Análisis y diseño de circuito snubber para convertidor dual flyback-forward en aplicaciones fotovoltaicas

Abstract

El presente trabajo aborda el análisis, modelamiento y diseño de un circuito snubber pasivo tipo RCD, aplicado a un convertidor Dual Flyback–Forward aislado, empleado como etapa de pre-regulación en sistemas fotovoltaicos. Considerando un modelo de transformador no ideal, con inductancia de dispersión 𝐿𝑝, se estudió detalladamente el comportamiento dinámico del convertidor, caracterizando sus estados de conmutación y los efectos asociados al snubber, en términos de pérdidas de potencia y oscilaciones de alta frecuencia. A partir de simulaciones en PLECS y Python, se desarrollaron dos modelos matemáticos para el diseño del snubber. El primero corresponde a una expresión simplificada para la potencia disipada, obtenida mediante una aproximación geométrica de su forma de onda. El segundo modelo, basado en mínimos cuadrados, describe el porcentaje de overshoot del voltaje en el snubber como una función de la capacitancia 𝐶𝑠𝑛, obteniendo un coeficiente de determinación 𝑅2=0,995R2, lo que evidencia un ajuste altamente satisfactorio. Ambos modelos permitieron establecer un procedimiento de diseño trazable, escalable y replicable para dimensionar 𝑅𝑠𝑛 y 𝐶𝑠𝑛, en función de requerimientos de eficiencia y protección. La validación del método, mediante una prueba de diseño, entregó errores inferiores al 1 % en eficiencia y al 3 % en overshoot, demostrando su precisión y aplicabilidad práctica. El estudio evidencia que la resistencia del snubber es el parámetro dominante en la pérdida de potencia, mientras que la capacitancia gobierna directamente las oscilaciones del sistema. El método propuesto constituye una herramienta útil para convertidores aislados con inductancia de dispersión y sienta las bases para desarrollos futuros en modelamiento, caracterización experimental y automatización del proceso de diseño. This work presents the analysis, modeling and design of a passive RCD snubber circuit applied to an isolated Dual Flyback–Forward DC–DC converter, intended as a preregulation stage for photovoltaic systems. Using a non-ideal transformer model that includes leakage inductance 𝐿𝑝, the study characterizes the converter’s switching states and quantifies the impact of the snubber on power dissipation and high-frequency voltage oscillations. Simulation results obtained in PLECS and Python enabled the development of two mathematical models for snubber design. The first model describes the dissipated power through a geometric approximation of its waveform. The second model, derived from a least-squares fitting approach, captures the overshoot percentage of the snubber voltage as a function of the capacitance 𝐶𝑠𝑛, achieving a determination coefficient of ℛ2 = 0,995, indicating excellent agreement with simulated data. Together, these models provide a traceable, scalable and replicable methodology for selecting 𝑅𝑠𝑛 and 𝐶𝑠𝑛 based on efficiency requirements and voltage-stress constraints. A design validation test yielded errors below 1% for efficiency and 3% for overshoot, confirming the accuracy and practical applicability of the proposed method. The findings demonstrate that the snubber resistance is the dominant parameter in power dissipation, while the capacitance primarily governs voltage overshoot and oscillatory behavior. The proposed methodology offers a valuable design tool for isolated converters with leakage inductance and establishes a foundation for future research involving extended loss characterization, experimental validation and automated design tools.