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Academic Year/course: 2018/19

440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering

29841 - Switching Power Supplies


Syllabus Information

Academic Year:
2018/19
Subject:
29841 - Switching Power Supplies
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
440 - Bachelor's Degree in Electronic and Automatic Engineering
ECTS:
6.0
Year:
4
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

4.1. Methodological overview

The learning process designed for this subject is based on the following:


• The teaching process will involve three main levels: lectures, laboratory problems and, active student participation.
• In the lectures the theoretical basis of electronic power supplies will be exposed.
• In the classes of problems the students will develop worked-out examples
• The laboratory practices will be developed in small groups where students perform computer simulations and assembly of electronic power supplies.

4.2. Learning tasks

The program offered to the student aims to help him achieving the expected results and includes the following activities ...

 

 

CLASS WORK: 2.4 ECTS (60 hours)

 

1) Theoretical classes (30 hours).

 

Keynote sessions presentation of theoretical contents. The concepts and fundamentals of electronic power systems, illustrating them with examples will be presented. The student participation is demanded through questions

 

2) problem solving classes (15 hours).

 

Problems and cases involving students, coordinated at all times with the theoretical contents will be developed. Students are encouraged to work the problems previously.

 

3) Laboratory practicum (15 hours).

 

It will consist both assembly and computer simulation of electronic power supplies. The student will have a script for each practice.

 

 

TAKE-HOME WORK: 3.6 ECTS (90 hours)

 

4)  Student assignements (24 hours).

 

They are activities that the student will perform alone or in groups and that the teacher will propose throughout the teaching period. In order to assess the progressive acquisition of knowledge, they will be proposed resolution of a sheet of short questions. The developed work is associated with the laboratory practicum.

 

5) Study (62 hours).

 

The ongoing work of the student will be encouraged by the homogeneous distribution throughout the semester of the various learning activities.

 

6) Evaluation tests (4 hours).

 

In addition to the assessment function, it is also a learning tool with which the student checks the degree of understanding and assimilation reached.

4.3. Syllabus

The contents developed in the classroom are as follows:


• Introduction to power supplies.
• Linear power supplies. Integrated regulators.
• Switching Power supplies: generalities.
• DC-DC converter for switching power supplies.
• Design of magnetic components for switching power supplies.
• Obtaining transfer functions and control loop simulation.
• Control of switching power supplies. Specific integrated circuits.
• Auxiliaries. Applicable Safety and EMI estandards.

 

The contents developed in the weekly homework are::

  1. Elements of a linear power sypply.
  2. Averaged and Root Mean Squared values.
  3. Linear / switched power supplies.
  4. Kirchhoff Laws with averaged values.
  5. Parseval and graphic calculation.
  6. Regulators Types I, II and III.
  7. Averaged models.
  8. Buck Regulador SG3524.
  9. Magnetic Componentes.
  10. Magnetic Componentes. 2.
  11. Transfer Functions in MCC.
  12. Voltage ratio in MCD.
  13. Transfer Functions in MCD.
  14. Isolated feedback.
  15. Isolated feedback 2.
  16. Voltage ratio in CPM_MCC.
  17. Transfer Functions in CPM_MCC
  18. Voltage ratio in CPM_MCD.
  19. MCC-MCD limit.
  20. LISN circuit.
  21. CM and DM disturbances.
  22. X2 and Y2 capacitors performance.
  23. X2 and Y2 rating.
  24. Atenuación required in CM
  25. Atenuación required in CM-2.
  26. SmartCtrl_Buck pract 4.
  27. SmartCtrl_Flyback pract 6.

 

The contents developed in the problems solving are:

  1. Problem 2.1 Analysis of the effect of the magnetizing inductance.
  2. Problem 2.2 Analysis of the effect of the leakage inductance.
  3. Problem 2.4 Design of inductances.
  4. Problem 2.5 Calculation of the filter coil in a Buck converter.
  5. Problem 2.9 5skin effect.
  6. Problem 2.13 Calculation of the life time of an electrolytic capacitor.
  7. Problem 6.1 Design of a Buck converter.
  8. Problema 6.14 Design a boost converter.
  9. Problem 6.25 Design of a flyback converter.
  10. Problema 6.26 Design a Forward Converter.
  11. Problema 6.29 Design of a two transistors Forward converter.
  12. Problem 6.35 Design of a full-bridge converter.
  13. Problem 6.41 Design of a cuasiresonant ZVS Buck converter.
  14. Problem 6.45 Transfer functions of a buck converter in continuous mode and duty cycle control.

