En este curso se introducen los componentes y las topologías más habituales utilizadas en los diferentes tipos de convertidores conmutados. En la primera parte del curso se desarrollan las técnicas de análisis necesarias para calcular los parámetros relevantes del convertidor en régimen estacionario (tensiones, corrientes, eficiencia, etc.) y se obtiene un primer modelo equivalente del convertidor. El estudio incluye los modos de conducción continua y de conducción discontinua. También se estudian las topologías básicas de los convertidores DC-DC (reductor, elevador y reductor-elevador) y otros tipos de convertidores (SEPIC, Cuk).
A continuación, se estudian los semiconductores empleados en los convertidores de potencia (diodo, MOSFET, IGBT) y la implementación de los mismos mediante estos componentes. Los modelos desarrollados anteriormente se evolucionan para incluir las pérdidas de eficiencia derivadas de las no idealidades de los componentes reales (pérdidas en conducción y de conmutación).
Se incluye una breve introducción del transformador para aplicaciones de conmutación y el estudio de algunas de las topologías de convertidores aislados.
En el curso se estudia también el control del convertidor en lazo cerrado. En una primera fase se obtiene el modelo AC del convertidor y se derivan las funciones de transferencia del convertidor y del controlador. Estas se utilizan para analizar el sistema en lazo cerrado y para diseñar un controlador que cumpla los requerimientos de diseño (regulación de línea y de carga, respuesta transitoria, etc.).
Se dedica también un capítulo entero a los convertidores AC-DC o rectificadores, con énfasis especial en los rectificadores de bajo contenido armónico.
La última parte del curso está dedicada al tema de los motores y sus accionamientos. Incluye una breve descripción de los tipos de motor más habitual seguido de un análisis más detallado de los accionamientos de motor empleados.
El simulador LTspice utiliza extensivamente a lo largo del curso para ilustrar los conceptos introducidos en las secciones teóricas y para analizar el comportamiento de los diferentes circuitos y dispositivos.
El curso asume unos conocimientos previos sobre componentes electrónicos y dispositivos semiconductores, análisis de circuitos y fundamentos de sistemas de control.
Profesores Titulares
Componentes electrónicos y dispositivos semiconductores, electrónica básica, análisis de circuitos y fundamentos de sistemas de control.
Esta asignatura tiene como objetivo ayudar al estudiante a comprender el papel de la electrónica de potencia en los sistemas electrónicos modernos y desarrollar un marco conceptual sólido para analizar convertidores conmutados y su comportamiento. Se apoya en los conocimientos previos de electrónica y control, y permite conectar el funcionamiento de los dispositivos con la funcionalidad del sistema dentro del perfil del Grado en Ingeniería Electrónica.
La asignatura también busca fortalecer la capacidad del estudiante para evaluar tecnologías de convertidores, aplicar criterios de ingeniería en la selección de componentes y desarrollar criterio técnico ante restricciones de eficiencia, comportamiento térmico y diseño. Al integrar modelado, semiconductores y conceptos de control, contribuye al desarrollo de las competencias profesionales propias de un graduado en Ingeniería Electrónica.
