electrónica industrial



CONVERSORES DC-DC
1
Los conversores conmutados en alta frecuencia son circuitos de potencia donde los semiconductores, o llaves de potencia, conmutan a una frecuencia mucho mayor que la de variación de las formas de onda de entrada y salida del conversor. Esto permite emplear filtros pasa-bajos para eliminar los componentes armónicos no deseados. No podemos usar la inversión de la forma deonda de entrada para bloquear los semiconductores, como se hace con los conmutados por la red. Los interruptores deberán entonces controlarse al conducir y bloquear. Los conversores DC-DC forman parte de este grupo de convertidores, controlan el flujo de energía entre dos sistemas de continua. Ejemplos de aplicación son: fuentes de alimentación CC (Switch Mode Power Supplies, SMPS) paraequipamiento electrónico, control de máquinas eléctricas de
corriente continua, etc.
La Fig. 1.(a) presenta la topología más simple para un conversor DC-DC, una carga resistiva se alimenta desde una fuente de tensión CC (E), el interruptor S conmuta a una frecuencia f=1/T.
La tensión en la resistencia Ro será rectangular, Fig. 1.(b). Su valor medio es: VRo E ; donde se llama ciclo de trabajo (dutycycle), y es la fracción de tiempo que conduce el interruptor S. Se observa que la tensión y corriente en la carga presentan un alto contenido armónico. Pocas aplicaciones aceptan una fuente con esas características.
Para obtener corriente y tensión en la carga constantes es necesario agregar un filtro,
Fig. 2. Encontramos así una de las topología básicas, el conversor BUCK, o REDUCTOR oSTEP-DOWN.

EL CONVERSOR BUCK
El circuito simplificado está representado en la Fig. 3. E es la tensión CC de
entrada, Vo es la tensión CC de salida, que suponemos constante (aproximación razonable si el capacitor del filtro de salida, Fig 2.(b), es suficientemente grande). En este conversor siempre se cumple que Vo es menor o igual que E, razón por la que se le llama “Reductor”. El interruptor Sconmuta a una frecuencia f = 1/T. Se distingue dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T: modo de conducción continua (MCC), cuando la mencionada corriente no se anula, y modo de conducción discontinua (MCD), cuando la corriente por L se anula durante un intervalo dentro del periodo.
Modo de conducción continua - CCM
En t=0 comienza a conducirel interruptor S, el circuito equivalente de esta etapa está representado en la Fig. 4.(a). Como la tensión de salida Vo es menor que E la corriente por L será creciente durante este intervalo. La corriente que circula por S es igual a la de L.
Un tiempo T después se apaga el interruptor S. Se genera entonces una sobretensión que hace conducir al diodo D manteniendo así la continuidad de lacorriente por L. El nuevo circuito está representado en la Fig. 4.(b). La corriente por L es ahora decreciente.
La Fig. 5 presenta las formas de onda principales.Se verifican las siguientes ecuaciones:
1-Intervalo 0 < t < T:




2-Intervalo T < t < T:


El valor medio de la tensión VD es E y como la tensión media sobre L debe ser nula cuando el circuito opera en estado estacionario,tenemos que: Vo = E .La tensión de salida Vo puede ser entonces controlada variando el ciclo de trabajo () del interruptor S, para compensar las variaciones de la tensión de entrada E.
En relación a los antes indicado y la figura Nº 5 se tiene el desarrollo de las siguientes ecuaciones:
; esto se cumple según la figura 5a.→ . (2) ; es decir el valor del voltaje promedio en los extremos de la bobina “L” es cero en un periodo. Luego = 0 → …………. (3)
Si la potencia de entrada = potencia de salida, entonces, luego:


La Fig. 6 representa al Buck junto con un bloque de control, denominado PWM (PulseWidth Modulator, modulador de ancho de pulso). Este bloque se encarga de calcular el ancho de pulso T de...