UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES Fecha: 18/05/2015

CONVERTIDOR TIPO CUK

Tania Lisbeth Aguirre Cabrera e-mail: taguirrec@est.ups.edu.ec

RESUMEN: En el siguiente informe se detalla el

funcionamiento de un convertidor DC/DC tipo

CUK, ecuaciones de clculo, formas de onda en

la carga o a la salida del circuito convertidor tipo

cuk.

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Entender el funcionamiento de un convertidor

tipo CUK en modo de conduccin continua

(MCC) y modo de conduccin discontinua (MCD).

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar el comportamiento del inductor,

capacitor y resistencia de carga del convertidor

cuk, mediante sus formas de onda de corriente y

voltaje que presentan a la salida del circuito en

un periodo de tiempo determinado deacuerdo a

la frecuencia de trabajo del circuito.

2. MARCO TERICO

2.1.1. CONVERTIDO CUK

Definicin: Convertidor DC-DC en el cual la

magnitud de voltaje a la salida es inferior o

superior a su voltaje de entrada, que tiene

polaridad opuesta entre su entrada y su salida

Utiliza un condensador como reemplazo de una

inductancia para el almacenamiento de energa

durante una parte del ciclo y su posterior entrega

a la carga durante el resto del mismo.

Nota1: El convertidor Cuk es llamado optimo por tener corrientes de entrada y salida continuas.

2.1.2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Un convertidor Cuk est conformado por: dos inductores, dos condensadores, un interruptor y un diodo.

Es un convertidor inversor, por lo que el voltaje de salida es negativo con respecto al voltaje de entrada.

2.1.2.1. INDUCTOR

El par de bobinas son usadas para convertir respectivamente la fuente de entrada de voltaje y la fuente de voltaje de salida en fuentes de corriente.

2.1.2.2. CONDENSADOR

El condensador es usado para transferir energa y es conectado alternativamente a la entrada y a la salida del convertidor a travs de la conmutacin del transistor y el diodo.

NOTA2: El convertidor uk puede trabajar tanto

en modo continuo como en modo discontinuo de

corriente.

NOTA3: El convertidor Cuk puede operar

tambin en modo de voltaje discontinuo.

Fig1. Circuito bsico de convertidor DC/DC BUCK

La expresin de la relacin entre sus tensiones de entrada y de salida depende del modo de funcionamiento y del ciclo de trabajo .

2.1.3. ECUACIONES DE ANLISIS

CRITERIOS

a. Se considera que el elemento de

conmutacin opera como un switch

ideal f, pasando instantneamente de

un estado de conduccin a un estado de

corte.

b. Existe un tiempo de conduccin ct y un

tiempo de no conduccin ctT .

T

tc

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES Fecha: 18/05/2015

c. Las inductancias no alcanzan nunca la condicin de saturacin, y que su resistencia es despreciable.

d. En rgimen de operacin permanente la inductancia almacena energa la misma que en perodo de conduccin debe ser igual a la entregada en el de no-conduccin, resultando nulo el valor medio de su tensin durante un perodo T.

e. Por la alta frecuencia de operacin, el

voltaje de rizado resultante es pequeo, por lo que la tension de salida es constante.

f. Por la elevada frecuencia de operacin, la tensin en el capacitor C

1 es

constante.

2.1.4. MODOS DE CONDUCCIN MODO DE CONDUCCIN CONTINUA

Fig2. Circuito equivalente a un convertidor CUK en

modo de conduccin continua para 0

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES Fecha: 18/05/2015

Fig8. Voltaje en el inductor L2

MODO DE CONDUCCIN DISCONTINUA

Su funcionamiento se determina por la circulacin total corriente en el diodo durante el perodo de corte del dispositivo de conmutacin.

La corriente en el diodo D se interrumpe al final

del intervalo de no conduccin.

a. Operacin del convertidor Durante

los tiempos TON

y T1.

Fig9. Operacin del convertidor en TON y T1

b. Operacin del convertidor durante

el intervalo T2

Fig10. Operacin del convertidor en T2

FORMAS DE ONDA

Fig11. Corriente en el inductor L1

Fig12. Corriente en el inductor L2

Fig13. Corriente en el diodo D

2.1.5. FORMULACIN CRITERIOS

D

DVV i

10

0

0min,2

0

0

2

min,1

1

01

2

22

0

**2

1

***2

1

*

*

***8

1

If

VDL

IfD

VDL

fC

DIV

fCL

DV

C

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA CIRCUITOS ELECTRICOS INDUSTRIALES Fecha: 18/05/2015

3. CONCLUSIONES

En un convertidor DC/DC tipo CUK los valores de tensin de entrada y de salida constantes, y los valores medios de tensin y corriente en inductancias y condensadores, constituyen las claves del anlisis en rgimen estacionario de un convertidor conmutado CC-CC.

Al igual que el convertidor elevador/reductor, la tensin de salida de una etapa es de signo opuesto a la tensin de entrada, las corrientes de entrada y de salida no son pulsantes y la corriente en el condensador C

1 es pulsante.

El funcionamiento en modo discontinuo ocurre con el aumento del perodo, o de la resistencia de carga, donde la ganancia en modo de conduccin continua dependiente de la tensin de entrada y l voltaje de rizado de salida es inversamente proporcional al cuadrado de la frecuencia.

4. REFERENCIAS

[1]J. Lutz, H. Schlangenotto, U.Scheuermann, R. De Doncker, Semiconductor Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability, Springer, 2010.

[2]http://www.elai.upm.es/webantigua/spain/Publ

icaciones/pub01/intro_procsdig.pdf

[3]http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lmt/ruiz_c_s/capitulo3.pdf