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FORO TÉCNICO => Electrónica de potencia => Mensaje iniciado por: alfredo en 04 de Enero de 2017, 16:05:09
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saludos a todos agradecer de ante mano si es posible me puedan ayudar con el siguiente proyecto
es un convertidor reductor elevador BUCK-BOOST con las siguientes características.
Ventrada = 56v Vsalida= 12 a 100 voltios
P salida = 600W
f=30000hz
de acuerdo a esta potencia calcule una I=p/v =600w/12v=50A para una tension de 100 voltios la corriente seria de 6A
Para su diseño he tomado como guía el libro Electrónica de Potencia – Muhammad H. Rashid – 3ra Edición. El cual presenta el siguiente análisis.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
por medio de este análisis es que estoy intentando realizar el análisis para determinar finalmente el valor del inductor y el condensador.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
para el análisis final es que tengo algunos problemas que no he podido tener claro sin son valores adecuados como lo es la R que no sé con qué valores determinarla.
anexo toda la informacion con el fin de que sea claro lo que les pueda llegar a preguntar gracias.
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Hola Alfredo.
¿Es un diseño de teoría o lo vas a montar?
P.D. Otras dudas:
¿A qué R te refieres?
¿Cuáles son los problemas que tienes para calcular la L y la C?
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si tengo pensado montarlo la duda es la siguiente
para el calculo de la inductancia quiero usar la siguiente formula o no se si me recomiendan otra
L=(1-D)*R/2f esta R es la de la carga pero no se si hallarla por medio de la potencia y la tencion de salida
y para la ecuacion del condensador segun el libro utiliza
C=D/2*F*R La cual tambien depende de R del siclo de trabajo y la frecuencia de conmutacion
estas ecuaciones son las adecuadas para determinar estos valores y como puedo determinar el peor de los casos para el elemento
parto mis calculos
de esta manera
para hallar el siclo de trabajo
d= v0/v0+vs=56/56+56=0.5 este procedimiento tengo pensado hacerlo para distintos valores de tencion y determinar el peor de los casos
estoy en lo correcto podrian corregirme
otra duda que parametros serian necesario e importantes calcularlos para el diseño
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si pudieran regalarme las ecuaciones para determinar los valores que consideren importantes les agradeceria
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Hola alfredo, primero me gustaría recomendarte que leas las REGLAS DEL FORO (http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?action=announcement;aid=1), ya que una de ellas prohibe repetir la misma pregunta en varios lugares distintos.
Por otro lado, una pregunta: Sabes que un convertidor buck-boost invierte la tensión de salida y todo lo que conectas a su salida deberás de referenciarlo a positivo, lo cual en muchas ocaciones no es práctico y tampoco es un standard?
Por lo tanto, sería interesante explicaras la aplicación que le darías y en una de esas hay mejores opciones.
Un saludo.
Atte. CARLOS.
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pido disculpas por colocar la pregunta en otro lado fue por error ya que soy nuevo en el foro
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Antes de nada, el libro de Muhammad H. Rashid está bien, pero también te recomiendo que tengas a mano este otro:
N. Mohan, T.M. Underland, W.P. Robbins “Power electronics, converters, applications and design”, Ed. John Wiley & Sons
Aquí puedes ver otros libros que te pueden ser útiles:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=43211
Respecto a las ecuaciones, para hablar siempre de lo mismo lo mejor es comenzar por definir el nombre de las variables:
Vs = Tensión de entrada (source)
Vo = Tensión de salida (positiva, medida con el terminal negro del polímetro en Vo y el terminal rojo en gnd)
D = Ciclo de trabajo (en el libro de Rashid aparece como k)
Ro = Resistencia de carga o de salida
L = Bobina
C = Condensador de salida
f = frecuencia de conmutación
Io = Corriente media de salida
Is = Corriente media de entrada (en realidad la corriente de entrada será pulsante)
El ciclo de trabajo será como has dicho:
D = Vo / (Vs + Vo)
La resistencia de salida será como has comentado:
Ro = Vo / Io = Po / Io^2 = Vo^2 / Po
En principio a mi no me gusta utilizar la f y la R para hacer los cálculos, porque resulta más difícil entender el circuito con ellas. Prefiero utilizar las intensidades y el ciclo de trabajo. Eso presupone una salida a tensión fija y no una resistencia determinada. Es más parecido a la realidad de una fuente regulada.
Hay mucho que comentar. Lo mejor es que vayas preguntado dudas y te las resolvemos.
Un saludo.
