Giuliano david bozzo conversores dc dc

1. CONVERTIDORES DECONVERTIDORES DE
POTENCIA DC-DCPOTENCIA DC-DC
Integrantes: Rubén CoñomanIntegrantes: Rubén Coñoman
Claudio ValeraClaudio Valera
Abraham YelpiAbraham Yelpi

2. IntroducciónIntroducción
Los convertidores conmutados DC-DC se usan para proporcionarLos convertidores conmutados DC-DC se usan para proporcionar
un valor de tensión continua distinto al de entrada de formaun valor de tensión continua distinto al de entrada de forma
regulada y con el mejor rendimiento energético posible.regulada y con el mejor rendimiento energético posible.
Estos forman parte de este grupo de convertidores, controlan elEstos forman parte de este grupo de convertidores, controlan el
flujo de energía entre dos sistemas continuos.flujo de energía entre dos sistemas continuos.
Ejemplo de aplicación fuente de alimentación DC, que es la “SwitchEjemplo de aplicación fuente de alimentación DC, que es la “Switch
mode power supplies, Smps” para equipamiento electronico,mode power supplies, Smps” para equipamiento electronico,
control de maquinas electricas de corriente continua.control de maquinas electricas de corriente continua.

3. OBJETIVOS A EXPONEROBJETIVOS A EXPONER
TIPOSTIPOS
Topologías básicasTopologías básicas
a) Reductores (Tipo Buck)a) Reductores (Tipo Buck)
b) Elevadores (Tipo Boost)b) Elevadores (Tipo Boost)
c) Reductores/Elevadores (Buck Boost)c) Reductores/Elevadores (Buck Boost)
d) Tipo Cúkd) Tipo Cúk
CONDICIONES DE ESTUDIOCONDICIONES DE ESTUDIO
1. Control de los conversores DC–DC1. Control de los conversores DC–DC
2. Modo de conducción continua2. Modo de conducción continua
MCCMCC
3. Modo de conducción discontinua3. Modo de conducción discontinua
MDCMDC
4. Limites de entre modos MCC y4. Limites de entre modos MCC y
MCDMCD

4. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UNDIAGRAMA DE BLOQUES DE UN
CONVERSOR DC-DC.CONVERSOR DC-DC.

5. Control de los conversores DC–Control de los conversores DC–
DCDC
 El valor medio de la tensión de salida debe ser controladoEl valor medio de la tensión de salida debe ser controlado
independientemente de:independientemente de:
 Variaciones en la tensión de entrada.Variaciones en la tensión de entrada.
 Fluctuaciones en la cargaFluctuaciones en la carga
 Uso de conmutadores electrónicos para obtener tensión de salida.Uso de conmutadores electrónicos para obtener tensión de salida.
 El valor se ajusta mediante la duración de los tiempos de encendidoEl valor se ajusta mediante la duración de los tiempos de encendido
y apagado.y apagado.

6.  El valor medio de la tensión de salida depende claramente de ton .El valor medio de la tensión de salida depende claramente de ton .
 Si usamos una frecuencia de conmutación constante y ajustamos laSi usamos una frecuencia de conmutación constante y ajustamos la
duración de ton podemos controlar el valor medio de la tensión deduración de ton podemos controlar el valor medio de la tensión de
salida.salida.
 Esto se conoce como PWM, modulación por anchura de pulso dondeEsto se conoce como PWM, modulación por anchura de pulso donde
se ajusta el ciclo de trabajo del interruptor electrónico (D =se ajusta el ciclo de trabajo del interruptor electrónico (D =
ton/Ts) para obtener el valor de tensión de salida deseado.ton/Ts) para obtener el valor de tensión de salida deseado.
 Existe otro método más general donde se varía tanto la frecuencia deExiste otro método más general donde se varía tanto la frecuencia de
conmutación como el tiempo de encendido. Pero la variación de laconmutación como el tiempo de encendido. Pero la variación de la
frecuencia de conmutación dificulta el filtrado de las formas de onda.frecuencia de conmutación dificulta el filtrado de las formas de onda.