4.4. Course planning and calendar

Lecture schedule and assignements

 

Lectures and problem classes and practice sessions held in the laboratory are according to schedule set by the accademic authorities (schedules available on their website). The other activities will be planned depending on the number of students and will be announced in good time.

 

The weekly breakdown is as follows

 

Week 1:

 

• Introduction to power supplies.
• Line sources. Integrated regulators.
• Weekly work due 1 and 2


Week 2:

 

• Introduction to power supplies.
• Line sources. Integrated regulators.
• Problems linear sources
• Weekly work due 3 and 4
• 1st Lab practice, group A


Week 3:

 

• Switching Power: generalities.
• DC-DC converter for switching power supplies.
• Student presentation problem 1
• Weekly work due 5 and 6
• 1st Lab practice, group B


Week 4:

 

• Switching Power: generalities.
• DC-DC converter for switching power supplies.
• Student presentation problem 2
• Weekly work due 7 and 8
• 2st Lab practice, group A


Week 5:

 

• Design of magnetic components for switching power supplies.
• Student presentation problem 3
• Weekly work due 9 and 10
• 2st Lab practice, group B

 

Week 6:

 

• Design of magnetic components for switching power supplies.
• Obtaining transfer functions and control loop simulation.
• Student presentation problems 4 and 5
• Weekly work due 11 and 12
• 3rd Lab practice, group A


Week 7:

 

• Design of practice 4
• Obtaining transfer functions and control loop simulation.
• Student presentation problem 6
• Weekly work due 13 and 14
• 3rd Lab practice, group B


Week 8:

 

• Design of practice 4
• Obtaining transfer functions and control loop simulation.
• Control of switching power supplies. Specific integrated circuits.
• Student presentation problem 7
• Weekly work due 15 and 16
• 4th Lab practice, group A


Week 9:

 

• Design of practice 5
• Student presentation problem 8
• Weekly work due 17 and 18
• 4th Lab practice, group B


Week 10:

 

• Design of practice 5
• Student presentation of problems 9, 10 and 11
• Weekly work due 19 and 20
• 5th Lab practice, group A


Week 11:

 

• Auxiliaries. Applicable regulations.
• Student presentation problem 12
• Weekly work due 21 and 22
• 5th Lab practice, group B


Week 12:

 

• Auxiliaries. Mandatory estandards.
• Make survey
• Student presentation problem 13
• Weekly work due 23 and 24
• 6th Lab practice, group A


Week 13:

 

• Auxiliaries. Madatory estandards.
• Make survey
• Student presentation problem 14
• Weekly work due 25 and 26
• 6th Lab practice, group B


Week 14:

 

• Auxiliaries. Mandatory estandards.
• Weekly work due 27

• Recovery of lab practices

 

 

 

 


Curso Académico: 2018/19

440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática

29841 - Fuentes de alimentación electrónica


Información del Plan Docente

Año académico:
2018/19
Asignatura:
29841 - Fuentes de alimentación electrónica
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
440 - Graduado en Ingeniería Electrónica y Automática
Créditos:
6.0
Curso:
4
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Módulo:
---

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

Todo circuito o equipo electrónico requiere de una fuente de alimentación; el objetivo de esta asignatura es formar al alumno en el análisis y diseño de fuentes de alimentación electrónicas lineales y conmutadas para sistemas y equipos de telecomunicación, industriales, informáticos, de automoción, electrodomésticos, etc. 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura optativa se encuentra dentro de la materia de Sistemas Electrónicos de la titulación. Para cursarla se requieren conocimientos principalmente de Electrónica analógica y Electrónica de potencia.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

  • Se requieren conocimientos de Electrónica analógica y Electrónica de potencia.
  • El estudio y trabajo continuado son muy recomendables para superar con el máximo aprovechamiento la asignatura.  

