Convertidores

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN

TEMA 3:

TEMA 3

ANÁLISIS DE CONVERTIDORES BUCK, BOOST y BUCKBOOST.

3.1.- Convertidor BUCK.
3.1.1.- Análisis del funcionamiento.
El convertidor Buck es un convertidor reductor, en el sentido de que su tensión de salida
nunca puede ser mayor que la de la entrada. La topología de este convertidor se muestra a
continuación:
VL
S

+

is

+iL

L

Io

Vs

Vo

Co

D1

R
-

Una característica deseable en el estudio de cualquier circuito electrónico, es la
utilización de técnicas lineales. Sin embargo, los convertidores de alimentación conmutados son
circuitos no lineales y discontinuos, por tanto para su caracterización empezaremos por
descomponerlos en subcircuitos cuyo funcionamiento sea lineal.
En todos losconvertidores conmutados existen dos modos de funcionamiento
dependiendo de la continuidad o no de la corriente que circula por el inductor. De esta manera
cuando la corriente sea siempre mayor que cero durante todo el periodo de conmutación, el
convertidor trabajará en modo continuo, para ser en modo discontinuo si durante algún
instante la corriente en el inductor se anula. Veamos elfuncionamiento en cada uno de estos
modos:
MODO CONTINUO (CCM):
Durante un periodo de conmutación si el convertidor trabaja en modo continuo, este se
podrá analizar mediante dos estados de funcionamiento:
Estado I: Conmutador S en conducción. D en corte. Carga del inductor con tensión Vs-Vo.
Estado II: Conmutador S en corte. D en conducción. Descarga del inductor con tensión -Vo.
VL
+
+

isVL
-

L

-

+

iL

+

is = 0

L

iL

+
Vs

+

+

+
Vo

C

Vs

C

Vo

R

R

Estado I

I.T.T.(S.E.) -Universitat de València-

-

Estado II

Curso 02/03

-

1

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN

TEMA 3

Veamos a continuación las formas de onda más características del convertidor Buck en
modo continuo:

VIN+Vf

Vce
(Vce transistor)0

Vcesat

(VIN-Vcesat) -Vo
VL
(Vinductor)

0

Vo +Vf

VDfw
(Vka diodo)

Is
(I transistor)

Il
(I inductor)

(Vin-Vo)/L

Vo/L

IDfw
(I ak diodo)

ICo
(I Condensador)

I.T.T.(S.E.) -Universitat de València-

Curso 02/03

2

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN

TEMA 3

En el Estado I:
El transistor S conduce al principio del intervalo. Dado que Vin(tensión de entrada) es
mayor que la tensión de salida Vo, la corriente en el inductor crece con una razón, fijada por:
∆I
∆I Vin − Vo
=
=
〉0
∆t t on
L

De forma que este estado está caracterizado por la carga del inductor y el
almacenamiento de energía eléctrica en forma magnética en el inductor, además de una
transferencia directa de energía entre entrada – salida del convertidor.
En elEstado II:
Dicho estado comienza cuando el transistor S es llevado a corte. Dado que la corriente
por el inductor no es posible que cambie instantáneamente, la polaridad de la tensión en el
inductor cambia, polarizando directamente al diodo volante que conduce la corriente de
descarga del inductor. La corriente en el inductor decrecerá con una razón fijada por:
∆I
∆I
−Vo
=
=
〈0
∆t t offL

De acuerdo con la ley de Faraday, la tensión en bornes de un inductor durante un
periodo completo, es decir el valor medio de la tensión en el inductor es nulo. Esto significa que
los voltios-segundo aplicados = voltios-segundo entregados. De forma que obtenemos la
función de transferencia en condiciones de régimen estacionario como:

VL = L ⋅

dI L
dt

Ts V
L
0L

∫

→tON
,
TS

I L (Ts )

I L (0)

dI L = I L (Ts ) − I L (0) = 0

I L (Ts ) = I L (0)

en régimen estacionario
donde D1 =

⋅ dt = ∫

D2 =

tOFF
TS

y

⇒

(Vs − Vo) ⋅ D1 = Vo ⋅ D2

D1 + D2 = 1

⇒

Vo
= D1
Vs

Si despreciamos las pérdidas en los componentes del convertidor, la potencia de entrada
será igual a la potencia de salida, obteniendo la siguiente relación...