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UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA

INTRODUCCIÓN A LAS FUENTES DE TENSIÓN CONMUTADAS. TEORÍA Y PRÁCTICA.

RICARDO J. AGUASCA COLOMO

JOSÉ CABRERA PEÑA

IBÁN VEGA RAMÍREZ

LAS PALMAS DE GRAN CANARIA, MARZO DE 2001

ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN............................................................................................... 1

2. REDUCCIÓN DE LA TENSIÓN DE SALIDA............................................................ 2 2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO....................................................................... 2

2.2 TENSIONES E INTENSIDADES............................................................................. 3

2.3 TROCEADOR IDEAL SIN PÉRDIDAS..................................................................... 5

2.4 CONTROL DE LA TENSIÓN DE SALIDA................................................................ 6

2.5 MODOS DE FUNCIONAMIENTO............................................................................ 7

3. AUMENTO DE LA TENSIÓN DE SALIDA............................................................... 8 3.1 CONFIGURACIÓN PARA ELEVAR LA TENSIÓN DE SALIDA................................ 8

3.2 FUNCIONAMIENTO................................................................................................ 9

3.3 APLICACIÓN: TRANSFERENCIA DE ENERGÍA ENTRE DOS FUENTES DE

TENSIÓN................................................................................................................. 11

4. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS REGULADORES DE TENSIÓN................ 15

5. REGULADOR BUCK (REDUCTOR)................................................................... 17 5.1 CIRCUITO BÁSICO............................................................................................... 17

5.2 FUNCIONAMIENTO...............................................................................................17

5.3 DOS MODOS DE FUNCIONAMIENTO................................................................. 18

5.4 FILTRO DE SALIDA.............................................................................................. 23

5.5 CONSIDERACIONES............................................................................................ 25

6. REGULADOR BOOST (ELEVADOR)................................................................. 26 6.1 CIRCUITO BÁSICO............................................................................................... 26

6.2 FUNCIONAMIENTO.............................................................................................. 26

6.3 FILTRO DE SALIDA.............................................................................................. 31

7. REGULADOR BUCK – BOOST..................................................................... 32 7.1 CIRCUITO BÁSICO............................................................................................... 32

7.2 FUNCIONAMIENTO.............................................................................................. 32

7.3 FILTRO DE SALIDA.............................................................................................. 36

ÍNDICE

8. RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS.................................................................... 37

9. SIMULACIÓN CON PSPICE............................................................................... 39 9.1 CONVERTIDOR CC-CC ELEVADOR (STEP UP)................................................... 41

9.2 CONVERTIDOR CC-CC REDUCTOR (STEP DOWN)........................................... 43

10. INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS........................................................ 45 10.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS INTERFERENCIAS ELECTROMAGNÉTICAS........ 45

10.2 CAUSAS DE GENERACIÓN DE IEM..................................................................... 47

10.2.1 EL TRANSISTOR EN CONMUTACIÓN.......................................................... 49

10.2.2 EL DIODO....................................................................................................... 50

10.2.2.1 COMPORTAMIENTO DEL DIODO EN LA CONMUTACIÓN A

CONDUCCIÓN............................................................................... 51

10.2.2.2 COMPORTAMIENTO DEL DIODO EN LA CONMUTACIÓN AL

BLOQUEO...................................................................................... 52

10.3 MEDIDAS A ADOPTAR PARA LA REDUCCIÓN DE IEM

EN CIRCUITOS DE POTENCIA.............................................................................53

10.3.1 CONTROL DEL NIVEL DE RADIACIÓN......................................................... 53

10.3.2 REDUCCIÓN DEL ACOPLAMIENTO MAGNÉTICO....................................... 54

10.3.3 FACILITAR LA CONMUTACIÓN EN LOS TRANSISTORES........................... 54

10.3.4 LOS FILTROS EN LAS FUENTES.................................................................. 55

10.3.5 FORMAS DE CONECTAR Y DISTRIBUIR LOS COMPONENTES

EN UN CIRCUITO IMPRESO...........................................................................

