Un nuevo diseño de convertidor de energía eléctrica logra una eficiencia mucho mayor con un costo y mantenimiento menores que antes.El convertidor elevador de voltaje de corriente continua desarrollado por la Universidad de Kobe está llamado a ser una contribución significativa al desarrollo posterior de componentes eléctricos y electrónicos en la generación de energía, la atención médica, la movilidad y la tecnología de la información.

Dispositivos que recolectan energía de la luz solar o vibraciones, o energía.dispositivos médicoso los coches propulsados ​​por hidrógeno tienen un componente clave en común.Este llamado "convertidor elevador" convierte la entrada de corriente continua de bajo voltaje en una salida de corriente continua de alto voltaje.Debido a que es un componente clave y ubicuo, es deseable que utilice la menor cantidad de piezas posible para reducir el mantenimiento y el costo y, al mismo tiempo, que funcione con la mayor eficiencia posible sin generar ruido electromagnético o calor.

El principal principio de funcionamiento de los convertidores elevadores es cambiar rápidamente entre dos estados en un circuito, uno que almacena energía y otro que la libera.Cuanto más rápido sea el cambio, más pequeños pueden ser los componentes y, por lo tanto, se puede reducir el tamaño de todo el dispositivo.Sin embargo, esto también aumenta el ruido electromagnético y la producción de calor, lo que deteriora el rendimiento del convertidor de potencia.

Un equipo de electrónica de potencia de la Universidad de Kobe, dirigido por el investigador Mishima Tomokazu, ha logrado avances significativos en el desarrollo de un nuevo circuito de conversión de energía de corriente continua.lograron combinaralta frecuenciaconmutación (aproximadamente 10 veces mayor que antes) con una técnica que reduce el ruido electromagnético y las pérdidas de energía debido adisipación de calor, llamado "cambio suave", al tiempo que reduce la cantidad de componentes y, por lo tanto, mantiene bajos el costo y la complejidad.

"Cuando el circuito cambia entre dos estados, hay un breve período en el que el interruptor no está completamente cerrado, y en ese punto hay voltaje y corriente a través del interruptor. Esto significa que durante este tiempo el interruptor actúa como una resistencia.y así disipa el calor Cuanto más a menudo cambia el estado del interruptor, más se produce esta disipación. La conmutación suave es una técnica que garantiza que las transiciones del interruptor se produzcan con voltaje cero, minimizando así la pérdida de calor", explica el Dr. Mishima.

Tradicionalmente, esto se ha logrado mediante "amortiguadores", componentes que ofrecen sumideros de energía alternativos durante el período de transición, lo que posteriormente conduce a pérdidas de energía.

El equipo de la Universidad de Kobepresentadosu nuevo diseño de circuito y su evaluación en la revistaTransacciones IEEE sobre electrónica de potencia.La clave para lograrlo es el uso de circuitos de "tanque resonante" que pueden almacenar energía durante el período de conmutación y, por lo tanto, tener pérdidas mucho menores.

Además, utilizan un diseño que ahorra componentes con componentes planos impresos en una placa de circuito, llamado "transformador plano", que es muy compacto y tiene buena eficiencia y rendimiento térmico.

Mishima y sus colegas también construyeron un prototipo del circuito y midieron su rendimiento."Confirmamos que nuestro diseño sin amortiguador ha reducido muchoruido electromagnéticoy una alta eficiencia energética de hasta el 91,3%, algo sin precedentes para un variador de MHz con una alta relación de conversión de voltaje.Esta relación también es más de 1,5 veces mayor que la de los diseños existentes". Sin embargo, quieren aumentar aún más la eficiencia reduciendo la disipación de energía de los componentes magnéticos utilizados.

Teniendo en cuenta lo omnipresentes que son los dispositivos eléctricos en nuestra sociedad, el funcionamiento altamente eficiente y silencioso de las fuentes de alimentación de corriente continua con una alta relación multiplicadora de voltaje es extremadamente importante.

Este desarrollo de la Universidad de Kobe será de gran relevancia para aplicaciones en energía eléctrica, energía renovable, transporte, información y telecomunicaciones y atención médica.Mishima explica sus planes para el futuro: "El desarrollo actual es un prototipo de pequeña capacidad de 100 W, pero nuestro objetivo es ampliar la capacidad de energía a una capacidad mayor de kW en el futuro mejorando la placa de circuito electrónico y otros componentes".

Esta investigación se realizó en colaboración con investigadores de la Universidad Nacional Chung Hsing.

Más información:Tomokazu Mishima et al, Convertidor CC-CC multirresonante alimentado por corriente con conmutación suave y sin amortiguador accionado por MHz,Transacciones IEEE sobre electrónica de potencia(2024).DOI: 10.1109/TPEL.2024.3380069