garantiza que la impedancia de salida del filtro permanezca lo suficientemente baja que la impedancia de entrada del convertidor, evitando la superposición desestabilizadora, pero el análisis transitorio en el dominio del tiempo ofrece una visión más completa al capturar la dinámica no lineal y los efectos de señal grande.

La elevada disipación de potencia en las resistencias de amortiguación, impulsada por la ondulación de voltaje de la fuente o las cargas pulsadas cerca de las frecuencias de resonancia de la impedancia de la fuente, requiere un dimensionamiento cuidadoso de la resistencia, lo que a menudo requiere resistencias resistentes a pulsos para manejar demandas de energía sostenidas o transitorias.

Para abordar un transitorio de 16 a 50 V, la capacitancia de entrada externa se incrementa más allá de 1,7 mF, y las resistencias de amortiguación se ajustan para reducir el sobre impulso y el sub impulso, con un CPL de 320 W aplicado en ambos niveles de voltaje. El esquema de análisis transitorio que se muestra en la Figura 7 y los gráficos que se muestran en la Figura 8 ilustran la respuesta transitoria y la disipación de potencia, guiando la selección de resistencias resistentes a pulsos con la clasificación adecuada.

Esto garantiza que el diseño del filtro equilibre la estabilidad, la eficiencia y el rendimiento térmico para un funcionamiento fiable en diversas condiciones transitorias mientras se adhiere a las limitaciones prácticas de los componentes.