Estudio de Reducción de Rizo de Voltaje en un Convertidor Elevador Cuadrático de Baja Energía Almacenada (LES-QBC) Mediante la Selección Adecuada de Capacitores
Date Issued
2026-01
Author(s)
Solís Rodríguez, José
Advisor(s)
Rosas Caro, Julio César
Type
text::thesis::doctoral thesis
Abstract
La electrónica de potencia desempeña un papel fundamental en la integración
eficiente de fuentes de energía renovable y sistemas de conversión modernos, donde
la reducción del rizo de voltaje sin aumentar el volumen de los elementos pasivos
constituye un desafío relevante. En este contexto, la presente tesis tiene como
objetivo analizar, modelar y optimizar la selección de capacitores en convertidores
DC-DC, en particular en una topología recientemente propuesta denominada
Convertidor Elevador Cuadrático de Baja Energía Almacenada (LES-QBC).
La metodología empleada integra el análisis teórico, el modelado matemático
mediante la técnica de promedio estándar, la optimización basada en el algoritmo
de enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO) y la validación
mediante simulación y experimentación. El modelo desarrollado permitió obtener
las ecuaciones dinámicas, la ganancia estática y el rizo de voltaje de salida del
convertidor, mientras que el algoritmo PSO se utilizó para determinar
combinaciones óptimas de capacitancias que minimizan el rizo sin incrementar la
energía total almacenada.
Los resultados demuestran que el convertidor LES-QBC, mediante una adecuada
selección de los capacitores, produce un menor rizo de voltaje en la salida, en
comparación con topologías cuadráticas convencionales, sin la necesidad de un
aumento en la energía almacenada; en otras palabras, sin necesidad de aumentar el
tamaño de los capacitores, ayuda a reducir el tamaño de los convertidores.
Experimentalmente, se verificó una disminución del rizo de voltaje de salida de
aproximadamente 50% respecto a configuraciones no optimizadas, con una
concordancia entre resultados teóricos y experimentales superior al 95%.
En conjunto, esta investigación valida que es posible reducir el rizo de voltaje de
salida de un convertidor DC-DC sin comprometer la correcta operación ni el tamaño
del mismo mediante topologías de baja energía almacenada optimizadas de forma
numérica, mejorando así el diseño de convertidores de potencia compactos y
eficientes con aplicación como: sistemas fotovoltaicos, micro-redes y electrónica de
consumo.
eficiente de fuentes de energía renovable y sistemas de conversión modernos, donde
la reducción del rizo de voltaje sin aumentar el volumen de los elementos pasivos
constituye un desafío relevante. En este contexto, la presente tesis tiene como
objetivo analizar, modelar y optimizar la selección de capacitores en convertidores
DC-DC, en particular en una topología recientemente propuesta denominada
Convertidor Elevador Cuadrático de Baja Energía Almacenada (LES-QBC).
La metodología empleada integra el análisis teórico, el modelado matemático
mediante la técnica de promedio estándar, la optimización basada en el algoritmo
de enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO) y la validación
mediante simulación y experimentación. El modelo desarrollado permitió obtener
las ecuaciones dinámicas, la ganancia estática y el rizo de voltaje de salida del
convertidor, mientras que el algoritmo PSO se utilizó para determinar
combinaciones óptimas de capacitancias que minimizan el rizo sin incrementar la
energía total almacenada.
Los resultados demuestran que el convertidor LES-QBC, mediante una adecuada
selección de los capacitores, produce un menor rizo de voltaje en la salida, en
comparación con topologías cuadráticas convencionales, sin la necesidad de un
aumento en la energía almacenada; en otras palabras, sin necesidad de aumentar el
tamaño de los capacitores, ayuda a reducir el tamaño de los convertidores.
Experimentalmente, se verificó una disminución del rizo de voltaje de salida de
aproximadamente 50% respecto a configuraciones no optimizadas, con una
concordancia entre resultados teóricos y experimentales superior al 95%.
En conjunto, esta investigación valida que es posible reducir el rizo de voltaje de
salida de un convertidor DC-DC sin comprometer la correcta operación ni el tamaño
del mismo mediante topologías de baja energía almacenada optimizadas de forma
numérica, mejorando así el diseño de convertidores de potencia compactos y
eficientes con aplicación como: sistemas fotovoltaicos, micro-redes y electrónica de
consumo.
License
Acceso Abierto
How to cite
Solís Rodríguez, J. (2026). Estudio de Reducción de Rizo de Voltaje en un Convertidor Elevador Cuadrático de Baja Energía Almacenada (LES-QBC) Mediante la Selección Adecuada de Capacitores. (Tesis de Doctorado en Ingeniería). Universidad Panamericana.
Table of contents
Capítulo 1. Introducción -- Capítulo 2. Introducción -- Capítulo 3. Convertidores DC-DC -- Capítulo 4. Energía almacenada en convertidores de potencia -- Capítulo 5. Topología del estado del arte previo -- Capítulo 6. Convertidor elevador cuadrático de bajo almacenamiento de energía (LES-QBC) -- Capítulo 7. El algoritmo de optimización del enjambre de partículas (PSO) -- Capítulo 8. Simulación y resultados experimentales -- Capítulo 9. Conclusiones y trabajos futuros.