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los valores que conozco
Vs= 56V V0=12V A 100V P0=600W F=30KHZ
inicio el análisis calculando el punto medio de la tensión de salida que sería
V0medio= 56V
Con el cual calculo el siclo de trabajo
D= V0/(VS+VO)
D= 56 / (56+56) = 0.5
Partiendo del cálculo del siclo de trabajo puedo empezar el análisis para determinar el valor de la bobina ¨L¨ de la siguiente manera utilice esta fórmula dado que picuino me recomendó que no era muy aconsejable usar la R de la carga.
L = VS*D /2 IL F
El único valor que no he podido calcular y espero me puedan ayudar es el de IL que es la corriente promedio del inductor
Para determinar el condensador usare la siguiente formula.
C = Ia*D / 2* F* Va
donde Va es la tension media de salida
Va = -( vs*D) / (1-D)
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
El valor de la corriente Ia no logrado calcularlo
Espero me corrijan y me aconsejen
podrian explicarme que quieren decir cuando me dicen volor medio o promedio de los valores de tension y corriente en estos casos
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inf
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1º- No me queda claro lo de Po = 600W
Para Vo=100V Io = 6A no hay problema.
¿Qué pasa para Vo=12V?
Io = 6A (Po=72W)
Io = 50A (Po=600W)
Parece que lo correcto será lo primero. En ese caso la condición no es Po=600W sino Io = 6A, más parecido a la realidad.
Pregunta cual es correcto y nos lo dices.
2º- La ecuación de la bobina será:
L = (1 - D)^2 * Vo / (2 * Io * f) [Mohan. Power Electronics. Equation 7-47]
3º- El cálculo de D lo haces mal. No pones el valor de Vs que es 150V.
Además hay que calcular para los valores extremos (Vo=12V y Vo=100V) no para el valor medio.
4º- De la fórmula del condensador olvídate. No vale para nada.
Necesitas saber otro dato que no das, que es el rizado de salida (tensión pico a pico máxima de la salida).
Es el único valor que necesitas para calcular C y es imprescindible.
Un saludo.
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Gracias por la corrección voy a replantear todo ya prácticamente todo está mal el valor de 150v esta mal hay deberia ser 56v por eso lo determine asi pido disculpas.
cuando digo P0=600W me refiero a que esa es la potencia de salida que me indicaron yo asumo que esa potencia debe ser suministrada sin importar la tension de salida por eso calcule dos corrientes con la misma potencia
Io=600W/12V = 50A Y Io= 600W /100V = 6A
lo determine de esa forma para determinar la máxima corriente que tendría que suministrar la fuente a esos niveles de tensión no sé si me equivoco espero me corrijan si el concepto esta mal.
entonces mi duda es como hago para limitar la salida a estas dos tensiones 100 y 12v esa es una duda que no he podido encontrar me imagino que sera por medio del siclo de trabajo.
El profesor solo me dio el valor de la potencia que debería soportar el convertidor y los niveles de tensión yo asumí los valores de frecuencia de conmutación. EL rizado de salida (tensión pico a pico máxima de la salida). no lo conozco o que debería hacer para determinarlo.
Por ejemplo, el profesor me había dicho que el convertidor seria de 3kw a una tensión de salida de 12 a 100V que tendría que estar limitada entre estos dos niveles 100v y 12v. yo le plantee que mejor bajáramos la potencia de salida para manejar menos intensidades de corriente.
Que me aconsejan.
saludos picuino gracias por su tiempo.
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Te aconsejo varias cosas:
1º. Diseña un convertidor y estudia su funcionamiento: tensiones instantaneas, tiempos y corrientes instantáneas y medias en cada componente.
Necesitas saber bien cómo funciona esta topología.
2º Pregunta a tu profesor. No des por supuesto los valores, confírmalos. 50 amperios es mucha corriente. Más vale que te asegures de que es así, porque lo normal es que fuesen 6A máximos.
3º Aprende a escribir mejor. Te vendrá bien cuando presentes la memoria y nos facilita a todos el trabajo de leer tus post. Puedes comenzar poniendo punto y seguido en tus frases.
Ánimo y a trabajar.
Un saludo.
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muchas gracias por el consejo me ponde a trabajar en eso a ver como me va saludos.
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Si vas escribiendo en este hilo el diseño y el análisis del circuito, podemos ir corrigiendo los fallos y así será más sencillo para todos.
Puedes comenzar con una tensión y corriente cualquiera de entrada y de salida.
Luego podrás utilizar los mismos cálculos para otros valores de entrada y salida. Es sencillo con una hoja de cálculo.
Un saludo.