7. Ejemplo de controlador PWMEjemplo de controlador PWM
 La señal de conmutación que determina la duración del encendidoLa señal de conmutación que determina la duración del encendido
del interruptor controlable se obtiene por comparación de una señaldel interruptor controlable se obtiene por comparación de una señal
de error con una forma de onda diente de sierra. La señal de errorde error con una forma de onda diente de sierra. La señal de error
se obtiene amplificando la diferencia entre el valor real de la salidase obtiene amplificando la diferencia entre el valor real de la salida
y un valor de referencia deseado. La frecuencia de la forma dey un valor de referencia deseado. La frecuencia de la forma de
onda diente de sierra marca la frecuencia de conmutación delonda diente de sierra marca la frecuencia de conmutación del
interruptor. (1 a 500kHz)interruptor. (1 a 500kHz)

9. Conversor reductor (Tipo Buck)Conversor reductor (Tipo Buck)
Proporciona una tensión de salida inferior a la de entrada de formaProporciona una tensión de salida inferior a la de entrada de forma
regulada.regulada.
 La topología más básica es :La topología más básica es :
Determinar la dependencia del valor medioDeterminar la dependencia del valor medio
de la tensión de salida.de la tensión de salida.
 Conclusiones:Conclusiones:
-Ajustando D podemos controlar Vo-Ajustando D podemos controlar Vo
-Vo varía linealmente con la tensión de-Vo varía linealmente con la tensión de
control.control.
 Inconvenientes del montaje:Inconvenientes del montaje:
-Cargas reales inductivas, problema para el-Cargas reales inductivas, problema para el
interruptor.interruptor.
-Rizado en la tensión de salida inaceptable.-Rizado en la tensión de salida inaceptable.
 Soluciones:Soluciones:
-Sustitución de la resistencia por un diodo.-Sustitución de la resistencia por un diodo.
-Adición de un filtro paso – bajo a la salida-Adición de un filtro paso – bajo a la salida..

10.  Funcionamiento:Funcionamiento:
 Interruptor cerrado:Interruptor cerrado: DiodoDiodo
polarizado en inversa, lapolarizado en inversa, la
corriente atraviesa la bobina ycorriente atraviesa la bobina y
se aplica a la carga y alse aplica a la carga y al
condensador.condensador.
 Interruptor abierto:Interruptor abierto: El diodo seEl diodo se
polariza en directa y permitepolariza en directa y permite
que la corriente que atraviesaque la corriente que atraviesa
la bobina siga circulando. Evitala bobina siga circulando. Evita
la destrucción del interruptorla destrucción del interruptor
electrónico.electrónico.
 Al conmutar a alta frecuenciaAl conmutar a alta frecuencia
las componentes armónicas selas componentes armónicas se
pueden filtrar con bastantepueden filtrar con bastante
facilidad escogiendo unafacilidad escogiendo una
frecuencia de corte para elfrecuencia de corte para el
filtro de bajo valor en funciónfiltro de bajo valor en función
de los requerimientos dede los requerimientos de
rizado que se tengan.rizado que se tengan.

11. Modo de conducción continuaModo de conducción continua
 Un conversor DC – DC se encuentra operando en este modoUn conversor DC – DC se encuentra operando en este modo
cuando la corriente que atraviesa la bobina nunca se hace cero a locuando la corriente que atraviesa la bobina nunca se hace cero a lo
largo del periodo.largo del periodo.
 Intervalo de encendido:Intervalo de encendido: La tensión en la bobina es Vd – Vo , deLa tensión en la bobina es Vd – Vo , de
valor positivo, luego la corriente en la bobina crece.valor positivo, luego la corriente en la bobina crece.
 Intervalo de apagado:Intervalo de apagado: La corriente sigue circulando por la bobina yLa corriente sigue circulando por la bobina y
a través del diodo. La tensión en sus extremos es –Vo luego laa través del diodo. La tensión en sus extremos es –Vo luego la
corriente decrece.corriente decrece.
 En estado estacionario la integral de la tensión que se aplica a laEn estado estacionario la integral de la tensión que se aplica a la
bobina debe ser cero, partiendo de este punto podemos determinarbobina debe ser cero, partiendo de este punto podemos determinar
la relación de transformación de tensión en modo de conducciónla relación de transformación de tensión en modo de conducción
contínuacontínua
Vo = D·VdVo = D·Vd

12. Observación: en modo continuo, la tensión de salida sóloObservación: en modo continuo, la tensión de salida sólo
depende del ciclo de trabajo.depende del ciclo de trabajo.

