CONVERTIDOR BUCKo

CONVERTIDOR DE BAJADA

Ing. Roberto Cortez Silva

INTRODUCCIÓN

• El convertidor buck es el más básico convertidor de energía eléctrica.

• Es ampliamente usado en la industria eléctrica para convertir un alto voltaje de entrada en un bajo voltaje de salida regulado con la misma polaridad.

• Un convertidor buck (voltaje step-down converter) es un convertidor no aislado, es decir que el aislamiento galvánico entre la entrada y la salida no existe.

CARACTERÍSTICAS• Los convertidores buck se utilizan en la actualidad para

el control de tracción de automóviles, trenes eléctricos, grúas marinas, montacargas y elevadores de mina.

• Proporcionan un control uniforme de aceleración, gran eficiencia, y rápida respuesta dinámica.

• El convertidor buck tiene un filtro inductor en el lado de la salida, el cual provee una uniforme forma de onda de corriente de salida a la carga, esto es beneficioso cuando se requiere especial consideración en grandes cargas transitorias.

TOPOLOGÍA BUCKEl convertidor BUCK, usa la más popular topología para distribuir potencia en sistemas complejos.El convertidor consiste en un interruptor activo controlado por un CI, un rectificador y un elemento de filtro formado por la combinación de un inductor y un capacitor. Es enormemente simple y económico y tiene alta efectividad en aplicaciones de distribución de potencia.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN

Cuando el interruptor SW, llamado interruptor periódico, se cierra durante un periodo t1, el voltaje de entrada Vs aparece en la carga. Si el Interruptor SW permanece abierto durante el tiempo t2, el voltaje a través de la carga es cero.El interruptor de este convertidor puede implementarse usando transistores BJT, MOSFET, GTO ó IGBT los cuales tienen una caída finita de voltaje el cual para efecto de análisis no se tomará en cuenta.

El voltaje promedio de salida es:

Y la corriente promedio de carga es:

Donde T es el periodo de conmutación; k= t1/T es el ciclo de trabajo del interruptor

f es la frecuencia de conmutación.El valor rms del voltaje de salida se determina con

sss

t

a kVVftVTtdtv

TV 1

10 011

,RkV

RVI sa

a

s

kT

o VkdtvT

V

2/1

0

20

1

• Suponiendo que el convertidor no tiene pérdidas, la potencia de su entrada es igual a su salida ,y es

• La resistencia efectiva de entrada, vista desde la fuente es:

• Que indica que el convertidor hace que la resistencia de entrada Ri sea una resistencia variable igual a R/k. La variación de la resistencia normalizada de entrada en función del ciclo de trabajo se ve en la figura siguiente.

• El ciclo de trabajo k se puede variar desde 0 a 1 , variando t1, T o f. En consecuencia, el voltaje de salida Vo se puede variar de 0 a Vs, controlando k, y el flujo de potencia se puede controlar

kT

skT

oi RVkdt

Rv

Tidtv

TP

0

220

0

11

kR

RkVsVs

IaVsRi

/

MODOS DE TRABAJO DEL CONVERTIDOR BUCK

• OPERACIÓN A FRECUENCIA CONSTANTE: es cuando la frecuencia de operación o de conmutación f (o el periodo de conmutación T) se mantiene constante, y se varía el tiempo t1 de encendido. El ancho de pulso se hace variar, y esta clase de control se conoce como control de modulación por ancho de pulso PW M.

• OPERACIÓN A FRECUENCIA VARIABLE: es cuando la frecuencia de operación f se hace variar. Se mantiene constante ya sea el tiempo d encendido t1 o el tiempo de apagado t2. A esto se le llama modulación por frecuencia. Se debe variar la frecuencia en un amplio margen para obtener todo el intervalo de voltajes de salida.