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Veo que no te sale nada. Te doy una pista. Puedes comenzar con estos valores:
Vs = 60v
Vo = 100v
Io = 6A
f = 25kHz (así los números son más redondos, T = 40us)
C = 1000uF
L = 100uH
¿Cuanto valen los siguientes valores? D, Ton, Toff, Is
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Te amplío la definición de las variables:
Vs = Tensión de entrada (source)
Is = Corriente media de entrada (en realidad la corriente de entrada será pulsante)
Vo = Tensión de salida (positiva, medida con el terminal negro del polímetro en Vo y el terminal rojo en gnd)
Io = Corriente media de salida
f = frecuencia de conmutación. (Es la inversa del tiempo de ciclo)
T = Tiempo de ciclo (es la inversa de la frecuencia)
Ton = Tiempo que el interruptor permanece conectado (cerrado) en cada ciclo
Toff = Tiempo que el interruptor permanece desconectado (abierto) en cada ciclo
D = Ciclo de trabajo. Relación entre tiempo del interruptor encendido y tiempo de ciclo (Ton / T)
(En el libro de Rashid aparece como k)
L = Valor de la bobina en henrios
IL_max = Máxima intensidad de pico de la bobina
IL = Intensidad de corriente media que circula por la bobina
IL_min = Intensidad mínima de la bobina
C = Valor del condensador de salida en faradios
VCpp = Voltaje de rizado pico a pico del condensador de salida.
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gracias picuino estuve buscando y encontré información, ya subo lo que encontré y de paso calculo los valores que me as dado de ejemplo
agradezco su tiempo
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Saludos tengo las siguientes ecuaciones para el cálculo del siclo de trabajo y los valores del capacitor e inductor las cuales espero me corrijan.
V0= Vs * D / (1-D)
D = V0/ (VS+V0) Ciclo de trabajo. Relación entre tiempo del interruptor encendido y tiempo de ciclo (Ton / T).
T= 1/ F Tiempo de ciclo (es la inversa de la frecuencia).
Ton= D* T Tiempo que el interruptor permanece conectado (cerrado) en cada ciclo.
Toff= (1-d)*T Tiempo que el interruptor permanece desconectado (abierto) en cada ciclo.
ILp = Vs * D * T / L Máxima intensidad de pico de la bobina.
Io = ILp (1-D) /2 Corriente media de salida.
L = Vs*T*(1-D)^2 / 2*I0 Valor de la bobina en henrios.
delV = I0*D*T / C Voltaje de rizado pico a pico del condensador de salida.
C = I0*D*T / delV Valor del condensador de salida en faradios.
Algo que no tengo claro es el voltaje de rizado el cual es un parámetro que yo debería conocer o debería establecerlo, calcularlo para un buen funcionamiento.
Ventajas y desventajas de operar en modo continuo y modo discontinuo
MODO CONTINUO
• D Independiente de la carga
• Valores de L altos
• Corrientes pequeñas
• VMmax = Vin
• VDmax = Vin
MODO DISCONTINUO
• D Depende de la carga
• Valores de L bajos
• Corrientes elevadas
• VMmax = Vin
• VDmax = Vin
¿Qué modo de operación me recomiendan?
GRACIAS POR SU TIEMPO
Picuino si estas ecuaciones están bien procederé a dar respuesta a su ejemplo de ante mano gracias.
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Fórmulas en conducción continua:
[1] Ton= D * T
[2] Toff= (1 - D) * T
[3] T= 1/ f
[4] Vo= Vs * D / (1 - D)
[5] D = Vo/ (Vs + Vo)
[6] Is = IL * D
[7] Io = IL * (1 - D)
[8] L = (1 - D)^2 * Vo * T / (2 * Io) Valor de L que minimiza su tamaño. Límite entre conducción continua y discontinua.
[9] VCpp = T * D * Io / C
Por ahora con esas ecuaciones es suficiente.
Las tres primeras son simples definiciones.
La cuarta y la quinta son la misma ecuación, despejando.
Intenta comprender las ecuación 4, sale por lógica estudiando la topología y teniendo en cuenta que la tensión media de la bobina siempre vale cero. Suma de tensiones por el tiempo = 0.
La 6 y la 7 intenta comprenderlas. La corriente media de salida es igual a la corriente media de la bobina durante el tiempo que la bobina está conectada a la salida. Lo mismo vale para la entrada.
No te preocupes ahora del rizado del condensador. La tensión pico a pico del condensador es mayor que la de la fórmula. Ya veremos cómo se calcula la total.