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

  • Conocimiento aplicado de electrónica de potencia.
  • Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos, digitales y de potencia.
  • Combinar los conocimientos generalistas y los especializados de Ingeniería para generar propuestas innovadoras y competitivas en la actividad profesional.
  • Resolver problemas y tomar decisiones con iniciativa, creatividad y razonamiento crítico.
  • Usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la práctica de la misma.
  • La gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnicas y la legislación necesarias para la práctica de la Ingeniería.
  • Capacidad para aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

  • Conoce y diseña fuentes lineales y fuentes conmutadas.
  • Conoce los reguladores lineales y otros circuitos integrados específicos necesarios en el diseño de fuentes de alimentación.
  • Diseña convertidores CC-CC para fuentes conmutadas.
  • Diseña los componentes magnéticos que requieren las fuentes conmutadas.
  • Conoce las técnicas de modelado de convertidores y el diseño de su lazo de control.
  • Conoce los elementos auxiliares y la normativa de aplicación.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El conocimiento de los sistemas electrónicos de alimentación resulta importante para el ejercicio de las competencias de un graduado en Ingeniería Electrónica y Automática, por lo que las capacidades adquiridas en esta asignatura serán de gran utilidad para su futuro profesional.  Las fuentes de alimentación electrónicas son básicas para el funcionamiento, por ejemplo, de todos los sistemas industriales, los equipos de telecomunicación, los electrodomésticos, etc.

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluacion

1.  Examen final escrito (70%)

  • Estará compuesto por la resolución de casos prácticos que incluyen cuestiones teórico-prácticas y problemas. Se realizará en las convocatorias oficiales. Se valorará la corrección de las respuestas y los desarrollos de análisis, diseños y resultados numéricos.
  • Calificación (C1) de 0 a 7 puntos, supondrá el 70% de la calificación global del estudiante. Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima en este apartado de 3 puntos sobre 7.

 2. Prácticas de laboratorio y trabajos asociados (30%)

  • Se valorarán los trabajos asociados a las prácticas, así como la capacidad de montaje o simulación de circuitos electrónicos y el manejo del instrumental por parte de los estudiantes en el laboratorio.
  • El trabajo asociado a cada práctica de laboratorio, a entregar por los estudiantes después de la sesión práctica, se compondrá de los ejercicios preparatorios previos a la práctica, a elaborar antes de la sesión, y del informe de los resultados de la sesión práctica correspondiente.
  • Para el desarrollo de sus habilidades de comunicación, los alumnos presentarán en clase por parejas, un problema propuesto, completando un total de 15 horas. Asimismo, con el fin de evaluar la adquisición progresiva de conocimientos, se les propondrá semanalmente la resolución de una hoja de preguntas cortas.
  • Calificación (C2) de 0 a 3 puntos, supondrá el 30% de la calificación global del estudiante. Para superar la asignatura se debe obtener una calificación mínima en este apartado de 1 punto sobre 3.

PRUEBA GLOBAL (CONVOCATORIAS OFICIALES):

 

En las dos convocatorias oficiales se realizará la evaluación global del estudiante, con las siguientes pruebas:

  • Examen final escrito: calificación C1 de 0 a 7 puntos (70%).
  • Examen de laboratorio: calificación C2 de 0 a 3 puntos (30%). De este examen estarán eximidos los estudiantes que durante el curso hayan obtenido una calificación C2 de la parte de prácticas de laboratorio y trabajos asociados mayor o igual que 1 punto sobre 3.
  • La calificación global de la asignatura (sobre 10 puntos) será C1 + C2, siempre que C1 sea mayor o igual que 3 y C2 sea mayor o igual que 1. En otro caso, la calificación global de la asignatura será el mínimo entre C1 + C2 y 4. La asignatura se supera con una calificación global mayor o igual que 5 puntos sobre 10.

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

  • El proceso de enseñanza se desarrollará en tres niveles principales: clases de teoría, problemas y laboratorio, con creciente participación del estudiante.  
  • En las clases de teoría se expondrán las bases teóricas de las fuentes de alimentación electrónicas. 
  • En las clases de problemas se desarrollarán problemas y casos tipo con la participación de los estudiantes. 
  • Se desarrollarán prácticas de laboratorio en grupos reducidos, donde el estudiante realizará simulaciones por computador y montajes de fuentes de alimentación electrónicas.

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

TRABAJO PRESENCIAL: 2.4 ECTS (60 horas)

 

1) Clases teóricas (30 horas).