56 11. MONTAJE PRÁCTICO EN LABORATORIO........................................................... 59 11.1 CARACTERÍSTICAS DEL CIRCUITO INTEGRADO SG3524............................ 60

11.2 CÁLCULO DE LA RED ACICALADORA DE LOS TRANSISTORES DE

POTENCIA........................................................................................................ 62

11.3 ESQUEMA ELÉCTRICO DEL CIRCUITO.......................................................... 63

11.4 PLACA DE CIRCUITO IMPRESO: CARA DE COMPONENTES Y CARA DE

SOLDADURA..................................................................................................... 65

PRÓLOGO

Desde hace unos años y de forma exponencial ha ido creciendo el

número y la variedad de aparatos electrónicos presentes en nuestras vidas.

Esta diversidad de dispositivos va desde: él, cada día más imprescindible,

ordenador personal, hasta los sofisticados sistemas de seguridad. Pero, ¿qué

pueden tener en común estos dispositivos electrónicos? Respuesta: que todos

ellos funcionan mediante transformaciones o conversiones de niveles de

tensión continua. Es decir, en alguna etapa del circuito es necesaria una

tensión continua de salida mayor o menor a la tensión continua de entrada

presente en esa etapa. Es en este punto donde se emplean los convertidores

de tensión corriente continua – corriente continua (convertidores cc-cc),

también llamados fuentes de tensión conmutadas objeto de estudio en este

libro.

Los autores de este libro, dos de los cuales son profesores titulares de la

U.L.P.G.C., tras años trabajando en el diseño y estudio de las fuentes de

tensión conmutadas e impartir varios cursos teórico – prácticos sobre este

tema han decidido publicar este libro. El cual pretende ser una guía básica

para todos aquellos que se sientan atraídos por el diseño electrónico de

potencia dirigido hacia las fuentes de tensión conmutadas.

Este libro está dividido en cuatro partes fundamentales: teoría de los

convertidores cc-cc, simulación de circuitos prácticos con el PSPICE, análisis

de las interferencias electromagnéticas en los convertidores y un montaje

práctico de un convertidor cc-cc elevador.

En la parte teórica se exponen de forma clara y concisa los

fundamentos, esquemas y fórmulas a aplicar pare el desarrollo y comprensión

de los diferentes tipos de convertidores.

En la simulación con el PSPICE se presentan los dos tipos básicos de

convertidores: el elevador y el reductor. En esta parte se muestran los

esquemas de los circuitos a analizar y las formas de onda de las tensiones y

de las intensidades obtenidas en sus puntos más significativos. Se ha optado

por no hacer un análisis exhaustivo de las formas que presentan las diferentes

señales mostradas para que sea el lector el que, junto a los fundamentos

teóricos, analice los resultados obtenidos.

Dentro de la parte dedicada a las interferencias electromagnéticas

generadas en los circuitos de potencia se analizará las causas, los efectos y

las formas básicas de reducir la magnitud de estas interferencias o

perturbaciones electromagnéticas.

En la última parte de este libro se le presenta al lector un caso práctico

de diseño y montaje de un convertidor cc–cc a partir de un conjunto de

especificaciones técnicas que se deben cumplir. En esta parte se le explica

como elegir cada uno de los componentes que forman las etapa de potencia y

de control. Se presentan también el esquema eléctrico del circuito y el diseño

de la placa de circuito impreso.

LOS AUTORES

U.L.P.G.C.

Introducción a las Fuentes de Tensión Conmutadas. Teoría y Práctica. Página 1

1. INTRODUCCIÓN

• Un TROCEADOR convierte directamente C.C. en C.C. CONVERTIDOR DIRECTO de C.C. a C.C.

• Aplicaciones Industriales: Obtención de C.C. variable a partir de una

Fuente de C.C. fija. • TROCEADOR Transformador de tensión con relación de transformación

variable. • MODO DE FUNCIONAMIENTO: Un Interruptor se abre y cierra

continuamente dejando pasar más o menos potencia del Generador a la Carga.

U.L.P.G.C.


2. REDUCCION DE LA TENSIÓN DE SALIDA

2.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Cuando el Interruptor SW está cerrado durante t1 la carga es sometida a la

tensión Vs. • Durante t2 SW permanece abierto y la tensión en la carga es nula. • Se desprecian las pérdidas en el interruptor SW.

U.L.P.G.C.


2. REDUCCIÓN DE LA TENSIÓN DE SALIDA

2.2 TENSIONES E INTENSIDADES:

Tensión de Salida expresada en Series de Fourier:

Tensión Media de Salida:

sss

t

oa VkVtfVTtdtv

TV ==== ∫ 10

111

Intensidad Media en la Carga:

∑∑∞

=

∞

=

⋅−+⋅+=11

2sen)2cos1(2cos2sen)(n

s

n

sso ftnkn

nV

ftnknnV

kVtv πππ

πππ

I VR

k VRa

a s= =

U.L.P.G.C.