13. El límite entre la conducción continua yEl límite entre la conducción continua y
discontinuadiscontinua
Por definición en el límite de conducción continua – discontinua, la corrientePor definición en el límite de conducción continua – discontinua, la corriente
que atraviesa la bobina va a cero al final del periodo de conmutación.que atraviesa la bobina va a cero al final del periodo de conmutación.
 Nos interesa conocer quéNos interesa conocer qué
valor medio de corrientevalor medio de corriente
atraviesa la bobina en esteatraviesa la bobina en este
instante, dado que si por algúninstante, dado que si por algún
motivo y fijados los parámetrosmotivo y fijados los parámetros
de operación, el valor mediode operación, el valor medio
de la corriente de salida caede la corriente de salida cae
por debajo de este valorpor debajo de este valor
entraremos en modo deentraremos en modo de
operación discontinuo.operación discontinuo.
Llamemos a este valor ILB.Llamemos a este valor ILB.
 Calculemos su valor:Calculemos su valor:

14. Modo de conducciónModo de conducción
discontinuadiscontinua
 Este modo se produce cuando por algún motivo el valorEste modo se produce cuando por algún motivo el valor
medio de la corriente de salida es tan pequeño que lamedio de la corriente de salida es tan pequeño que la
corriente que atraviesa la bobina del conversor Buck secorriente que atraviesa la bobina del conversor Buck se
hace cero durante un intervalo de tiempo dentro delhace cero durante un intervalo de tiempo dentro del
periodo Ts.periodo Ts.
 Dependiendo de la aplicación del conversor, típicamenteDependiendo de la aplicación del conversor, típicamente
bien la tensión de entrada, bien labien la tensión de entrada, bien la
 tensión de salida se deben mantener constantes.tensión de salida se deben mantener constantes.
Diferenciaremos entre ambos modos deDiferenciaremos entre ambos modos de
 funcionamiento obteniendo expresiones bien distintas.funcionamiento obteniendo expresiones bien distintas.

15. El rizado en la tensión de salidaEl rizado en la tensión de salida
 El funcionamiento típico en el que nos puede interesar el rizado en laEl funcionamiento típico en el que nos puede interesar el rizado en la
tensión de salida es aquel en el que deseamos obtener una tensión detensión de salida es aquel en el que deseamos obtener una tensión de
salida de valor constante.salida de valor constante.
 Por simplicidad asumiremos que el conversor opera en modo continuo.Por simplicidad asumiremos que el conversor opera en modo continuo.
 Si el condensador de salida tiene un valor finito, existirá un rizado en salida.Si el condensador de salida tiene un valor finito, existirá un rizado en salida.
 Asumiremos:Asumiremos:
-Toda la componente de rizado de la corriente atraviesa el condensador.-Toda la componente de rizado de la corriente atraviesa el condensador.
-El valor medio de esta corriente es el que se aplica a la carga.-El valor medio de esta corriente es el que se aplica a la carga.
 Si tomamos un periodo de funcionamientoSi tomamos un periodo de funcionamiento
-Cuando la corriente instantánea supera el valor medio de la corriente de-Cuando la corriente instantánea supera el valor medio de la corriente de
salida el condensador absorbe un determinado valor de carga.salida el condensador absorbe un determinado valor de carga.
 -Al incrementarse la carga del condensador también crece la tensión-Al incrementarse la carga del condensador también crece la tensión
instantánea de salida.instantánea de salida.

