Chopper tipo a

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CONVERTIDOR TIPO A
Convertidor STEP-DOWN (reductor, directo)

Introducción
El convertidor directo, cuyo esquema está representado a continuación, trabaja como convertidor reductor, presentando una tensión media de salida inferior a la tensión aplicada a la entrada. Además, como indica la misma figura, su funcionamiento se prescribe exclusivamente al primer cuadrante de los ejes formados porV e I, de tal forma que la tensión y la intensidad en la carga siempre adoptarán valores positivos.

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El estudio del convertidor del que nos ocupamos aquí se centrará en plantear y resolver con detalle las ecuaciones matemáticas que definen al circuito al considerarse los diferentes estados del interruptor.

Fig1. Esquema de un convertidor reductor y su modo de trabajo en la gráficaV-I

En primer lugar y antes de abordar el funcionamiento del circuito cabe indicar la presencia de dos modos de operación claramente definidos:

• Régimen de corriente continua (C.C.).
La intensidad que fluye por la carga fluctúa entre unos valores máximo y mínimo, pero nunca llega a anularse. Esto, como se verá más adelante, se debe a la relación entre el tiempo en el que el interruptor seencuentra cerrado, y el tiempo necesario para que la bobina descargue totalmente la energía almacenada previamente.
En el circuito que nos ocupa, para asegurar un régimen continuado, el interruptor S deberá estar bloqueado un intervalo de tiempo que permita a la intensidad en la carga no hacerse cero. De este modo, al comenzar el siguiente periodo la intensidad en la carga, que es la misma quecircula por la bobina, podrá partir de un valor inicial, IL(MIN).

• Régimen de corriente discontinua (C.D.).
La intensidad en la carga se hace nula en un momento determinado a lo largo del TOFF del convertidor (TOFF es el periodo de tiempo en el que el interruptor está abierto). El tiempo que permanece abierto el interruptor es mayor que el tiempo que puede estar la bobina cediendo energía, con loque al iniciarse el siguiente periodo la intensidad en la carga partirá de cero. Ambos modos de operación quedan reflejados en la figura 2.

Fig.2 Chopper reductor: Formas de tensión e intensidad para
los regímenes de corriente continuada y discontinuada.

Funcionamiento

Para estudiar el funcionamiento del circuito se deberá plantear el circuito equivalente para cada uno de los estadosposibles del interruptor (abierto y cerrado). Así, si se considera que el interruptor está cerrado, el circuito equivalente será el que se recoge en la figura 3.a.
Se observa en dicha figura como la fuente primaria de energía E se encuentra conectada a la carga, al mismo tiempo que el diodo D queda polarizado en inverso. Siempre y cuando E >V existirá un flujo de intensidad desde la fuente hacia lacarga. Esta intensidad, debido a la presencia de la red RL, seguirá una exponencial creciente hasta alcanzar un valor máximo, IL(MAX).
Alcanzando dicho valor se abre el interruptor, con lo que la carga queda aislada de la fuente. El circuito equivalente, en este caso, es el que aparece en la figura 3.b. El diodo se polariza en directo, proporcionando un camino de escape para la energíaalmacenada por la bobina en el periodo anterior. De esta forma, la intensidad en la carga tenderá a disminuir, siguiendo una exponencial decreciente, hasta alcanzar un valor mínimo (IL(MIN)). En este instante el interruptor se cerrará de nuevo, la intensidad empezará a crecer, y comenzará un nuevo ciclo.

Fig. 3 Chopper reductor: a) Circuito equivalente para TON. b) Circuito equivalente para TOFF.Análisis matemático
Con lo anteriormente expuesto ya se puede abordar el estudio matemático del circuito de acuerdo a los siguientes periodos de funcionamiento

• Interruptor cerrado
Independientemente de que funcione con corriente discontinuada o con corriente continuada, cuando el interruptor S esté en conducción la ecuación que define al circuito será la que se indica a continuación:...
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