electronica

Convertidores DC-DC
Se llama convertidor DC-DC a un dispositivo que transforma corriente continua de una tensión a otra. Suelen ser reguladores de conmutación, dando a su salida una tensión regulada y, la mayoría de las veces con limitación de corriente. Se tiende a utilizar frecuencias de conmutación cada vez más elevadas porque permiten reducir la capacidad de los condensadores, con elconsiguiente beneficio de volumen, peso y precio.
Ventajas de utilizar convertidores DC-DC
Simplifican la alimentación de un sistema, porque permiten generar las tensiones donde se necesitan, reduciendo la cantidad de líneas de potencia necesarias. Además permiten un mejor manejo de la potencia, control de tensiones de entrada, aumento de armónicas y un aumento en la seguridad.
Tienen gran eficiencia.Inconvenientes
Generan ruido, No sólo en la alimentación regulada, sino que a través de su línea de entrada se puede propagar al resto del sistema. También se puede propagar por radiación. Frecuencias más altas simplifican el filtrado de este ruido.
Tipos de convertidores DC-DC
Son varios los tipos de convertidores DC-DC existentes. Normalmente se clasifican en tres grupos: los que disminuyenla tensión a su salida (convertidor reductor), los que aumentan la tensión a su salida (convertidor elevador) y los que son capaces de realizar ambas funciones.












REDUCTORES
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 unafuente 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 forma de calor. Por otra parte, un convertidor Buck puede tener una alta eficiencia (superior al 95% con circuitosintegrados) y auto regulación.


Estructura y funcionamiento
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.


Análisis
Modo continuo
El convertidor se dice que está modo continuo si la corriente que pasa a través delinductor (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:

Fig. 3: Evolución de las tensiones y corrientes con el tiempo en un convertidor Buck ideal en modo continuo.

• Con el interruptor cerrado la tensión en el inductor es VL = Vi − Vo y la corriente aumenta linealmente. El diodo está eninversa 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 usapara 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 al final del ciclo de conmutación T esigual 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:

De esta ecuación se puede observar...