Buck

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Convertidor Buck

Fig. 1: Esquema básico de un convertidor Buck. El interruptor suele ser un MOSFET, IGBT o BJT.
El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida un voltaje continuo menor que a su entrada. El diseño es similar a un convertidor elevador o Boost, también es una fuente conmutada con dosdispositivos semiconductores (transistor S y diodo D), un inductor L y opcionalmente un condensador C a la salida.
La forma más simple de reducir una tensión continua (DC) es usar un circuito divisor de tensión, pero los divisores gastan mucha energía en forma de calor. Por otra parte, un convertidor Buck puede tener una alta eficiencia (superior al 95% con circuitos integrados) y autoregulación.Contenido  [ocultar]  * 1 Estructura y funcionamiento * 1.1 Análisis * 1.1.1 Modo continuo * 1.1.2 Modo discontinuo * 2 Modificaciones * 3 Véase también * 4 Enlaces externos |
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[editar]Estructura y funcionamiento

Fig. 2: Las dos configuraciones de un Buck. (a) La energía se transfiere de la fuente a la bobina alcondensador y a la carga. (b) la energía se transfiere de la bobina y el condensador a la carga.
El funcionamiento del conversor Buck es sencillo, consta de un inductor controlado por dos dispositivos semiconductores los cuales alternan la conexión del inductor bien a la fuente de alimentación o bien a la carga.
[editar]Análisis
[editar]Modo continuo

Fig. 3: Evolución de las tensiones ycorrientes con el tiempo en un convertidor Buck ideal en modo continuo.
El convertidor se dice que está modo continuo si la corriente que pasa a través del inductor (IL) nunca baja a cero durante el ciclo de conmutación. En este modo, el principio de funcionamiento es descrito por el cronógrama de la figura 3:
* Con el interruptor cerrado la tensión en el inductor es VL = Vi − Vo y la corrienteaumenta linealmente. El diodo está en inversa por lo que no fluye corriente por él.
* Con el interruptor abierto el diodo está conduciendo en directa. La tensión en el inductor es VL = − Vo y la corriente disminuye.
La energía almacenada en el inductor es:

Como puede verse la energía almacenada en la bobina se incrementa en estado ON (interruptor cerrado) y se decrementa durante el estado OFF(interruptor abierto). La bobina se usa para transferir energía desde la entrada a la salida.
La variación de IL viene dada por:

Con VL igual a  durante el estado a ON y a  durante el estado OFF. El incremento de corriente en ON es:

De la misma forma el decremento de corriente en OFF es:

Si se asume que el convertidor opera en un estado estable, la energía almacenada en cada componente alfinal del ciclo de conmutación T es igual a que había al principio del ciclo. Esto significa que la corriente IL es igual en t=0 y en t=T (ver figura 3).
Por lo tanto, 
De las ecuaciones anteriores se obtiene:

Como se puede ver en la figura 3  and . D es un escalar llamado ciclo de trabajo (duty cycle) cuyo valor está comprendido entre 0 y 1:

Esta ecuación puede ser reescrita como:

Deesta ecuación se puede observar como la tensión de salida del conversor varía linealmente con el ciclo de trabajo para una tensión de entrada dada. Como el ciclo de trabajo D es igual al cociente entre tOn y el periodo T no puede ser mayor a 1. Por consiguiente , de ahí su nombre de reductor.

Por ejemplo para regular una tensión de 12 V a 3 V el ciclo de trabajo en un circuito ideal debe ser del25%.
[editar]Modo discontinuo

Fig. 4: Evolución de las tensiones y corrientes con el tiempo en un convertidor Buck ideal en modo discontinuo.
En algunos casos la cantidad de energía requerida por la carga es tan pequeña que puede ser transferida en un tiempo menor que el periodo de conmutación; en este caso la corriente a través de la bobina cae a cero durante una parte del periodo. La...