Buck DC - DC

Este documento presenta el diseño y el modelamiento matemático de un reductor o (Buck) DC-DC con ciertas pérdidas producidas por los diferentes componentes (Mosfet, Diodo, Inductancia). Todo esto tomando como referencia un reductor ideal (sin perdidas) y teniendo en cuenta los valores de salida esperados que para el caso son 8V de salida con una corriente de 1.5 A a partir de una frecuencia de swicheo de 35Khz. Para generar este diseño se parte del circuito practico (montaje) y se aplica el operador de promedio móvil con el fin de suprimir ciertas componentes de frecuencia no deseados, teniendo estos dos modelos se realiza la simulación en un aplicativo de Matlab llamado Simulink que nos permite convalidar el modelo generado a partir del promedio móvil en comparación con el circuito practico.

I. INTRODUCCIÓN.

En electrónica la mayoría de aplicaciones requieren una fuente de tensión continua, Sin embargo se usa una tensión alterna para alimentarlos.

Para lo cual se usa un convertidor AC-DC que se compone de un rectificador para convertir la energía alterna en continua. la mayoría de las veces, la tensión en continua obtenida es superior o inferior a la que necesita una determinada aplicación. El empleo de un transformador a la entrada del rectificador puede reducir la tensión de alimentación. De todas formas, es difícil aún así que obtengamos valores adecuados de tensión continua para nuestros circuitos. En ese caso, es necesario utilizar un circuito que permita la conversión de energía en continua.

En determinadas aplicaciones nos interesará reducir la tensión de entrada y en otras nos

interesará elevar la tensión. Para ello existe lo que se denominan convertidores

CC/CC, que permiten transformar energía en CC de forma eficiente (alto rendimiento).

Los convertidores CC/CC son ampliamente utilizados en fuentes de alimentación

continuas conmutadas (generalmente con un transformador de aislamiento) y en

aplicaciones de accionamiento de motores.

II. CONTENIDO.

Diagrama general de conversión. (AC-DC-DC)

Los diferentes tipos de circuitos que pueden realizar una conversión CC/CC, tienen diferentes métodos de síntesis de circuitos y todos llevan a un conjunto de convertidores construidos con el menor número de componentes posible.

Existen seis convertidores básicos, la mayoría de los convertidores tienen dos interruptores, con un interruptor activo (el transistor) y un interruptor pasivo (el diodo).

Tipos de convertidores: Buck, Boost, Buck-Boost, Cúk, Sepic y Zeta.

Los convertidores CC/CC conmutados utilizan uno o más interruptores para transformar un nivel continuo en otro. En un convertidor CC/CC con un nivel de tensión de entrada, el valor medio de la tensión de salida se ajusta controlando la duración del estado abierto (OFF) o cerrado (ON) del interruptor. Para ilustrar el concepto de conversión empleando el modo de conmutación.

El valor medio VA de la tensión de salida vA en la figura depende del tiempo de conducción y no conducción del transistor (Ton y Toff).

En este método, llamado modulación por ancho de pulso (Pulse-With Modulation - PWM), se varia la relación de conducción (duty-ratio) del interruptor D, que se define

como siendo la relación entre el tiempo que el interruptor permanece cerrado (ON) respecto al período de conmutación. Los dos parámetros que determinan la forma de onda de la figura son la relación de conducción D y la frecuencia de conmutación fS.

Convertidor ideal en modo continúo.

III. DESARROLLO

Modelamiento Matemático:

Se plantea el circuito con las pérdidas que se desean analizar:

CIRCUITO_1

El swicheo genera dos modos diferentes, se analizan por separado las mallas que se generan.

-Modo 1:

CIRCUITO_2

La fuente Vd no entra para el análisis en este modo, se plantea la malla de la siguiente forma:

VL= Vg – Vrds - VRL-V IC= I - V/R

VL= Vg – Irds – IRL – V

Se aplica el operador promedio a las entradas y salidas, mas no a los parámetros como por ejemplo a RDS.

<VL> = <Vg> – < I > Rds – <I> RL – <V>

<IC> = <I> - (<V> / R)

-Modo 2:

CIRCUITO_3

Para este modo la fuente Vg no entra en el análisis, la malla queda planteada de la siguiente forma:

VL = -Vd – VRL – V

= -Vd –IRL – V

IC = I - (V/R)

Al aplicar el operador de promedio

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