Convertidores Buck-Boost,

INTRODUCCIÓN



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 generaliza, se refiere a la conversión CC/CC como un procesado de potencia, haciendo analogía con el procesado de señal, bastante conocido en Ingeniería Electrónica. En el procesado depotencia, 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 entregada como corriente o tensión. En la Figura 1 también se puede ver que es necesaria una señal que controle ese proceso. El circuito de procesado de potencia y la señal de control caracterizan el funcionamientodel convertidor.
La Figura 2 muestra la estructura completa de este tipo de convertidores donde se puede ver que se dividen en una etapa de potencia y una etapa de control.



Existen inúmeros circuitos que pueden realizar una conversión CC/CC.
Los convertidores CC/CC PWM son los más básicos siendo sus propiedades las siguientes:

Tienen 1 interruptor activo (transistor) y 1 pasivo (diodo)Dos estados posibles, lo que significa 2 topologías determinadas por el interruptor activo (abierto/cerrado). Esta propiedad implica que el convertidor estará siempre operando en modo de conducción continua.
• Tienen una única fuente de potencia y soportan solamente una carga
• No tiene transformador de aislamiento
• La potencia fluye de la fuente a la carga (unidireccional).

Existen seisconvertidores que pueden considerarse como básicos, o sea, que cumplen las propiedades antes mencionadas. Esos convertidores son:
• Convertidores buck,
• Convertidores boost,
• Convertidores buck-boost,
• Convertidores
• convertidores cúk,
• Convertidores sepic
• Convertidores Zeta.
Convertidor Buck
El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida unvoltaje continuo menor que a su entrada. El diseño es similar a un convertidor elevador o Boost, también es una fuente conmutada con dos dispositivos 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 formade calor. Por otra parte, un convertidor Buck puede tener una alta eficiencia (superior al 95% con circuitos integrados) y autoregulación.


Esquema básico de un convertidor Buck. El interruptor suele ser un MOSFET, IGBT o BJT.

Estructura y funcionamiento

El funcionamiento del conversor Buck es sencillo, consta de un inductor controlado por dos dispositivos semiconductores los cualesalternan la conexión del inductor bien a la fuente de alimentación o bien a la carga.
Análisis
Modo continuo

Las dos configuraciones de un Buck. (a) La energía se transfiere de la fuente a la bobina al condensador y a la carga. (b) la energía se transfiere de la bobina y el condensador a la carga.

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 corriente aumenta 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 enel 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 Vi − Vo...