Caldera

Convertidores CC/CC directos

Capítulo 4

Convertidores CC/CC directos

4.1

Introducción

Los convertidores CC/CC son ampliamente utilizados en fuentes de alimentación continuas conmutadas (generalmente con un transformador de aislamiento) y en aplicaciones de accionamiento de motores. En esta clase solamente serán considerados los convertidores sin aislamiento (más precisamente losconvertidores reductor y elevador), ya que el aislamiento eléctrico es una modificación adicional. Como se muestra en la Figura 4.1, habitualmente la entrada de estos convertidores es una tensión continua no regulada, la cual se obtiene rectificando la tensión de línea y, por eso, esta fluctuará a los cambios en la magnitud de la tensión.

Tensión

de Red CA
Monofásico o Trifásico

CCRectificador no controlado no regulada

Filtro

CC no regulada

Convertidor
CC/CC

CC regulada

Carga

vcontrol
Figura 4.1. Convertidor continua-continua (CC/CC)

Podemos definir los convertidores CC/CC como siendo circuitos que transforman una tensión continua (por lo general no regulada) en otra también continua y regulada. Otra definición más generalizada fue dada en [1] y se refiere ala conversión

Convertidores CC/CC directos

CC/CC como un procesado de potencia, haciendo analogía con el procesado de señal, bastante conocido en Ingeniería Electrónica. En el procesado de potencia, tanto la señal de entrada como de salida son “potencia”. La potencia en la entrada puede ser suministrada por una fuente de tensión o corriente y la potencia en la salida puede ser entregadacomo corriente o tensión. En la figura 4.1 también se puede ver que es necesario una señal que controle ese proceso. El circuito de procesado de potencia y la señal de control caracterizan el funcionamiento del convertidor. Existen innúmeros circuitos que pueden realizar una conversión CC/CC. Son conocidos varios métodos de síntesis de circuitos y todos llevan a un conjunto de convertidoresconstruidos con el menor número de componentes posible. Tenemos seis convertidores que pueden considerarse como básicos, o sea, la mayoría de los convertidores tienen dos interruptores, con un interruptor activo (el transistor) y un interruptor pasivo (el diodo). Esos convertidores son: Buck, Boost, Buck-Boost, Cúk, Sepic y Zeta, que se muestran en la Figura 4.2.

Vi

+ Vo

Vi

+ Vo

Buck Boost-

Vi

+
vo Vi

+ Vo

Buck-Boost Cúk

-

Vi vi

+ Vo Vi

+ Vo

SEPIC ZETA

-

Figura 4.2. Circuito de convertidores con dos interruptores (un transistor y un diodo)

Habitualmente el interruptor activo (transistor) para este tipo de convertidores es un BJT, MOSFET o IGBT de potencia. En la Figura 4.2 se muestran los convertidores

Convertidores CC/CC directosCC/CC utilizando MOSFET de potencia. El transistor funciona siempre en la región de corte (sin conducir corriente) o en la región ohmica para el MOSFET (transistor conduciendo con mínima tensión) y de saturación para el BJT. Controlando la tensión de puerta (MOSFET) o la corriente de base (transistor bipolar), podemos mantener el transistor conduciendo el tiempo que sea necesario. Sólo tenemos controlsobre el transistor, pues la conducción del diodo depende del funcionamiento del circuito. Así, para que tengamos un convertidor que mantenga la tensión de salida constante, es necesario un circuito externo que genere una señal de control al transistor del convertidor. Ese circuito de control debe generar todas las informaciones necesarias, como son: frecuencia de conmutación, tensión dereferencia estabilizada y circuito de compensación en frecuencia. Control de los convertidores CC-CC Los convertidores CC/CC conmutados utilizan uno o más interruptores para transformas un nivel continuo en otro. En un convertidor CC/CC con un nivel de tensión de entrada, el valor medio de la tensión de salida se ajusta controlando la duración del estado abierto (OFF) o cerrado (ON) del interruptor....