 

Sesiones magistrales de exposición de contenidos teóricos. Se presentarán los conceptos y fundamentos de los sistemas electrónicos de potencia, ilustrándolos con ejemplos. Se fomentará la participación del estudiante a través de preguntas.

 

2) Clases de resolución de problemas (15 horas).

 

Se desarrollarán problemas y casos con la participación de los estudiantes, coordinados en todo momento con los contenidos teóricos. Se fomenta que el estudiante trabaje previamente los problemas.

 

3) Prácticas de laboratorio (15 horas).

 

Consistirá en el montaje o simulación por computador de fuentes de alimentación electrónicas. El estudiante dispondrá de un guión de cada práctica.

 

TRABAJO NO PRESENCIAL: 3.6 ECTS (90 horas)

 

4) Trabajos docentes (24 horas).

 

Actividades que el estudiante realizará solo o en grupo y que el profesor irá proponiendo a lo largo del período docente. Con el fin de evaluar la adquisición progresiva de conocimientos, se les propondrá la resolución de una hoja de preguntas cortas. la elaboración de los trabajos asociados a las prácticas.

 

5) Estudio (62 horas).

 

Se fomentará el trabajo continuo del estudiante mediante la distribución homogénea a lo largo del semestre de las diversas actividades de aprendizaje.

 

6) Pruebas de evaluación (4 horas).

 

Además de la función calificadora, la evaluación también es una herramienta de aprendizaje con la que el alumno comprueba el grado de comprensión y asimilación alcanzado.

 

 

4.3. Programa

Los contenidos que se desarrollan en las clases presenciales son los siguientes:

  • Introducción a las fuentes de alimentación.
  • Fuentes lineales. Reguladores integrados.
  • Fuentes conmutadas: generalidades.
  • Convertidores CC-CC para fuentes conmutadas.
  • Diseño de componentes magnéticos para fuentes conmutadas.
  • Obtención de las funciones de transferencia y simulación del lazo de control.
  • Control de las fuentes conmutadas. Circuitos integrados específicos.
  • Elementos auxiliares. Normativa de aplicación.

Los contenidos que se desarrollan en los trabajos semanales son los siguientes:

  1. Elementos de una Fuente lineal.
  2. Valores medios y eficaces.
  3. Fuente lineal/conmutada.
  4. Kirchhoff con valores medios.
  5. Parseval y calculo grafico.
  6. Reguladores Tipos I, II y III.
  7. Modelos promediados.
  8. Regulador Buck SG3524.
  9. Componentes magnéticos.
  10. Componentes magnéticos 2.
  11. Funciones de T en MCC.
  12. Relacion de Tension en MCD.
  13. Funciones de T en MCD.
  14. Realimentación aislada.
  15. Realimentación aislada 2.
  16. Relacion de tensiones en CPM_MCC.
  17. Funciones de T en CPM_MCC.
  18. Relacion de tensiones en CPM_MCD.
  19. Limite MCC-MCD.
  20. Red LISN.
  21. Perturbaciones MC y MD.
  22. Condensadores X2 e Y2.
  23. Calculo de condensadores X2 e Y2.
  24. Atenuación requerida en MC.
  25. Atenuación requerida en MC-2.
  26. SmartCtrl_Buck pract 4.
  27. SmartCtrl_Flyback pract 6.

Los contenidos que se desarrollan en los problemas son los siguientes:

  1. Problema 2.1 Análisis del efecto de la inductancia magnetizante.
  2. Problema 2.2 Analisis del efecto de la inductancia de dispersión.
  3. Problema 2.4 Diseño de inductancias.
  4. Problema 2.5 Calculo de la bobina de filtro de un Buck.
  5. Problema 2.9 Efecto pelicular.
  6. Problema 2.13 Calculo de la vida de un condensador electrolítico.
  7. Problema 6.1 Diseño de un convertidor Buck.
  8. Problema 6.14 Diseño de un convertidor Boost.
  9. Problema 6.25 Diseño de un convertidor Flyback.
  10. Problema 6.26 Diseño de un convertidor Forward.
  11. Problema 6.29 Diseño de un convertidor Forward de dos transistores.
  12. Problema 6.35 Diseño de un convertiodr en Puente.
  13. Problema 6.41 Diseño de un convertridor Buck cuasiresonante ZVS.
  14. Problema 6.45 Funciones de transferencia de un convertidor Buck en modo continuo y control del ciclo de servicio.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las clases magistrales y de problemas y las sesiones de prácticas en el laboratorio se imparten según horario establecido por el centro (horarios disponibles en su página web). El resto de actividades se planificará en función del número de alumnos y se dará a conocer con la suficiente antelación.

