Este documento describe diferentes tipos de convertidores de corriente directa a corriente directa (CD-CD), incluyendo convertidores lineales, conmutados, reductores, elevadores y reductor-elevadores. Explica el funcionamiento básico de cada uno a través de análisis matemáticos de sus circuitos equivalentes en diferentes estados. Finalmente, resume las características generales de los convertidores CD-CD en modo de corriente permanente.

1. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PUEBLA
DIVISIÓN : ENERGÍAS RENOVABLES
ÁREA ENERGÍA SOLAR.
CONVERTIDORES DE CORRIENTE DIRECTA A CORRIENTE DIRECTA
VIANEY MATEO DÍAZ
MARÍA DEL MONTSERRAT MACÍAS RODRÍGUEZ
JOSÉ IGNACIO ALCÁNTARA SÁNCHEZ
4° cuatrimestres grupo “C”
turno vespertino
septiembre-diciembre 2015.

2. CONVERTIDORES DE DC A DC.
 Los convertidores de corriente CD a CD son circuitos electrónicos de potencia que
convierten una tensión continua en otro nivel de tensión continua y normalmente,
proporcionan una salida regulada.
 Los convertidores CD-CD se utilizan ampliamente en el control de los motores para
trabajar altas frecuencias.
 Su funcionamiento está basado en la apertura y cierre periódico de algún
interruptor que en la practica es un semiconductor de potencia unidireccional, el
control de la apertura o cierre periódicos de un interruptor electrónico es
indispensable para la operación de los convertidores.

3. REGULADORES LINEALES DE TENSIÓN.
 Estos son una alternativa a los convertidores CD-CD lineales, ya que es mas sencillo para
convertir una tensión continua a otra de valor mas bajo utilizando el siguiente circuito.Figura1. la
tensión de salida es
𝑉0 = 𝐼𝐿 𝑅 𝐿
Figura 1. Regulador lineal básico.
 Este tipo de circuitos se denomina convertidor CD-CD lineal o regulador lineal, por que el
transistor opera en la región lineal, en lugar de la zona de saturación o de corte. De hecho el
transistor opera como una resistencia variable.

4. CONVERTIDOR CONMUTADO BÁSICO.
 En un convertidor conmutado, el transistor funciona como interruptor
electrónico, al estar activado completamente o desactivado
completamente (saturación o corte para un transistor bipolar BJT). Este
circuito también se denomina troceador de continua.
 Si el interruptor es ideal, salida es igual a la entrada cuando el
interruptor esta cerrado y es cero cuando está abierto. La apertura y
cierre periódicos del interruptor producen la salida de pulsos.
 La componente continua de la salida se controla ajustando el ciclo de
trabajo D, que es la fracción del periodo en la que el interruptor está
cerrado.
FIGURA.2.1a)Convertidor cd-cd básico
conmutado. b) equivalente para
conmutación.
FIGURA.2.2. Tensión de salida.

5. CONFIGURACIONES BÁSICAS DE
CONVERTIDORES CD-CD.
 Las configuraciones básicas son tres: Buck (reductora), Boost (elevadora) y Buck-
Boost (elevadora reductora).
 Estas configuraciones permiten elevar, reducir o elevar/reducir el voltaje de
alimentación (𝑉𝑆) en la salida (𝑉0).
 Cada configuración a su vez contiene cuatro elementos básicos: bobina (L),
capacitor (C), diodo y un interruptor controlado (Q); así las propiedades de cada
topología dependen de la ubicación de estos cuatro elementos, ver Figura 3.1, 3.2
y 3.3. Se asume en general que la carga para los convertidores es de tipo resistiva
(R).

6. Convertidor reductor
 Es una forma de obtener la salida continua, insertando un filtro paso bajo después del interruptor. Aquí el diodo proporciona un
camino a la corriente de la bobina.
 Este circuito se denomina convertidor reductor porque la tensión de salida es menor que la de entrada.
1. La corriente en la bobina es periódica 𝑖 𝐿 𝑡 + 𝑇 = 𝑖 𝐿(𝑡)
2. La tención media en la bobina es cero 𝑉𝐿 =
1
𝑇 𝑡
𝑡+𝑇
𝑉𝐿 𝜆 𝑑𝜆 = 0
3. La corriente media del condensador es cero 𝐼𝑐 =
1
𝑇 𝑡
𝑡+𝑇
𝑖 𝐶 𝜆 𝑑𝜆 = 0
4. La potencia entregada por 𝑉𝑆 es igual a la suministrada a la carga. Cuando los componentes no son ideales la fuente
también suministran perdidas
Una corriente en la bobina que sea positiva en todo
intervalo de conmutación se denomina corriente permanente, y
la discontinua se caracteriza por que la corriente de la bobina
pasar por cero en cada periodo.

