Tema 3º

Convertidores CC-CC

3.- Convertidores de tensión CC-CC. 6h 3.1.- Reguladores lineales de tensión.3.2.- Convertidor conmutado básico. 3.3.- Convertidor reductor. 3.4.- Convertidor elevador. 3.5.- Convertidor reductor-elevador. 3.6.- Convertidor Cuk. 3.7.- Efectos no ideales. 3.8.- Funcionamiento con corriente discontinua.

Temario

Reguladores Lineales de Tensión

Reguladores Lineales de Tensión

Reguladores lineales de 3 terminales

Cacterísticas

Cacterísticas

Esquemas típicos.

Esquemas típicos.

Regulador lineal configurable.

Circuitos típicos.

Circuitos típicos.

Reguladores conmutados.

Circuitos electrónicos de potencia que convierten una tensión continua en otra de diferente nivel.

La regulación se hace mediante unos circuitos conmutados para conseguir el mínimo de pérdidas posible.

Las ventajas frente a los reguladores lineales son:

• Mayor rendimiento. Cerca del 90% frente a menos del 50%.

• Menor tamaño al usar componentes de filtrado más pequeños.

Las desventajas son:

• Lentitud frente a los cambios en la carga o en la línea.

• Emisión de interferencias electromagnéticas muy elevadas.

Clasificación de convertidores

Reductor: La tensión de salida es menor que la de entrada.

Elevador: La tensión de salida es mayor que la de entrada.

Reductor-Elevador: La tensión de salida puede ser mayor o menor pero invertida.

Cuk: Igual que el reductor-elevador pero para el almacenaje de energía se usa un Condensador.

Convertidor Reductor (Step-Down)

Topología. S1 y S2 no podrán estar cerrados a la vez.Si se quiere obtener una tensión continua pura a la salida, es necesario utilizar un filtro L-C que absorba las conmutaciones manteniendo constante la corriente por la carga. El S2 proporciona un camino a la corriente de la bobina cuando el interruptor S1 se abre.

Formas de Onda de V e I

Formas de onda presentes enel circuito ideal anterior.Se definen a “ton”, tiempo duranteel que el interruptor S1 está cerradoy S2 abierto; mientras que “toff” seráel tiempo en que S1 está abierto y S2 cerrado.Nótese que las corrientes de rizadodel inductor y del condensador son idénticas.

VL

IL

IC

IS1

IS2

tON tOFF

VI-VO

VO

IL

IL

Formulación

Definiremos en primer lugar el “ciclo de trabajo” (D) como:

La tensión de salida, idealmente, dependerá de la de entrada y del ciclo de trabajo mediante la relación:

La corriente por la bobina es periódica:

ON

ON OFF

tD

t t=

+

.O IV DV=

( ) ( )L Li t T i t+ =

Formulación

Imáx=IL iL2

=IL12 [VO

L1−D T ]

Imín=IL− iL2

=IL−12 [VO

L1−D T ]

Como Imín=0

Lmín=1−D .T.VO

2.IL

Inductancia mínima Rizado de la tensión de salida.

Q=C.VO

Q=18

T. iL8

VO=VO 1−D 8.L.C.f 2

aunqueVO=IL .ESR

Convertidor Elevador (Step-Up)

Igual que en el reductor, los dos interruptores no pueden estar cerrados a la vez. En este caso, la inductancia actúa como almacén de energía magnética que me permitirá obtener una tensión de salida mayor que la de entrada

Formas de Onda.

Formulación.

vL=VI−VO=LdiLdt

iL t

= iL

1−D T=VI−VO

L

VO=VI

1−D

Partiendo de

Suponiendo que la corriente cambie de forma lineal

Si la potencia de entrada y de salida son iguales

VI .IL=IO. VO=VI

2

1−D 2.VO

IO

IL=VI

1−D 2.VO

IO

Formulación.

Inductancia mínima.

Imáx=IL iL2

=VI

1−D 2IOVO

VI .D.T

2L

Imín=0=IL− iL2

=VI

1−D 2IOVO

−VI .D.T

2L

Lmín=D 1−D 2. VO .T

2IO

Rizado de la tensión de salida.

Q=IO.D.T=C.VO

VO=IO.D.T

C=IO .D

C.f

Pero hay que tener en cuenta

IL .ESR=VO

Convertidor Elevador-Reductor

S1 y S2 no pueden estar cerrados a la vez

Formas de Onda.

Formulación.

Suponiendo corriente constante por la bobina.

VO=−VI .[ D1−D ]

Si D>0.5 entonces la salida será mayor que la entrada y si D<0.5, será menor

Lmín=1−D 2 .VO

2.f.IO

VO=D.IO

VO.C.f

Inductancia y capacidad

Convertidor Cuk

S1 y S2 no pueden estar cerrados a la vez

Formulación.

VO=−VI D1−D

VO=1−D

8.L2.C2 . f2

vC1=IO .D

C1 . f

L1,mín=1−D 2VO

2.D.f .IO

L2,mín=1−D VO

2.f.IO

Suposiciones:•El valor de las bobinas es muy grande.•El valor de los condensadores es muy grande.•El circuito opera en régimen permanente.•Los conmutadores son ideales.•Las bobinas funcionan en régimen continuo.

Efectos no ideales.

Caídas de tensión en los interruptores. Por ejemplo: comparación entre la fórmula ideal y real para un STEP-DOWN.

VO=VI .D

VO=VI .D−VS1 .D−VS2 1−D

Resistencia del Condensador.

VO,ESR= iC .rCVOVO,CVO,ESR

Resistencia de la bobina.Por ejemplo: comparación entre la fórmula ideal y real para un STEP-UP

VO= VO

1−D 1

1rL

R 1−D 2

Funcionamiento con corriente discontinua.

VO=VI . DDD1

VO=VI 2D

DD28LRT

Convertidor reductor.