Valor Eficaz de la Tensión de Salida:

• DONDE:

T ≡ Período de Troceo

k = t1 / T ≡ Ciclo Efectivo de Trabajo

f ≡ Frecuencia de trabajo

VT

v d t k Vo o

k T

s= =∫1 2

0

U.L.P.G.C.



2.3 TROCEADOR IDEAL SIN PÉRDIDAS:

Potencia Absorbida igual a potencia Cedida (vch ≡ Caída en SW):

Resistencia efectiva “Vista por la Fuente”:

R VI

Vk V R

Rki

s

a

s

s

= = =

RvVkdt

Rv

Tdtiv

TP

RvVVkdt

RvVV

TdtiV

TP

chskT okT

oo

chsskT chsskT

si

2

0

2

0

00

)(11

)()(11

−===

−=

−==

∫∫

∫∫

U.L.P.G.C.



2.4 CONTROL DE LA TENSIÓN DE SALIDA:

Vo varía entre 0 Vs controlando k

La Potencia absorbida Pi se controla variando k

k varía entre 0 1:

Modificando t1

Modificando T

Modificando f

U.L.P.G.C.



2.5 MODOS DE FUNCIONAMIENTO:

• Troceo a Frecuencia Constante.

El Control se ejerce variando los anchos de los pulsos (t1).

Se denomina Modulación de anchos de Pulsos (PWM).

• Troceo a Frecuencia Variable.

Los tiempos t1 o t2 permanecen constantes, variando la

frecuencia f. El control se denomina Modulación de

Frecuencia. Y posee un elevado nivel de armónicos a la

salida.

U.L.P.G.C.


3. AUMENTO DE LA TENSIÓN DE SALIDA

3.1 CONFIGURACIÓN PARA ELEVAR LA TENSIÓN DE SALIDA:

En este circuito Troceador se supondrá la Inductancia Ideal.

El flujo de corriente a la entrada se supone continuo.

U.L.P.G.C.



3.2 FUNCIONAMIENTO:

1. Interruptor SW cerrado durante t1 la intensidad de entrada crece . La energía se almacena en L.

2. Interruptor SW abierto durante t2 la intensidad en la carga disminuye. La energía es transferida desde L a la carga a través de D1.

• Voltaje en L con el interruptor SW cerrado:

v Ld id tL =

• Rizado de la corriente de pico a pico:

∆ IVL

tS= 1

U.L.P.G.C.



• Valor de la tensión de salida. Con el condensador CL en paralelo con la

carga el valor de la tensión permanece constante:

v V L It

Vtt

Vko S S S= + = +

=

−∆

2

1

2

1 11

• Variación del valor de vo en función del ciclo efectivo de trabajo k: vo = VS k = 0 vo > VS 0 < k < 1

U.L.P.G.C.



3.3 APLICACIÓN: TRANSFERENCIA DE ENERGÍA ENTRE DOS FUENTES DE TENSIÓN. • Dos Modos de funcionamiento:

SW cerrado Modo 1 SW abierto Modo 2

U.L.P.G.C.



• Modo 1:

Ecuación de Tensiones:

dtdiLV S 1=

Ecuación de Intensidades:

11 )( ItLVti S +=

Condiciones:

I1 es el valor de la corriente inicial.

i1 (t) es creciente d id t

1 0> ó Vs > 0

U.L.P.G.C.



• Modo 2:

Ecuación de Tensiones:

V Ldidt

ES = +2

Ecuación de Intensidades:

i tV EL

t IS2 2( ) = −

+

Condiciones (Sistema Estable):

I2 es el valor de la corriente inicial.

i2 (t) es decreciente d id t

2 0< ó Vs < VE

U.L.P.G.C.



• Para tener un Sistema Estable y transmitir energía desde una Fuente

variable VS a una Fuente fija E debe cumplirse que:

0 < VS < E • Modo 1:

Energía transferida desde Vs L

• Modo 2:

Energía transferida desde L E

U.L.P.G.C.


4. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS REGULADORES DE TENSIÓN

• Los Troceadores se utilizan como Reguladores Directos C.C. - C.C. para

convertir una tensión continua sin regular en una tensión continua regulada.

U.L.P.G.C.


4. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS REGULADORES DE TENSIÓN

• Modo de trabajo de un circuito Regulador:

◊ La tensión de “error” Ve se obtiene comparando la tensión de salida Va con una de referencia Vr

◊ Ve es comparada con una onda de “diente de sierra” Vr para generar la señal de control Vg

• Los interruptores están constituidos por semiconductores de potencia BJT,

MOSFET, IGBT, que poseen un ton y un toff mínimo. • El ciclo efectivo de trabajo “k” sólo puede ser controlado entre 0 < k < 1. • Los valores mínimo y máximo de la tensión de salida Va están limitados. • El método de control típico es el de Modulación de Ancho de Impulsos a

frecuencia fija (PWM). • La frecuencia de trabajo debe ser lo más elevada posible para:

◊ Que el rizado de intensidad se reduzca. ◊ Minimizar el tamaño de las inductancias del circuito.

• Las pérdidas del semiconductor aumentan con la frecuencia de trabajo, así como las pérdidas en el núcleo magnético de las inductancias.

• Para aumentar el rendimiento el periodo de oscilación que da la frecuencia

de troceado debe ser 100 veces mayor (como regla general), al tiempo de conmutación del semiconductor utilizado.

• Debido al troceado de la onda de tensión, ésta es rica en armónicos,

haciendo falta un filtro L-C a la salida. • Los reguladores comerciales son circuitos integrados donde la frecuencia de

trabajo se suele fijar con una red R-C externa. • Existen tres topologías básicas de troceadores C.C. - C.C.:

◊ Regulador Reductor BUCK. ◊ Regulador Elevador BOOST. ◊ Regulador BUCK-BOOST.

U.L.P.G.C.


5. REGULADOR BUCK (REDUCTOR)

5.1 CIRCUITO BÁSICO:

5.2 FUNCIONAMIENTO:

◊ T1 conmuta a alta frecuencia (20 kHz - 1 MHz) produciendo una tensión V2 troceada.

◊ V2 es filtrada por L-C obteniendo Vo. ◊ Vo puede regularse mediante el ciclo efectivo de trabajo k de T1.

U.L.P.G.C.


kVTtVV ion

io ⋅==


5.3 DOS MODOS DE FUNCIONAMIENTO:

1. Con intensidad de Bobina Continua. 2. Con intensidad de Bobina Discontinua.

I.- INTENSIDAD DE BOBINA CONTINUA. • Tensión Media de salida:

T = Período de Trabajo = 1 / frec. Conmutación ton = Tiempo con T1 en saturación k = Ciclo Efectivo de Trabajo de T1

• La ecuación de Vo muestra que es independiente de la carga. • Consideraciones reales que hacen depender Vo de la carga:

◊ Caída de tensión en saturación en T1. ◊ Pérdidas por conmutación. ◊ Caída de tensión en D1. ◊ Resistencia serie de la bobina.

U.L.P.G.C.



• Tensión en la bobina durante ton:

V Ldidt

V VL i o= = − ; V2 ≈ Vi

Consideraciones:

IL crece linealmente ya que (Vi - Vo) > 0

• Tensión en la bobina con T1 en corte (toff = T - ton):

V L didt

VL o= = − ; V2 ≈ 0

Consideraciones:

IL decrece linealmente ya que VL = - Vo IL no puede anularse instantáneamente. IL recorre el circuito formado por la bobina, la carga y D1

• Rizado de la corriente pico a pico:

∆ I t V VL

VL f

k koni o i=−

=

⋅⋅ ⋅ −( )1

U.L.P.G.C.



• Rizado máximo para k = 0,5 • Pico de corriente máxima: Imax = Vo/R + ∆I/2 • Pico de corriente mínima: Imin = Vo/R - ∆I/2 II.- INTENSIDAD DE BOBINA DISCONTINUA. • Muchas fuentes conmutadas se diseñan para trabajar con corriente

discontinua. • En la figura se observa que al reducir la carga (ii) eventualmente Imin = 0.

Si la carga se reduce aún más la corriente de la bobina se anula durante ciertos períodos (iii).

U.L.P.G.C.