7. ANÁLISIS CON UN INTERRUPTOR CERRADO.
Cuando el interruptor esta cerrado el diodo, se polariza
en inversa y la tensión en la bobina se da por la siguiente
ecuación.
𝑉𝐿 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑂 = 𝐿
𝑑𝑖 𝐿
𝑑𝑡
Reorganizando los términos obtenemos:
𝑑𝑖 𝐿
𝐷𝑇
=
∆𝑖 𝐿
∆𝑡
=
∆𝑖 𝐿
𝐷𝑇
=
𝑉 𝑆−𝑉 𝑂
𝐿
(conmutador cerrado)
La variación de corriente, cuando el interruptor esta
cerrado se calcula modificando la es ecuación anterior
Δ𝑖 𝐿 𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎𝑑𝑜 =
𝑉𝑠 − 𝑉𝑜
𝐿
𝐷𝑇

8. ANALISIS DEL INTERRUPTOR ABIERTO
Cuando el interruptor está abierto, el diodo se polariza en directa para dejar
pasar la corriente de la bobina. Cuando el interruptor está abierto, la tensión en
la bobina es: 𝑉𝐿= −𝑉𝑜 = 𝐿
𝑑𝑖 𝐿
𝑑𝑡
Reorganizando los términos obtenemos:
𝑑𝑖 𝐿
𝑑𝑡
=
−𝑉𝑜
𝐿
(interruptor abierto)
La variación de corriente en la bobina cuando está abierto es:
Utilizando las ecuaciones del circuito abierto y
cerrado tenemos lo siguiente:
Esto nos da que la variación neta de la corriente de la bobina en un periodo será cero para ello se debe
de cumplir:
Despejando 𝑉𝑜El convertidor reductor produce una salida menor o igual a
la de la entrada

9. CONVERTIDOR ELEVADOR
 ES UN CONVERTIDOR CONMUTADO QUE funciona abriendo y cerrando
periódicamente un interruptor electrónico.
 Se denomina convertidor elevador por que la tensión de 𝑉0 es mayor que la de 𝑉𝑆.
 Relación entre la tensión y la corriente
 1. El circuito opera en régimen permanente
 2. El periodo de conmutación es T y el interruptor esta cerrado un tiempo DT y está
abierto el resto del tiempo (1-D)T.
 3.La corriente en la bobina es permanente.
 4.El condensador es muy grande y la tensión de salida se mantiene constante y su
valor es 𝑉0
 5.Los componentes son ideales.
Figura.5 convertidor elevador, esquema de circuito

10. ANÁLISIS CON INTERRUPTOR CERRADO
 Cuando el interruptor esta cerrado, el diodo está polarizado en inversa. La ley de
Kirchhoff para las tensiones en la mallas que incluye la fuente la bobina y el
interruptor cerrado.
 La variación de corriente en la bobina se calcula utilizando:
 Despejando Δ𝑖 𝐿 cuando el interruptor esta cerrado:

11. Análisis con el interruptor abierto
 Cuando el interruptor esta abierto, la corriente en la bobina no puede variar de forma instantánea
por lo que el diodo se polariza en directa para proporcionar un camino a la corriente de la bobina
suponiendo que la tensión de la bobina es constante la tensión de la bobina es:
 La variación en la corriente de la bobina con el interruptor abierto es:
 Despejando Δ𝑖 𝐿:
 La variación neta de la corriente de la bobina debe ser igual a cero
 Despejando 𝑉𝑜

12. Convertidor reductor elevador
 El convertidor reductor-elevador suministra un voltaje de salida que puede ser
mayor o menor al de la entrada, así mismo la polaridad del voltaje de salida es
inversa al voltaje de entrada.
RELACIONES ENTRE LA TENSIÓN Y LA CORRIENTE.
1. El circuito opera en régimen permanente.
2. La corriente en la bobina es permanente.
3. El condensador es lo suficientemente grande como para suponer una tensión de
salida constante.
4. El interruptor está cerrado un tiempo DT y está abierto el resto del tiempo, (1-D)T.
5. Los componentes son ideales.

13. Análisis con el interruptor cerrado.
 Cuando el interruptor está cerrado, la tensión en la bobina es
𝑉𝐿 = 𝑉𝑆 = 𝐿
𝑑𝑖 𝐿
𝑑𝑡
𝑑𝑖 𝐿
𝑑𝑡
=
𝑉 𝑆
𝐿
el ritmo de la variación en la bobina es constante, por lo que la corriente en la misma
aumenta linealmente.podemos expresar la ecuación anterio de la siguiente manera.
∆𝑖 𝐿
∆𝑡
=
∆𝑖 𝐿
𝐷𝑇
=
𝑉𝑆
𝐿
Calculamos ∆𝑖 𝐿 con el interruptor cerrado
(∆𝑖 𝐿) 𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎𝑑𝑜 =
𝑉𝑆 𝐷𝑇
𝐿
FIGURA.5.2.Equivalente del circuito cuando el
interruptor esta cerrado

14. ANÁLISIS CON EL INTERRUPTOR ABIERTO.
 Cuando el interruptor está abierto, la corriente en la bobina no puede variar
instantáneamente, por lo que el diodo estará polarizado en directa y pasará corriente
por la resistencia y el condesador.Cuando se da esta condición, la tensión en la bobina
es
El ritmo de la corriente en la bobina es de nuevo constante, la variación de la corriente
es
Resolviendo para obtener ∆𝑖 𝐿,
FIGURA.5.2.Equivalente del circuito cuando el interruptor esta
abierto.