17. Conversor elevador (Tipo Boost)Conversor elevador (Tipo Boost)
 Proporciona a su salida una tensión media superior a laProporciona a su salida una tensión media superior a la
de entrada. Su aplicación fundamental son las fuentesde entrada. Su aplicación fundamental son las fuentes
de alimentación de continua reguladas.de alimentación de continua reguladas.

18. La topología de esteLa topología de este
conversor es la siguiente:conversor es la siguiente:
FUNCIONAMIENTO:
• Cuando el interruptor está encendido:
-El diodo aparece polarizado en
inversa y por tanto aísla la etapa de
salida de la entrada de tensión.
-El condensador proporciona tensión a
la carga de forma exclusiva.
-La bobina se carga a una tensión Vd.
• Cuando abrimos el interruptor:
-La etapa de salida recibe energía
tanto de la fuente de alimentación como
de la bobina.
-Al decrecer la corriente en la bobina
se invierte la polaridad de la tensión que
cae en ella, luego la tensión que se
aplica al condensador y a la carga es la
suma de Vd + vL .
• Si el condensador de filtro es
suficientemente grade, podremos tener
una tensión de salida prácticamente
constante.

19. Modo de conducción continuaModo de conducción continua
 Las formas de onda de laLas formas de onda de la
tensión que cae en latensión que cae en la
bobina y la corriente que labobina y la corriente que la
atraviesa aparecen a laatraviesa aparecen a la
derecha. Al considerar laderecha. Al considerar la
operación en estadooperación en estado
estacionario podemosestacionario podemos
integrar las tensiones queintegrar las tensiones que
caen en la bobina paracaen en la bobina para
determinar la relación dedeterminar la relación de
transformación de tensión.transformación de tensión.
De esta forma:

20. El límite entre la conducciónEl límite entre la conducción
continua y discontinuacontinua y discontinua
 Por definición iL(t) va a cero al acabar el periodo, pero todavíaPor definición iL(t) va a cero al acabar el periodo, pero todavía
puede considerarse que el circuito opera en modo depuede considerarse que el circuito opera en modo de
conducción continua. A partir del gráfico determinamos el valorconducción continua. A partir del gráfico determinamos el valor
medio de la corriente en el límite de conducción que atraviesa lamedio de la corriente en el límite de conducción que atraviesa la
bobina.bobina.

21. Modo de conducciónModo de conducción
discontinuadiscontinua
 Para entender este modo de funcionamiento supongamosPara entender este modo de funcionamiento supongamos
que la potencia de salida disminuye mientras mantenemosque la potencia de salida disminuye mientras mantenemos
constante Vd y el ciclo de trabajo D (en la práctica sabemosconstante Vd y el ciclo de trabajo D (en la práctica sabemos
que esto no ocurrirá ya que D se ajustará para mantener Voque esto no ocurrirá ya que D se ajustará para mantener Vo
constante).constante).
 El modo discontinuo se produce debido a una disminución deEl modo discontinuo se produce debido a una disminución de
la potencia de salida Po (=Pd si no hay pérdidas) y, por tanto,la potencia de salida Po (=Pd si no hay pérdidas) y, por tanto,
se debe a un menor valor de IL (=Id), ya que Vd es constantese debe a un menor valor de IL (=Id), ya que Vd es constante
(Pd=Vd·Id).(Pd=Vd·Id).
 Como la corriente de pico en la bobina alcanza el mismoComo la corriente de pico en la bobina alcanza el mismo
valor en ambos modos de operación (depende sólo de Vd yvalor en ambos modos de operación (depende sólo de Vd y
D) IL sólo puede caer si Vo aumenta.D) IL sólo puede caer si Vo aumenta.

22. Comparemos ambos modos deComparemos ambos modos de
funcionamientofuncionamiento

23. El rizado en la tensión de salidaEl rizado en la tensión de salida
En este caso las formas de onda a estudiar son las siguientesEn este caso las formas de onda a estudiar son las siguientes

24. Y por ultimo los aplausosY por ultimo los aplausos
FINFIN