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8/18/2019 Introduccion Convertidor BUCK Rev NMG 19-03-2016
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Principio de funcionamiento de convertidor Buck
Descripción de la topología del convertidor Buck:
La figura 1 ilustra el modelo del convertidor DC\DC Buck.
es el voltaje DC (Direct Current) de
entrada. es el voltaje DC de salida.
En el convertidor Buck se cumple que es menor o igual a
razón por la cual se le da el nombrede “convertidor DC\DC
reductor”. En el convertidor Buck se distinguen dos modos de
operación, a)modo de conducción continua: cuando la corriente por
el inductor no se anula en el periodo deoperación y b)
modo de conducción discontinua: cuando la corriente que pasa por el
inductor se anula durante un intervalo. En este artículo solo
se desarrolla modo de operación continua.
La bobina del convertidor Buck almacena la energía para
luego transmitirla al capacitor y ala carga . El transistor
de potencia y el diodo funcionan como interruptores.
El diododebe ser de alta velocidad para evitar que la frecuencia de
conmutación afecte su tiempo deactivación.
Figura 1. Topología de convertidor Buck
+
_
+ _
+
_
+
_
Fig. 1. Modelo del convertidor DC\DC reductor
El convertidor Buck tiene dos estados de conmutación de acuerdo
a la posición del interruptor :a) Interruptor se encuentra
cerrado (0 ≤ ≤ ) y b) Interruptor se encuentra
abierto( ≤ ≤ ), ver figura 2. Cuando el interruptor se
encuentra cerrado (Figura 2a) el diodo sepolariza inversamente y se
abre. En este estado como el voltaje de salida es menor al
voltajeentrada la corriente por la bobina es creciente
y se alimenta simultáneamente la carga, labobina y el capacitor.
Cuando el interruptor se encuentra abierto (figura 2b), la bobina
cambia supolaridad, impide un cambio brusco en la corriente y
además entrega su energía junto con elcapacitor a la carga, el
diodo se polariza en directa y permite que el circuito se mantenga
cerradopara que haya una circulación de corriente a través de
él.
Figura con los dos estados de conmutación:
+
_
+ _
+
_
+
_
+
_
+ _
+
_
+
_
a) b)
Fig. 2. Estados de conmutación: a) Interruptor
cerrado b) interruptor abierto
La figura 3 muestra las formas de onda para los voltajes y las
corrientes del convertidor Buck. Lafigura 3a muestra la señal de
puerta que controla la activación del interruptor. Para el
primerperiodo comprendido entre t = 0 y t el interruptor
conduce, mientras que para el periodo entre t y
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t se apaga. El instante de tiempo denominado t′ se
ubica aproximadamente a la mitad delperiodo de conmutación. Las
formas de onda se presentan en función del ciclo de trabajo .
K representa la fracción del periodo T en el que el
interruptor conduce K = t T Cuando elinterruptor se
apaga, la fracción de tiempo correspondiente es el complemento 1 −
KT.
La figura 3b muestra la corriente de la bobina . Cuando el
interruptor está cerrado, la bobina secarga aumentando de forma
lineal su valor. Cuando el interruptor está apagado, la bobina
se
descarga disminuyendo linealmente su valor.
La figura 3c muestra la corriente que circula por el interruptor
(!"). Cuando el interruptor estácerrado, la corriente del
interruptor es igual a la corriente de la bobina. Cuando el
interruptor estáabierto la corriente a través del interruptor es
igual a cero.
La figura 3d muestra la corriente que circula por el diodo (#).
Cuando el interruptor está cerrado eldiodo no conduce debido a que
el interruptor pone un voltaje de cero voltios (tierra ó
referencia) enel ánodo del diodo. Cuando el interruptor está
abierto, el diodo conduce debido a que el voltaje enel ánodo es
mayor al voltaje en el cátodo.
La figura 3e ilustra la corriente de la carga $ que se
considera constante para una condición idealde funcionamiento.
Cuando el interruptor está cerrado, la fuente le suministra energía
a la carga.Cuando el interruptor está abierto, el capacitor y la
bobina le suministran energía a la carga. En losdos casos, se asume
que el voltaje en el capacitor es constante y por esta razón la
corriente $ esconstante.
La figura 3f muestra la corriente del capacitor %. En el
instante de tiempo entre = 0 y ′, elcapacitor le suministra
corriente a la carga comportándose como fuente de energía, mientras
queen el instante de tiempo entre ′ y el capacitor
absorbe energía. Cuando el interruptor estáabierto el capacitor se
comporta de manera inversa, absorbiendo primero energía de la
bobinapara luego entregársela a la carga.
La figura 3g muestra la forma de onda del voltaje en la bobina.
Cuando el interruptor está cerradola bobina se carga. Cuando el
interruptor está abierto la bobina se descarga.
La figura 3h ilustra el voltaje a la salida que es
aproximadamente constante y de menor ó igualvalor que el voltaje a
la entrada.
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(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
Figura 3. Formas de onda de voltaje y corriente del
convertidor
