Convertidor Reductor CD-CD (Buck)

[pic 1]        Electrónica de Potencia, Septiembre de 2017. México, Instituto Tecnológico Superior del Sur de Guanajuato.                

Convertidor Reductor

CD-CD (Buck)

Romero Baeza Ricardo

Instituto Tecnológico Superior del Sur de Guanajuato, Avenida Educación Superior #2000, Uriangato, Guanajuato, México.

elromer9@gmail.com

López Zavala Óscar Uriel

Instituto Tecnológico Superior del Sur de Guanajuato, Avenida Educación Superior #2000, Uriangato, Guanajuato, México.

viejoitsur@gmail.com

Materia: Electrónica de Potencia

Docente: M. C. Julio Ortega Alejos

Resumen

En el presente reporte se presenta un convertidor de CD-CD reductor tipo Buck. Cabe mencionar que todos los voltajes de salida de un convertidor CD-CD son de cd. Este tipo de convertidores posee como característica principal la aparición de dos circuitos. Ambos son de cd y se analizan por separado. La energización de los dos circuitos se puede observar visiblemente en las formas de onda de voltaje de salida que además nos sirven para calcular el valor del inductor utilizado.

1. Introducción

En muchas aplicaciones industriales se requiere convertir una fuente de cd de voltaje fijo en una fuente de cd de voltaje variable. Un convertidor de cd-cd convierte directamente de cd a cd y se conoce simplemente como convertidor de cd. Un convertidor de cd puede considerar como equivalente de cd a un transformador de ca con una relación de vueltas continuamente variable. Al igual que un transformador, se puede utilizar para reducir o elevar una fuente de voltaje de cd.

Los convertidores de cd se usan ampliamente para controlar motores de tracción en automóviles eléctricos, tranvías, grúas marinas, montacargas y camiones de transporte de minerales.

1. Parámetros de desempeño de convertidores de CD-CD

Tanto los voltajes de entrada como los de salida de un convertidor cd-cd son de cd. Este tipo de convertidor puede producir un voltaje de cd de salida fijo o variable a partir de un voltaje de cd fijo o variable como se muestra en la figura 1.1a. Idealmente, el voltaje de salida y la corriente de entrada debe de ser de cd pura, no obstante, el voltaje de salida y la corriente de entrada de un convertidor de cd-cd práctico contienen armónicos o rizos como se muestra en la figura 1.1b y 1.1c

1. Principio de operación de reducción

El principio de operación se puede explicar con la figura 1.2a. Cuando el interruptor SW, conocido como el troceador, se cierra durante un tiempo , el voltaje de entrada  aparece a través de la carga. Si el interruptor permanece apagado durante un tiempo , el voltaje a través de la carga es cero. En la figura 1.2b también se muestran las formas de onda del voltaje de salida y de la corriente de carga. El interruptor convertidor se puede implementar utilizando (1) un transistor de potencia de unión bipolar (BJT); (2) un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET); (3) un tiristor de apagado por compuerta (GTO), o (4) un transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT).   [pic 2][pic 3][pic 4]

[pic 5][pic 6]

Figura 1.2a.- Circuito                                       Figura 1.2b.- Formas de onda

Donde en la figura 1.2b T es el periodo de troceado;  es el ciclo de trabajo del troceador o del MOSFET en este caso.[pic 7]

2. Práctica a realizar

Implementar el circuito de la figura 2.1a para obtener la forma de onda de la corriente y observar en qué modo de operación se encuentra el convertidor Buck. Además, observar las curvas de carga de las capacitancias del MOSFET.

[pic 8]

Figura 2.1a.- Diagrama del circuito

El funcionamiento del circuito de la figura 2.1a se puede dividir en dos modos. En el modo 1 se inicia cuando el interruptor  se activa en el instante . La corriente de entrada, la cual sube, fluye a través del inductor , el capacitor  y el resistor de carga . El modo 2 empieza cuando en dispositivo troceador se desactiva en el instante . El inductor  se queda cargado debido al tiempo que estuvo bajo la excitación de la fuente de voltaje por lo tanto el inductor cierra el circuito y la energía sigue presente en el circuito. La corriente del inductor cae hasta que el dispositivo troceador se enciende de nuevo en el siguiente ciclo. Los circuitos equivalentes de los modos de operación se muestran en la figura 2.1b y 2.1c. Las formas de onda de los voltajes y corrientes se muestran en la figura 2.2 para un flujo de corriente continuo en el inductor.[pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

...