Convertidores clasificación y análisis

Apéndice A
Clasificación y Análisis de los Convertidores
Conmutados PWM
Objetivos del Apéndice
Para introducir las topologías clásicas, se clasifican someramente las topologías básicas
y sus propiedades funcionales. Cabe advertir al lector que las topologías derivadas de las
mismas son muchas, derivadas de aplicar el convertidor clásico a consumos especiales. No
es intención del autor hacerexamen exaustivo de todas, recomendando consultar las obras y
artículos de la bibliografía.

A.1. Clasificación
Una aproximación a la clasificación de convertidores conmutados nos lleva a clasificarlos
según la Tabla A.1. Clasificaciones más amplias, que incluyen topologías derivadas y convertidores
resonantes se pueden encontrar en [3–8, 10, 11, 13, 14].
Número de Interruptores

Complejidad
SencillaCon sólo un interruptor controlado

Con varios interruptores controlados

Media

Mayor

Topología
Reductor (Buck)
Elevador (Boost)
Reductor-Elevador (Buck-Boost)
´
Cuk
Retroceso (Flyback)
Directo (Forward)
´Cuk con transformador
Medio Puente (Half Bridge)
Puente (Full Bridge)
Contrafase (Push-Pull)

Tabla A.1: Clasificación de los convertidores continua-continua con control PWM
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Apéndice A.Clasificación y Análisis de los Convertidores Conmutados PWM

A.1.1. Conceptos sobre Convertidores Conmutados
Para facilitar y uniformizar el análisis de los convertidores, emplearemos la nomenclatura de
la Tabla A.2 sabiendo que las siguientes relaciones matemáticas se cumplen:
fs =

1
Ts

t1
Ts
Ts − t1
t2
=
δ = 1−δ =
Ts
Ts
us
M=
ue
δ=

Variable
fs
fc
Ts
t1
t2
tm
δ
δ
M

(A.1)
(A.2)
(A.3)
(A.4)frecuencia de conmutación del interruptor
frecuencia de corte del filtro de salida del convertidor
Período de conmutación del interruptor
período de conducción del interruptor controlado
período de conducción del diodo
período de conducción de algún interruptor o diodo para
facilitar la desmagnetización de las bobinas acopladas del
circuito
relación de conducción del interruptor
relacción de noconducción del interruptor
relación de transformación
Tabla A.2: Nomenclatura

Una condición básica, asumida durante todos los análisis siguientes, es que el rizado de la
tensión de salida del CCP es pequeño. Esto es equivalente a decir que la frecuencia de corte del
filtro de salida fc es mucho menor que la frecuencia de conmutación f s . Asumir esta condición
es un concepto fundamental para losprincipios del promediado del espacio de estado y permitirá
formular modelos y análisis de los convertidores conmutados de potencia.
Es importante notar que un convertidor, con o sin aislamiento galvánico, con uno o varios
transistores actuando como interruptores, posee siempre al menos una bobina que en ciertos
momentos queda en serie con un diodo. Si la corriente por esta bobina intenta hacersenegativa, el
diodo se lo impide, permaneciendo en cero. Cuando esto ocurre se dice que el convertidor funciona
en “modo de conducción discontinuo”. Si esto no ocurre, la corriente por la bobina nunca llega a
hacerse nula y se dice que el convertidor funciona en “modo de conducción continuo”. El modo
de conducción modifica el comportamiento del convertidor de manera extrema, en lo referente a
sucomportamiento dinámico, al esfuerzo (stress) que sufren los componentes que conmutan y la
relación de transformación entre las tensiones y corrientes.
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A.1 Clasificación

Para un desarrollo detallado de las mismas se remite al lector a la bibliografía [3–7, 10, 11, 13,
14].

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Apéndice A. Clasificación y Análisis de los Convertidores Conmutados PWM

A.2. Convertidores Sin AislamientoGalvánico
A.2.1. El Convertidor Reductor (Buck)
El convertidor reductor (buck) convierte una tensión de entrada u e continua en otra menor us a
su salida. Un circuito con componentes ideales se muestra en la Fig. A.1.

Figura A.1: Convertidor reductor (buck) ideal
El interruptor controlado S permite la entrada de energía desde la fuente de continua u e al
circuito LCR cuando está cerrado, como se muestra...