TIPOS DE REGULADORES Convertidores DC - DC

REGULADORES POR INTERRUPCIÓN

• Clasificación de convertidores básicos:

• BUCK (convertidor reductor)

• BOOST (convertidor elevador)

• BUCK-BOOST (convertidor reductor - elevador)

FUENTE DE PODER VENTAJAS & DESVENTAJAS Fuente de poder por interrupciones

• VENTAJAS

• Capacidades de V y I grandes.

• Disipación de potencia baja.

• Regulan capacidades altas o bajas de voltajes de acuerdo al diseño.

• DESVENTAJAS

• Robustas.

• Construcción compleja.

• Alto nivel de ruido.

Fuente de regulación lineal

• VENTAJAS

• Mayor estabilidad en V y I

• Fácil de realizar

• Económicas

• DESVENTAJAS • Capacidades V y I limitadas

• Disipación de potencia alta

• Están limitadas para voltajes estandarizados

• Introducción • Los conversores conmutados de 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 converso. Esto permitirá emplear filtros pasa-bajos para eliminar los componentes armónicos no deseados.

• No podemos usar la inversión de la forma de onda 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 convertidores DC-DC forman parte de este grupo de convertidores, controlan el flujo de energía entre dos sistemas de continua.

TOPOLÓGÍA SIMPLE DE CONVERSOR DC - DC

Donde: Ro = carga resistiva Vi = Fuente de tensión CC. S = Interruptor, conmuta a una frecuncia de f = 1/T Tensión de Ro es rectangular Valor medio es: VRo = δ Vi Donde: δ = ciclo de trabajo y es la fracción de tiempo que conduce el interruptor S

CONVERTIDOR BUCK

• También recibe el nombre de REDUCTOR, o STEP-DOWN

• Presenta corrientes y tensión en la carga constantes.

• TOPOLOGÍAS

filtro de salida inductivo filtro de salida capacitivo e inductivo

CIRCUITO SIMPLIFICADO CONVERSOR BUCK

• Donde: • Vi 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, es suficientemente grande).

• El interruptor S conmuta a una frecuencia f = 1/T.

• CIRCUITO SIMPLIFICADO CONVERSOR BUCK

En este conversor siempre se cumple que Vo es menor o igual que Vi, razón por la que se le llama “Reductor”.

• MODOS DE OPERACIÓN

• Se distingue dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T:

A)modo de conducción continua (MCC), cuando la mencionada corriente no se anula.

B)modo de conducción discontínua (MCD), cuando la corriente por L se anula durante un intervalo.

Modo de conducción continua (MCC)

T = 0

δ T

Circuito equivalente durante 0-dT

Circuito equivalente durante δT-T.

T = 0

En t=0 comienza a conducir el interruptor S. Como la tensión de salida Vo es menor que Vi la corriente por L será creciente durante este intervalo. La corriente que circula por S es igual a la de L.

δ T

Un tiempo δT después se apaga el interruptor S. Se genera entonces una sobretensión que hace conducir al diodo DRL (diodo de rueda libre) manteniendo así la continuidad de la corriente por L. La corriente por L es ahora decreciente.

Formas de onda principales MCC (Modo de Conducción Continua)

INDUCTOR

INTERRUPTOR

SALIDA Vo

DIODO

Ecuaciones

• Intervalo δT < t < T: • Intervalo 0 < t < δt:

• El valor medio de la tensión VD es δVi y, como la tensión media sobre L debe ser nula cuando el circuito opera en estado estacionario, tenemos que:

Vo=δVi

• La tensión de salida Vo puede ser entonces controlada variando el ciclo de trabajo (δ) del interruptor S, para compensar las variaciones de la tensión de entrada Vi.

• La Fig. 6 representa al Buck junto con un bloque de control, denominado PWM (Pulse

• Width Modulator, modulador de ancho de pulso). Este bloque se encarga de calcular el

• ancho de pulso dT de conducción del interruptor, necesario para obtener una dada

• tensión de salida Vo, y enviarlo al interruptor S.

Circuito Buck junto con bloque de control

• El circuito representa al Buck junto con un bloque de control, denominado PWM (Pulse Width Modulator, modulador de ancho de pulso). Este bloque se encarga de calcular el ancho de pulso δT de conducción del interruptor, necesario para obtener una dada tensión de salida Vo, y enviarlo al interruptor S.

CONVERTIDOR BOOST

• Donde:

• Vi es la tensión CC de entrada,

• Vo es la tensión CC de salida.

• Se supondrá que el capacitor de salida es suficientemente grande para considerar constante la tensión en bornes, despreciando el rizado de tensión.

• El interruptor S conmuta a una frecuencia f = 1/T.

El circuito del convertidor Boost (o Elevador o Step-Up)

• En este convertidor siempre se cumple que Vo es mayor que Vi, razón por la que se le llama “Elevador”.

• MODOS DE OPERACIÓN

• Se distingue al igual que en el Buck, dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T:

A)modo de conducción continua (MCC), cuando la mencionada corriente no se anula.

B)modo de conducción discontinua (MCD), cuando la corriente por L se anula durante un intervalo.

Modo de conducción continua (MCC)

T = 0

δ T

Circuito equivalente cuando S conduce (0 < t < δT)

Circuito equivalente cuando S se bloquea (δT < t < T)

• Circuito equivalente cuando S conduce (0<t<δT)

Cuando el interruptor S está conduciendo la energía entregada por la fuente de entrada Vi es acumulada en el inductor L, y cuando el interruptor es bloqueado esa energia, junto con la proveniente de Vi, es transferida a la salida.

T = 0

• Circuito equivalente cuando S conduce (δT<t<T)

δ T

Formas de onda principales MCC (Modo de Conducción Continua)

INDUCTOR

INTERRUPTOR

SALIDA Vo

DIODO

Ecuaciones

• Intervalo δT < t < T: • Intervalo 0 < t < δt:

• Para que el funcionamiento del circuito sea estable debe ser Vo mayor que Vi, en caso contrario iL crece indefinidamente.

• Para encontrar la transferencia de tensión para el circuito operando en estado estacionario se considera que el valor medio de la tensión en el inductor debe ser cero, el valor medio de la tensión sobre el interruptor uS (t) es entonces igual a la tensión de entrada Vi.

• Se observa que al igual que en el conversor Buck, en conducción continua la transferencia de tensión depende solo del ciclo de trabajo, no depende de la corriente de carga.

• Es posible mantener constante la tensión de salida frente a variaciones de la tensión de entrada variando el ciclo de trabajo.

CONVERTIDOR BUCK - BOOST

• CONVERTIDOR REDUCTOR-ELEVADOR

Modo de conducción continua (MCC)

T = 0

δ T

Circuito equivalente con el interruptor cerrado (intervalo de conducción)

Circuito equivalente con el interruptor abierto (intervalo de no conducción)

Modo de conducción continua (MCC) Circuito equivalente con el interruptor cerrado (intervalo de conducción)

Modo de conducción continua (MCC) Circuito equivalente con el interruptor abierto (intervalo de no conducción)

Modo de conducción continua (MCC)

• Formas de Onda del Convertidor Reductor-Elevador para Modo de

• Conducción Continua: D=0.4

Modo de conducción continua (MCC)

• Formas de Onda del Convertidor Reductor-Elevador para Modo de

• Conducción Continua: D=0.6