Te vendría bien intentar comprender las ecuaciones 8 y 9 de la bobina y tensión del condensador, aunque son un poco complejas.
Te recomiendo modo de conducción continua. No es cierto que en discontinua la L sea menor. El valor de inductancia sí que es menor, pero la I que soporta es mayor. El resultado es que la bobina tiene el mismo tamaño (con menos vueltas de cobre, pero igual de grande).
Un saludo.
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Solución a ejemplo que planteo picuino
Valores conocidos
Vs = 60v
Vo = 100v
Io = 6A
f = 25kHz (así los números son más redondos, T = 40us)
C = 1000uF
L = 100uH
¿Cuanto valen los siguientes valores? D, Ton, Toff, Is
D = V0/ (VS+V0) = 100v / (60v +100v) = 0.625
Teniendo el siclo de trabajo puedo determinar
T= 1/F = 1/ 25KHZ = 40us
Ton = D * T = 0.625 x 40us = 25us
Toff = (1 - D) * T = (1-0.625)x 40us = 15us
Io = IL * (1 - D)
Despejando
IL= I0 / (1-D) = 6A / (1-0.625) = 16A
Is = IL * D = 16A X 0.625 = 10A
calcule la corriente media del inductor de esta manera espero este correcta.
GRACIAS PICUINO
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Hasta aquí todo bien.
Ahora falta calcular la corriente máxima y mínima de la bobina. También el rizado del condensador.
Las ecuaciones son las siguientes:
[9] VCpp = T * D * Io / C
[10] dIL = D * T * Vs / L
[11] IL_max = IL + dIL / 2
[12] IL_min = IL - dIL / 2
Donde:
VCpp = VC_max - VC_min = Variación de la tensión en el condensador. Tensión de rizado
dIL = IL_max - IL_min = Variación de la corriente en la bobina
IL = Corriente media de la bobina durante un ciclo de trabajo T
IL_max = Corriente máxima de pico en la bobina
IL_min = Corriente mímima por la bobina
Estas ecuaciones se calculan a partir de las ecuaciones más generales, que sirven para cualquier circuito:
[13] dIL = dT * V / L
[14] dVC = dT * I / C
Donde:
dT = T2 - T1 = Diferencia de tiempo. Tiempo durante el que varía la IL o la VC
dIL = IL_max - IL_min = Variación de la corriente en la bobina
dVC = VC_max - VC_min = Variación de la tensión en el condensador
V = Tensión constante entre los bornes de la bobina
I = Corriente constante que circula por el condensador
L = Valor de la bobina en Henrios
C = Valor del condensador en Faradios
Cuando los calcules, dibuja la gráfica de la corriente de la bobina con el tiempo.
Un saludo.
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información mas adelante
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Los cálculos están bien, pero has calculado otra fuente distinta.
La que estábamos calculando tiene L=100uH y C=1000uF
Por otra parte ya te dije que la ecuación del condensador del libro de Rashid no vale para nada.
¿Que opinas de una fuente con un rizado de 200V?
Un saludo.
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Tiene toda la razón, realizare el análisis nuevamente muchas gracias por la corrección, tomare en cuenta los valores de L y C para ver los comportamientos del rizado en el ejemplo planteado gracias nuevamente por corregir los errores.
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Solución a ejemplo que planteo picuino
Valores conocidos
Vs = 60v
Vo = 100v
Io = 6A
f = 25kHz (así los números son más redondos, T = 40us)
C = 1000uF
L = 100uH
¿Cuanto valen los siguientes valores? D, Ton, Toff, Is
D = V0/ (VS+V0) = 100v / (60v +100v) = 0.625
Teniendo el siclo de trabajo puedo determinar
T= 1/F = 1/ 25KHZ = 40us
Ton = D * T = 0.625 x 40us = 25us
Toff = (1 - D) * T = (1-0.625)x 40us = 15us
Io = IL * (1 - D)
Despejando
IL= I0 / (1-D) = 6A / (1-0.625) = 16A
Is = IL * D = 16A X 0.625 = 10A
VCpp = T * D * Io / C = 40us x 0.625 x 6A / 1000uf = 0.15 V
dIL = D * T * Vs / L = 40us x 0.625 x 60V / 100uH = 15A
IL_max = IL + dIL / 2 = 16A + 15A/2 = 23.5A
IL_min = IL - dIL / 2 = = 16A - 15A/2 = 8.5A
picuino no entendí muy bien sobre cómo debe ser la gráfica, con que valores debo hacerla.
gracias por su tiempo.
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Los cálculos están bien ((:-))
La gráfica de la corriente por L debes hacerla con IL_max y con IL_min.
