Electrónica PotEncia (Buck y Boost En Modo Continuo y disContinuo)

CONVERTIDOR BUCK
Valores de los datos del circuito: Tensión de entrada Vs = 50 V; Ciclo de trabajo D = 0,5 ; Frecuencia de conmutación fs = 30 KHz; Resistencia de carga RL = 90 ohmios; Rizado = 0,005 = 5%

Cálculos Teóricos
Teniendo en cuenta los datos presentados inicialmente, los resultados obtenidos son: Tensión de salida: Vo = Vs·D = 50*0.5 = 25 V Valor mínimo de la bobina para operar encorriente permanente:

Lmin = 0.00084 H Fijamos el valor de la bobina a un 25% mayor que el valor mínimo, con el fin de asegurar que la corriente en la bobina sea permanente:

L = 1050 uH Corriente media en la bobina: I_L = 0.25 A Variación de corriente: Di-L = Di-L = 0.40 A T = 33,33 sg Corriente mínima en la bobina: I-L-min = I-L-min = - 0,20 A

1

Corriente mínima en la bobina: I-L-max= I-L-max = 0,20 A

Las especificaciones nominales de la bobina deben admitir la corriente eficaz: I-L-rms = I-L-rms = 0,183 A El condensador es el encargado de eliminar gran parte del rizado de la señal por tanto su valor se fija teniendo en cuenta este parámetro:

C = 13 uF

2

Simulación
El circuito correspondiente al convertidor Buck empleado en la simulación con los valorescalculados anteriormente se presenta a continuación:

Circuito convertidor Buck

▪ Obtener y comentar el espectro de la señal Vd hasta 1MHz: Para realizar esto se ha hecho una simulación en transitorio (Transient), representando la señal Vd en el tiempo hasta 20 ms, que es cuando se estabiliza la tensión de salida. Para obtener el espectro se ha empleado la herramienta FFT.

3

Figura delespectro de Vd
Espectro de Vd

4

Figura ampliada del espectro VD
Espectro de Vd ampliado ( 0 – 200 kHz )

Se puede apreciar como las componentes frecuenciales de mayor amplitud están por debajo de 200 kHz, esto se debe a que la frecuencia de troceo empleada es de 30 kHz. En el zoom de la imagen que se presenta a continuación se puede apreciar como la componente de mayor amplitud es la de 30kHz.. Vemos que a cada 30 kHz los son harmónicos de menor tensión ▪ Estudiar y comentar el filtro de salida haciendo dB(V(Vsal)/V(Vd)): Con la expresión dB(V(Vsal)/V(Vd)) se obtiene la característica de amplitud del filtro (en dB), es decir, como afecta el filtro a la amplitud de la señal con la frecuencia. Para realizar este estudio se ha empleado el análisis en AC (hasta 10 MHz). En la siguientefigura (característica de amplitud del filtro) puede verse como efectivamente se trata de un filtro paso-bajo, su frecuencia de corte a 3 dB es de 11,2 kHz (cursor A1 en la gráfica superior), por tanto eliminará las altas frecuencias indeseadas, incluida la de 30 kHz, para la cual la atenuación introducida por el filtro es de 8,3 dB (cursor A2 en la gráfica superior).

5

Figura del filtroCaracterística de amplitud del filtro

▪ Obtener las corrientes de bobina máxima, mínima y media: Para obtener estos datos se ha empleado la simulación en transitorio.

▪ Verificar que el rizado de la tensión de salida en régimen permanente puede calcularse mediante la fórmula

6

Vemos que esta fórmula se obtiene despejando la tensión de rizado de la fórmula empleada anteriormente paracalcular el valor del condensador. Lo comprobaremos en la simulación. Para realizar este apartado representamos la señal de salida en el tiempo (Transient). El tiempo de simulación se ha fijado en 20 ms, lo suficiente como para la tensión de salida se estabilice en torno al valor de continua esperado. El procedimiento seguido ha sido medir la tensión media de salida y la tensión de rizado pico-picode la misma.

Figura Vsalida con R< 100 ohmios Tensión de salida del convertidor Buck

Para poder medir correctamente la tensión de rizado se ha ampliado la gráfica anterior:

7

Figura ampliada Vsalida viendo el rizado de salida

Tensión de salida del convertidor Buck (mas ampliada) para ver valores máximos y mínimos de la tensión de salida

8

Tenemos que:
24,291 V 24,162 V...