ANALISIS Y CONTROL DE UN CONVERTIDOR REDUCTOR APLICADO A VEHICULOS HIBRIDOS

Abstract

Este trabajo aborda el análisis, modelado y validación experimental de un convertidor cuadrático reductor CD-CD de alto desempeño, orientado a aplicaciones automotrices con arquitecturas de suministro de energía de voltaje dual 48 V/12 V, que demandan alta eficiencia y calidad en la corriente de entrada. El convertidor propuesto se basa en una topología que no es en cascada, derivada del principio de procesamiento de energía redundante reducida, que presenta una relación de conversión cuadrática y está optimizada para operar con baterías de ion-litio bajo condiciones estrictas de corriente y voltaje. Para cumplir con los requisitos de calidad de corriente, se incorpora un filtro LC en la etapa de entrada, cuyo efecto dinámico se analiza en detalle, incluyendo la influencia de la resistencia serie equivalente (ESR) del capacitor, parámetro clave para evitar inestabilidades resonantes y garantizar un comportamiento estable del sistema. Se desarrollan modelos conmutados, promediados y linealizados del sistema, que permiten obtener las funciones de transferencia necesarias para el diseño de controladores robustos y el análisis dinámico del sistema. El sistema de control implementado adopta una estrategia de doble lazo con retroalimentación de corriente y voltaje, sintonizado mediante técnicas de moldeo de ganancia de lazo en el dominio de la frecuencia, garantizando estabilidad, robustez y una respuesta dinámica adecuada. Se derivan expresiones analíticas para el diseño del convertidor, así como también para las ganancias del controlador y se establece un criterio de estabilidad que toma en cuenta la inclusión del filtro de entrada. La validación se llevó a cabo mediante simulaciones y pruebas experimentales en un prototipo de 300 W, alcanzando una eficiencia máxima del 92.3%, lo que confirma la efectividad del diseño propuesto. Finalmente, las pruebas en lazo cerrado, tanto en el dominio del tiempo como en el de la frecuencia, confirman que el sistema de control mantiene un desempeño estable, rápido y confiable frente a perturbaciones típicas de carga y fuente de alimentación.