Dibuja después la gráfica de la corriente por el condensador IC, a partir de las demás corrientes.
Puedes subir una foto con el dibujo en papel, es lo más sencillo.
Luego te explico que el rizado en el condensador en realidad será mayor.
Un saludo.
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podrian ayudarme con el rizado del condensador, ya que las ecuaciones que tengo no me sirven.
gracias por su tiempo
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El rizado del condensador tiene dos componentes. Uno se debe al condensador (ecuacion 9, ya calculada).
La otra componente se debe a la resistencia serie (ESR) y depende de las corrientes de pico del condensador.
Por eso te pedía que calculases las corrientes por la bobina (ya está calculado) y por el condensador. Si haces la gráfica lo podrás ver mejor.
Estoy intentando llevarte paso a paso para que lo entiendas todo, pero te veo bastante atascado.
Has estudiado alguna asignatura de electrónica de potencia?
Un saludo.
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cordial saludo picuino
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Esto es un diagrama de tensiones y corrientes de un buck-boost:
(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/45/Buckboost_chronogram.svg/500px-Buckboost_chronogram.svg.png)
Solo falta la corriente por el condensador.
Puedes estudiar el buck-boost en Wikipedia o en los libros que comentamos más arriba.
La corriente por el condensador es fácil de calcular. En el primer ciclo la corriente sale del condensador a la carga. En el segundo ciclo se suma la corriente de la bobina y la mayor parte del tiempo la corriente entra en el condensador. Al final el balance de carga (sumatorio de la corriente por el tiempo) será cero. Esto significa que la gráfica de corriente tendrá tanta superficie positiva como negativa.
Un saludo.
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El problema es que eres tú el que tiene que ayudarme a mí.
Yo puedo ayudarte, pero ¿en qué? ¿Cuál es exactamente la duda que tienes?
Si no sabes hacer una gráfica de corriente ¿qué te resulta difícil? ¿Qué es lo que no comprendes?
No soy adivino. Hace falta que hagas algo para que podamos ver qué es lo que haces mal y corregirlo.
Imagina que te contesto igual que tú:
"Estoy un poco atascado con conocer su duda. No sé qué es lo que conoce y lo que no conoce.
No he logrado ver cómo responder lo que me pide. Si pudiera ayudarme se lo agradecería."
Un saludo.
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Buen dia
Picuino gracias por el consejo, logre entender porque me pedias la gráfica de la corriente IL.
Con respecto a la corriente del condensador tengo la siguiente grafica de corriente IC en la cual se observa que como me decías tiene valores tanto positivos como negativos.
- Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -
De la cual podemos deducir la corriente IC
Picuino gracias por su tiempo ya pude establecer los parámetros de mi proyecto por completo el cual será un convertidor cd-cd buck boost con un voltaje Vs=56v, un voltaje de salida entre V0=100V y 12V con una potencia de 2kw lo que me da una corriente I0=20A a 100v y una potencia de 240w a 12v, la frecuencia de conmutación la puedo elegir a mi criterio de tal manera que sea adecuada para el diseño.
Mi pregunta es la siguiente ¿es posible conseguir estas características de operación con el convertidor buck boost que estoy diseñando? y si es no el caso podría recomendarme uno que cumpla con las características a diseñar.
Gracias por su tiempo.
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Me parece demasiada potencia para un buck-boost. No es que no se pueda hacer, es que hay otras topologías más adecuadas.
¿Has calculado las corrientes de pico que tendrás?
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Aquí te recomiendan las topologías según su potencia:
http://www.smps.us/topologies.html
http://www.vishay.com/docs/73666/73666.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Switched-mode_power_supply#Non-isolated_topologies
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Igual deberías plantearte hacer un Boost seguido de un Buck (https://en.wikipedia.org/wiki/Split-pi_topology)
Para altas tensiones el boost eleva y el buck regula.
Para bajas tensiones el boost no hace nada y el buck regula.
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Gracias por el aporte picuino, es cierto lo que me dices el tipo buck-boost maneja potencias muy pequeñas para lo que necesito el más adecuado es un convertidor de cd-cd Full bridge que opera a mayores potencias, pero no estoy seguro de lo que he leído si este me puede servir para obtener la salida de tensión entre 100v y 12v. voy a investigar acerca del que me recomiendas el convertidor de topología Split-pi para ver qué características me puede brindar
Gracias por su tiempo.
:)
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Te falta calcular las corrientes de pico que va a tener el conversor.
Puedes leer mucha información, pero al final todo se basa en eso.