conmutador buck
Páginas: 8 (1947 palabras)
Publicado: 15 de junio de 2014
Convertidor Buck o conmutador buck
El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia, DC/DC sin aislación galvánica, 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 una fuente conmutada con dos dispositivos semiconductores (transistor S y diodo D), un inductor L y opcionalmente un condensador Ca la salida. Como se muestra en la figura (a) de anexos.
Modo continuo (MCC): 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 cronograma de la figura (b) de anexos.
i) 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.
ii) Con el interruptor abierto el diodo está conduciendo en directa. La tensión en el inductor es VL = − Vo y la corriente disminuye. Como se muestra en la figura (c) de anexos
La energía almacenada en el inductor es:
Como puede verse la energía almacenada en la bobina se incrementa enestado 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 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 convertidoropera en un estado estable, la energía almacenada en cada componente al final del ciclo de conmutación T es igual a que había al principio del ciclo. Esto significa que la corriente IL es igual en t=0 y en t=T (ver figura c).
Por lo tanto,
De las ecuaciones anteriores se obtiene:
Como se puede ver en la figura (c) and . D es un escalar llamado ciclo de trabajo (duty cycle) cuyo valor estácomprendido entre 0 y 1:
Esta ecuación puede ser reescrita como:
De esta ecuación se puede observar como la tensión de salida del conversor varía linealmente con el ciclo de trabajo para una tensión de entrada dada. Como el ciclo de trabajo D es igual al cociente entre tOn y el periodo T no puede ser mayor a 1. Por consiguiente , de ahí su nombre de reductor.
Por ejemplo para regular unatensión de 12 V a 3 V el ciclo de trabajo en un circuito ideal debe ser del 25%.
Modo discontinuo (MCD): En algunos casos la cantidad de energía requerida por la carga es tan pequeña que puede ser transferida en un tiempo menor que el periodo de conmutación; en este caso la corriente a través de la bobina cae a cero durante una parte del periodo. La única diferencia con el funcionamientodescrito antes es que el inductor está completamente descargado al final del ciclo de conmutación (ver figura b en anexos). Esto tiene algunos efectos sobre las ecuaciones anteriores.
La energía en el inductor sigue siendo la misma al principio y al final del ciclo (esta vez de valor cero). Esto significa que el valor medio de la tensión del inductor (VL) es cero (el área de los recuadros amarillos ynaranjas de la figura (d) es igual)
De esta manera el valor de δ es:
La corriente de salida entregada a la carga () es constante. También se supone que la capacidad del condensador de salida es suficientemente alta para mantener constante el nivel de tensión en sus terminales durante un ciclo de conmutación. Esto implica que la corriente que pasa a través del condensador tiene como valormedio cero, así que la corriente media en la bobina será igual a la corriente de salida:
Como se puede ver en la figura (d), la forma de onda de la corriente en el inductor es triangular, por consiguiente el valor medio de IL puede ser calculado geométricamente:
La corriente en el inductor es cero al principio y aumenta durante tOn hasta llegar a ILmax. Esto significa que ILmax es igual a:...
El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia, DC/DC sin aislación galvánica, 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 una fuente conmutada con dos dispositivos semiconductores (transistor S y diodo D), un inductor L y opcionalmente un condensador Ca la salida. Como se muestra en la figura (a) de anexos.
Modo continuo (MCC): 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 cronograma de la figura (b) de anexos.
i) 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.
ii) Con el interruptor abierto el diodo está conduciendo en directa. La tensión en el inductor es VL = − Vo y la corriente disminuye. Como se muestra en la figura (c) de anexos
La energía almacenada en el inductor es:
Como puede verse la energía almacenada en la bobina se incrementa enestado 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 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 convertidoropera en un estado estable, la energía almacenada en cada componente al final del ciclo de conmutación T es igual a que había al principio del ciclo. Esto significa que la corriente IL es igual en t=0 y en t=T (ver figura c).
Por lo tanto,
De las ecuaciones anteriores se obtiene:
Como se puede ver en la figura (c) and . D es un escalar llamado ciclo de trabajo (duty cycle) cuyo valor estácomprendido entre 0 y 1:
Esta ecuación puede ser reescrita como:
De esta ecuación se puede observar como la tensión de salida del conversor varía linealmente con el ciclo de trabajo para una tensión de entrada dada. Como el ciclo de trabajo D es igual al cociente entre tOn y el periodo T no puede ser mayor a 1. Por consiguiente , de ahí su nombre de reductor.
Por ejemplo para regular unatensión de 12 V a 3 V el ciclo de trabajo en un circuito ideal debe ser del 25%.
Modo discontinuo (MCD): En algunos casos la cantidad de energía requerida por la carga es tan pequeña que puede ser transferida en un tiempo menor que el periodo de conmutación; en este caso la corriente a través de la bobina cae a cero durante una parte del periodo. La única diferencia con el funcionamientodescrito antes es que el inductor está completamente descargado al final del ciclo de conmutación (ver figura b en anexos). Esto tiene algunos efectos sobre las ecuaciones anteriores.
La energía en el inductor sigue siendo la misma al principio y al final del ciclo (esta vez de valor cero). Esto significa que el valor medio de la tensión del inductor (VL) es cero (el área de los recuadros amarillos ynaranjas de la figura (d) es igual)
De esta manera el valor de δ es:
La corriente de salida entregada a la carga () es constante. También se supone que la capacidad del condensador de salida es suficientemente alta para mantener constante el nivel de tensión en sus terminales durante un ciclo de conmutación. Esto implica que la corriente que pasa a través del condensador tiene como valormedio cero, así que la corriente media en la bobina será igual a la corriente de salida:
Como se puede ver en la figura (d), la forma de onda de la corriente en el inductor es triangular, por consiguiente el valor medio de IL puede ser calculado geométricamente:
La corriente en el inductor es cero al principio y aumenta durante tOn hasta llegar a ILmax. Esto significa que ILmax es igual a:...
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