Estudio de los convertidores de CD-CD elevadores de alta ganancia
Date Issued
2026-03
Author(s)
Hernández Ochoa, Julio Cesar
Advisor(s)
Rosas Caro, Julio César
Type
text::thesis::master thesis
Abstract
La presente tesis doctoral aborda el análisis, diseño, implementación y validación
experimental de convertidores CD–CD de alto rendimiento orientados a su
aplicación en sistemas fotovoltaicos. El estudio se enfoca en el desarrollo de una
topología elevadora innovadora capaz de ofrecer simultáneamente una elevada
ganancia de voltaje, disminución del rizado en la salida y una mejora en la respuesta
dinámica del sistema. Estos objetivos se logran mediante la integración de técnicas
de operación intercalada, herramientas avanzadas de modelado y el empleo de
dispositivos semiconductores de última generación.
En una primera etapa, se llevó a cabo una revisión detallada del estado del arte
de las distintas topologías de convertidores CD–CD utilizadas en aplicaciones
fotovoltaicas, identificando sus principales limitaciones en términos de rizado de
voltaje, esfuerzos eléctricos sobre los componentes y velocidad de respuesta frente
a cambios en la carga y en las condiciones de operación. Posteriormente, se estudió
el impacto de los parámetros parásitos presentes en los dispositivos activos y
pasivos sobre el comportamiento real de los convertidores. Este análisis se realizó
mediante simulaciones en PLECS y fue complementado con validación
experimental utilizando un convertidor Buck. Los resultados muestran que
elementos como el retardo de propagación en los circuitos de disparo, el voltaje de
saturación de los dispositivos de conmutación y las resistencias parásitas (ESR/DCR)
de los componentes pasivos tienen un efecto considerable en la regulación del
voltaje y en la respuesta dinámica del sistema, lo que resalta la importancia de incluir
estos factores durante el proceso de diseño de convertidores de alto desempeño.
Como parte fundamental del trabajo, se desarrolló e implementó
experimentalmente un convertidor elevador LVC (Low Voltage Converter) basado
en tecnología GaN-FET, el cual fue evaluado tanto en operación convencional como
bajo una estrategia de operación intercalada. Los resultados experimentales
obtenidos demuestran que la topología propuesta permite alcanzar elevados niveles
de ganancia de voltaje sin aumentar proporcionalmente el estrés eléctrico sobre los
dispositivos semiconductores. De igual forma, la operación intercalada posibilitó
4
una reducción aproximada del 50 % en el rizado del voltaje de salida, lo que
contribuye significativamente a mejorar la calidad de la energía suministrada.
Los resultados obtenidos confirman la hipótesis planteada y evidencian que la
integración de topologías innovadoras, estrategias avanzadas de control y
semiconductores modernos representa una alternativa eficaz para incrementar la
eficiencia, estabilidad y confiabilidad de los convertidores CD–CD aplicados a
sistemas fotovoltaicos. En este sentido, la investigación aporta contribuciones
originales tanto en el ámbito académico como tecnológico, favoreciendo el
desarrollo de sistemas de conversión de potencia más eficientes y adecuados para
aplicaciones de generación de energía renovable.
experimental de convertidores CD–CD de alto rendimiento orientados a su
aplicación en sistemas fotovoltaicos. El estudio se enfoca en el desarrollo de una
topología elevadora innovadora capaz de ofrecer simultáneamente una elevada
ganancia de voltaje, disminución del rizado en la salida y una mejora en la respuesta
dinámica del sistema. Estos objetivos se logran mediante la integración de técnicas
de operación intercalada, herramientas avanzadas de modelado y el empleo de
dispositivos semiconductores de última generación.
En una primera etapa, se llevó a cabo una revisión detallada del estado del arte
de las distintas topologías de convertidores CD–CD utilizadas en aplicaciones
fotovoltaicas, identificando sus principales limitaciones en términos de rizado de
voltaje, esfuerzos eléctricos sobre los componentes y velocidad de respuesta frente
a cambios en la carga y en las condiciones de operación. Posteriormente, se estudió
el impacto de los parámetros parásitos presentes en los dispositivos activos y
pasivos sobre el comportamiento real de los convertidores. Este análisis se realizó
mediante simulaciones en PLECS y fue complementado con validación
experimental utilizando un convertidor Buck. Los resultados muestran que
elementos como el retardo de propagación en los circuitos de disparo, el voltaje de
saturación de los dispositivos de conmutación y las resistencias parásitas (ESR/DCR)
de los componentes pasivos tienen un efecto considerable en la regulación del
voltaje y en la respuesta dinámica del sistema, lo que resalta la importancia de incluir
estos factores durante el proceso de diseño de convertidores de alto desempeño.
Como parte fundamental del trabajo, se desarrolló e implementó
experimentalmente un convertidor elevador LVC (Low Voltage Converter) basado
en tecnología GaN-FET, el cual fue evaluado tanto en operación convencional como
bajo una estrategia de operación intercalada. Los resultados experimentales
obtenidos demuestran que la topología propuesta permite alcanzar elevados niveles
de ganancia de voltaje sin aumentar proporcionalmente el estrés eléctrico sobre los
dispositivos semiconductores. De igual forma, la operación intercalada posibilitó
4
una reducción aproximada del 50 % en el rizado del voltaje de salida, lo que
contribuye significativamente a mejorar la calidad de la energía suministrada.
Los resultados obtenidos confirman la hipótesis planteada y evidencian que la
integración de topologías innovadoras, estrategias avanzadas de control y
semiconductores modernos representa una alternativa eficaz para incrementar la
eficiencia, estabilidad y confiabilidad de los convertidores CD–CD aplicados a
sistemas fotovoltaicos. En este sentido, la investigación aporta contribuciones
originales tanto en el ámbito académico como tecnológico, favoreciendo el
desarrollo de sistemas de conversión de potencia más eficientes y adecuados para
aplicaciones de generación de energía renovable.
License
Acceso Abierto
URL License
How to cite
Hernández Ochoa, J. C. (2026). Estudio de los convertidores de CD-CD elevadores de alta ganancia. (Tesis de Maestría en Ingeniería). Universidad Panamericana.
Table of contents
Capítulo 1: Introducción -- Capítulo 2: Electrónica de potencia -- Capítulo 3: Convertidores CD-CD tradicionales -- Capítulo 4: Topologías novedosas para elevar el voltaje -- Capítulo 5: Convertidor doble dual -- Capítulo 6: Análisis de sensibilidad de parámetros parásitos en convertidores CD-CD -- Capítulo 7: Funcionamiento mejorado del convertidor elevador con alta ganancia
de voltaje y bajo voltaje en los capacitores.-- Capítulo 8: Simulaciones y resultados experimentales -- Capítulo 9 Conclusiones
de voltaje y bajo voltaje en los capacitores.-- Capítulo 8: Simulaciones y resultados experimentales -- Capítulo 9 Conclusiones