 

El desglose semanal es el siguiente

 

Semana 1:

  • Introducción a las fuentes de alimentación.
  • Fuentes lineales. Reguladores integrados.
  • Trabajo semanal 1 y 2

Semana 2:

  • Introducción a las fuentes de alimentación.
  • Fuentes lineales. Reguladores integrados.
  • Problemas de fuentes lineales
  • Trabajo semanal 3 y 4
  • Practica 1a

Semana 3:

  • Fuentes conmutadas: generalidades.
  • Convertidores CC-CC para fuentes conmutadas.
  • Exposicion Problema 1
  • Trabajo semanal 5 y 6
  • Practica 1b

Semana 4:

  • Fuentes conmutadas: generalidades.
  • Convertidores CC-CC para fuentes conmutadas.
  • Exposicion Problema 2
  • Trabajo semanal 7 y 8
  • Practica 2a

Semana 5:

  • Diseño de componentes magnéticos para fuentes conmutadas.
  • Exposicion Problema 3
  • Trabajo semanal 9 y 10
  • Practica 2b

Semana 6:

  • Diseño de componentes magnéticos para fuentes conmutadas.
  • Obtención de las funciones de transferencia y simulación del lazo de control.
  • Exposicion Problemas 4 y 5
  • Trabajo semanal 11 y 12
  • Practica 3a

Semana 7: 

  • Diseño de la practica 4
  • Obtención de las funciones de transferencia y simulación del lazo de control.
  • Exposicion Problema 6
  • Trabajo semanal 13 y 14
  • Practica 3b

Semana 8:

  • Diseño de la practica 4
  • Obtención de las funciones de transferencia y simulación del lazo de control.
  • Control de las fuentes conmutadas. Circuitos integrados específicos.
  • Exposicion Problema 7
  • Trabajo semanal 15 y 16
  • Practica 4a

Semana 9:

  • Diseño de la practica 5
  • Exposicion Problema 8
  • Trabajo semanal 17 y 18
  • Practica 4b

Semana 10:

  • Diseño de la practica 5
  • Exposicion Problemas 9, 10 y 11
  • Trabajo semanal 19 y 20
  • Practica 5a

Semana 11:

  • Elementos auxiliares. Normativa de aplicación.
  • Exposicion Problema 12
  • Trabajo semanal 21 y 22
  • Practica 5b

Semana 12:

  • Elementos auxiliares. Normativa de aplicación.
  • Hacer encuesta
  • Exposicion Problema 13
  • Trabajo semanal 23 y 24
  • Practica 6a

Semana 13:

  • Elementos auxiliares. Normativa de aplicación.
  • Hacer encuesta
  • Exposicion Problema 14
  • Trabajo semanal 25 y 26
  • Practica 6b

Semana 14:

  • Elementos auxiliares. Normativa de aplicación.
  • Trabajo semanal 27
  • Recuperación de practicas

 

El calendario detallado de las diversas actividades a desarrollar se establecerá una vez que la Universidad y el Centro hayan aprobado el calendario académico (el cual podrá ser consultado en la página web del centro).

Toda la información y documentación sobre la asignatura se publicará en http://moodle.unizar.es/ (Para acceder a esta página web se requiere que el estudiante esté matriculado).

 

 A título orientativo:

  • Período de clases: segundo cuatrimestre (Primavera).
  • Clases teoría y problemas-casos: cada semana hay programadas 3 horas de clases en el aula.
  • Sesiones prácticas: el estudiante realizará, cada dos semanas, 6 sesiones prácticas de 2,5 horas de laboratorio y entregará trabajos asociados a las mismas.
  • Entrega de trabajos de las prácticas: se informará adecuadamente en clase de las fechas y condiciones de entrega.

  • Examen: habrá un examen de 1ª convocatoria y otro de 2ª convocatoria en las fechas concretas que indique el centro.