1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
1.1 Ámbito de estudio y aplicaciones
1.2 Convertidor: modelo y clasificación
1.3 eficiencia
1.4 Sistemas conmutados
1.5 Simulación
2. CONVERTIDORES DC-DC
2.1 Introducción
2.2 Técnicas de análisis
2.3 Topologías básicas de convertidores DC-DC: buck, boost y buck-boost
2.4 Rizado de la corriente del inductor
2.5 Rizado de la tensión de salida
2.6 eficiencia
2.7 Modelo DC del convertidor
2.8 Otras topologías: ?uk, SEPIC
2.9 Régimen transitorio
3. INTERRUPTORES ELECTRÓNICOS
3.1 Implementación del interruptor
3.2 Diodo
3.3 MOSFET
3.4 Implementación del convertidor mediante semiconductores
3.5 Modos de conducción continua y discontinua
3.6 Transistor bipolar
3.7 IGBT
3.8 Nous Materials para dispositivos semiconductores (SiC, GaN, etc.)
3.9 SOA
3.10 Efecto del interruptor en la eficiencia
3.11 Análisis térmico
4. CONVERTIDORES DC-DC AISLADOS
4.1 Introducción
4.2 Transformadores para aplicaciones en conmutación
4.3 Convertidores aislados asimétricos
4.4 Convertidores aislados simétricos
5. CONTROL DEL CONVERTIDOR EN LAZO CERRADO
5.1 Control en lazo cerrado
5.2 Modelos de valores medios y AC del convertidor
5.3 Funciones de transferencia
5.4 Diseño del sistema
6. CONVERTIDORES AC-DC
6.1 Conceptos básicos de rectificadores
6.2 Rectificadores no controlados
6.3 Rectificadores de bajo contenido armónico
6.4 Rectificadores polifásicos
6.5 Tiristores y triacs
6.6 Rectificadores controlados
7. ACCIONAMENTOS DE MOTORS
7.1 Introducción
7.2 Motors de corriente continua con escobillas
7.3 Motors paso a paso
La asignatura se imparte principalmente mediante clases magistrales en las que el contenido teórico se combina con la demostración de conceptos utilizando programas de simulación, animaciones, etc. Esta integración permite que el estudiante relacione las ideas teóricas con su aplicación práctica y adquiera una comprensión más profunda del funcionamiento de los convertidores y de los sistemas de electrónica de potencia.
La consolidación de los conocimientos adquiridos se refuerza mediante ejercicios individuales que permiten desarrollar y ampliar los conceptos teóricos, así como utilizar herramientas de simulación para aplicarlos y validarlos de forma rigurosa. Además, el curso incluye una práctica de laboratorio planteada como un pequeño proyecto de diseño que el estudiante desarrolla a lo largo del semestre. Este proyecto le permite integrar los fundamentos teóricos de la asignatura en un contexto práctico orientado al diseño, reforzando tanto su competencia técnica como su criterio ingenieril.
Todo el material docente, incluidas las presentaciones, los modelos de simulación y otros recursos de apoyo, está disponible en la plataforma Moodle, garantizando así un acceso continuo y facilitando el aprendizaje autónomo a lo largo del curso.
La evaluación de la asignatura se realiza mediante tres componentes principales: los ejercicios de evaluación continua, una práctica de laboratorio y el examen final.
Los ejercicios de evaluación continua representan el 45% de la nota de teoría, mientras que el 55% restante proviene del examen final. La evaluación de la práctica de laboratorio se utiliza exclusivamente para determinar la calificación correspondiente a la parte práctica de la asignatura.
La nota final se obtiene como la media ponderada entre la nota de teoría y la nota práctica. La parte teórica aporta el 80% de la nota final, mientras que la parte práctica contribuye con el 20% restante.
Para superar la asignatura, el estudiante debe obtener una nota de teoría igual o superior a 4, una nota práctica igual o superior a 5 y alcanzar una nota final ponderada de al menos 5.
La no entrega de la práctica de laboratorio implica automáticamente una calificación final de NP (No Presentado), con independencia del rendimiento del estudiante en el resto de actividades evaluadas.
La evaluación del rendimiento del estudiante en esta asignatura se basa en los siguientes criterios, que reflejan los conocimientos y habilidades esperados de un estudiante de cuarto curso del Grado en Ingeniería Electrónica especializado en electrónica de potencia:
- Comprensión de los fundamentos
Demuestra una comprensión sólida de los principios fundamentales implicados en el diseño y modelado de sistemas de electrónica de potencia. - Dominio de arquitecturas, tecnologías y componentes
Muestra un conocimiento claro de las distintas arquitecturas de convertidores, tecnologías de semiconductores, componentes magnéticos y elementos auxiliares utilizados en sistemas de electrónica de potencia. - Interpretación de requisitos y objetivos de diseño
Interpreta correctamente las especificaciones del sistema, los requisitos operativos y los objetivos de diseño, y los utiliza para justificar decisiones de ingeniería. - Capacidad para evaluar alternativas y seleccionar componentes
Identifica opciones de diseño viables y selecciona los componentes y topologías más adecuados para cumplir las restricciones funcionales, térmicas y de rendimiento del sistema. - Habilidades de modelado y simulación
Modela con precisión convertidores y sistemas relacionados, y emplea las herramientas de simulación apropiadas para analizar su comportamiento en régimen permanente y dinámico. - Precisión analítica
Realiza cálculos con exactitud y demuestra una correcta interpretación de los resultados cuantitativos. - Claridad y estructura en la presentación de soluciones
Presenta procedimientos, razonamientos y soluciones de forma clara, organizada y técnicamente rigurosa, acorde con las prácticas profesionales de la ingeniería.
Robert W. Erickson, Dragan Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, 2nd ed., Kluwer Academic Publishers, New York, 2004.
N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications and Design, 3rd ed.,Wiley, New York, 2003.
Gilles Brocard, The LTSpice IV Simulator – Manual, Methods and Applications, 1st edition, Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG, Germany, 2013.
Christophe P. Basso, Switch Mode Power Supplies, 1st ed., McGraw-Hill, 2008.
D. W. Hart, Power Electronics, McGraw-Hill, New York, 2011.
M. H. Rashid, Electrónica de potencia – Circuitos, dispositivos y aplicaciones, 3ª edición, Pearson-Prentice Hall, México, 2004.