15. Cuando el circuito funciona en régimen permanente, la variación neta de la corriente en
la bobina debe ser nula en un periodo .utilizando las ecuaciones anteriores obtenemos.
Resolviendo para obtener 𝑉𝑂
La tensión media en la bobina es cero cuando el convertidor opera en régimen permanente, por lo que
al calcular 𝑉𝑂 se obtiene el mismo resultado de la anterior ecuación .
Esta ecuación muestra la polaridad de la tensión de
salida es opuesta a la de la tensión de la fuente
La magnitud de salida del convertidor reductor-elevador puede ser menor o mayor que de la fuente,
en función del ciclo de trabajo del interruptor.

17. CONVERTIDOR CUK
 El convertidor ‘cuk es un tipo de convertidor DC-DC en el cual la magnitud en su salida puede ser
inferior o superior a su voltaje de entrada
 El convertidor ´cuk no aislado solo puede tener polaridad opuesta entre su entrada y su salida.
Este utiliza un condensador como su principal componente de almacenamiento de energía.
 Análisis del circuito
1. El valor de las bobinas es muy grande y las corrientes que las atraviesan son constantes
2. El valor de los condensadores es muy grande y las tensiones en ellos son constantes
3. el circuito opera de manera permanente, su forma de onda de tensión y corriente son periódicas
4. Si el ciclo de trabajo es D, el interruptor estará cerrado un tiempo DT y estará abierto el resto del
tiempo, (1-D)T.
5. El conmutador y el diodo son ideales.

18. La tensión media en 𝐶1 se calcula aplicando la ley de Kirchhoff para las tensiones en el bucle
exterior , la tensión en las bobinas es nula cuando el circuito funciona en el régimen
permanente por lo que:
𝑉𝑐1 = 𝑉𝑆 − 𝑉𝑂
Cuando el interruptor está cerrado, el diodo está cortado y la corriente en el condensador 𝐶1
es
𝑖𝑐1 𝑐𝑒𝑟𝑟𝑎𝑑𝑜 = −𝐼𝐿2
Cuando el interruptor esta abierto las corrientes en 𝐿1y 𝐿2 fuerzan al diodo a entrar en
conducción .la corriente en el condensador 𝐶1 es
𝑖𝑐1 𝑎𝑏𝑖𝑒𝑟𝑡𝑜 = 𝐼𝐿1

19. CARACTERISTICAS DE LOS CONVERTIDORES EN EL MODO DE
OPERACIÓN DE CORRIENTE PERMANENTE

20. Conclusiones
 Puede concluirse que el incremento en el flujo de corriente experimentada en la bobina en la
fase de interruptor cerrado se ve reflejado en un incremento en la tensión de salida en la fase de
interruptor abierto, esto es, la bobina almacena corriente eléctrica con una tasa de cambio lineal
con respecto al tiempo (𝐷𝑇), sin embargo tal incremento en el flujo de corriente ha de liberarse
durante el tiempo de interruptor cerrado,(𝑇 1−𝐷 ,con una tasa de cambio también lineal, esto
significa que la pendiente de descarga debe tener magnitud negativa, como el voltaje en la
bobina es proporcional a su pendiente de corriente, entonces el voltaje en la bobina con
interruptor abierto es también negativo, en ese caso la ley de voltajes de Kirchhoff indica durante
ese tiempo un incremento en la tensión de salida.

21. BIBLIOGRAFÍA
 VI REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
 1. Electrónica de potencia circuitos dispositivos y aplicaciones, Muhammad h. Rashid
Pearson Prentice hall, tercera edición, 2004
 2. Electrónica de potencia, Daniel W. Hart, Pearson Prentice Hall, 2001, primera edición
 3. Análisis de circuitos en ingeniería, William h. Hayt, Jr., Jack e. Kemmerly, Steven m.
Durbin, mc Graw Hill, Sexta Edición, 2003
 4. Análisis básico de circuitos en ingeniería, J David Irwin, sexta edición, LimusaWiley,
2005.
 5. Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales, Robert F Coughlin,
Frederick F. Driscoll, quinta edición, Limusa, 2003. Wiley, 2004
 6. Introducción al análisis de circuitos, Boylestad, Décima edición, Pearson, Prentice Hall,
2004.