• Tensión de la bobina durante ton:

VL = Vi - Vo

• Tensión en la bobina durante el tiempo que conduce el diodo (k1T):

VL = Vo

• Para un sistema estable la tensión media a lo largo de un ciclo en la bobina es nula:

( )V V k T V k Ti o o− ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅1

• Relación entre tensiones:

VV

kk k

o

i

=+ 1

• Rizado de corriente pico a pico:

( )∆ I

V V k TL

V k TL

i o o=− ⋅ ⋅

=⋅ ⋅1

• Corriente media de salida (evaluando un ciclo):

II k T k T

TVRoo= ⋅

⋅ + ⋅=

∆2

1

U.L.P.G.C.



• Relación entre tensiones (eliminando k1):

VV

k

k k LR T

o

i

=+ +

282

• Consideraciones:

La tensión de salida es menor en modo 2 que en modo 1 para la misma k.

Aparece un rizado adicional en VL Mayor rizado de la IL circulante.

Para una R determinada, dependiendo del valor de L, se tiene Modo de funcionamiento 1 o Modo de funcionamiento 2.

U.L.P.G.C.



5.4 FILTRO DE SALIDA:

• Elección de L:

En el límite de ambos modos de funcionamiento (ii) la intensidad coincide con la mitad del rizado:

I VR

Io= =∆

2

Sustituyendo ∆I:

L R T k= ⋅ ⋅ −12

1( )

Por tanto, para todos los valores de k y R:

◊ Modo de funcionamiento con corriente Continua:

L R T k> ⋅ ⋅ −12 1( )

◊ Modo de funcionamiento con corriente Discontinua:

L R T k< ⋅ ⋅ −12 1( )

U.L.P.G.C.



• Elección del condensador:

El condensador se elige para minimizar el rizado ∆Vo. Carga y descarga del condensador:

( )

∆∆ ∆

∆∆ ∆

Q I T T I

V QC

T IC

V TL C

koo

= ⋅ ⋅ =⋅

= =⋅

=⋅⋅

⋅ −

12 2 2 8

8 81

2

El valor del condensador es:

( ) ( )C VV

TL

k VV L f

ko

o

o

o

= ⋅ ⋅ − = ⋅⋅

⋅ −∆ ∆

2

281 1

81

U.L.P.G.C.



5.5 CONSIDERACIONES:

◊ C es inversamente proporcional al rizado de tensión y al cuadrado de la frecuencia de troceo.

◊ El rizado de tensión, para una C, es tanto menor cuanto mayor sea f.

◊ Se debe considerar el rizado adicional producido por la Resistencia Serie de C:

( )

∆ ∆

∆

V I R

It V V

L

o C

o n i o

= ⋅

=⋅ −

◊ Es importante que la Rc parásita sea lo más reducida posible.

U.L.P.G.C.


6. REGULADOR BOOST (ELEVADOR)


6.2 FUNCIONAMIENTO:

◊ Durante ton la corriente crece en la bobina. El diodo evita que C se descargue. VL = Vi

◊ Durante toff la tensión en la bobina se invierte y se añade a la de entrada, aumentando la de salida. VL + Vi = Vo

U.L.P.G.C.



I.- INTENSIDAD DE BOBINA CONTINUA.

• Tensión media en la bobina nula a lo largo de un ciclo (Sistema Estable):

( )V t V V ti on o i off⋅ = − ⋅

• De donde:

( ) ( )V k T V V k Ti o i⋅ ⋅ = − ⋅ − ⋅1

• Dando la relación:

VV ko

i

=−1

1

• Considerando la influencia de la carga y la resistencia serie de la bobina:

( )( )

VV k

k Rk R r

o

i L

=−

⋅

− ⋅

− ⋅ +

11

11

2

2

U.L.P.G.C.



• Ganancia máxima:

VV

Rr

o

i L

= ⋅12

• Esta fórmula no considera otras pérdidas y sirve como primera aproximación.


◊ La ganancia de tensión real en continua se hace más sensible conforme k se acerca a 1.

◊ El valor práctico máx. de k oscila 0,85 y 0,9.

U.L.P.G.C.



• Rizado de la corriente:

∆ I VL

t VL

k Tion

i= ⋅ = ⋅ ⋅

• Cálculo del valor mínimo de L para funcionamiento en modo Continuo:

1. Potencia de Entrada = Potencia de salida:

V I V Ii L media o R⋅ = ⋅( )

2. Por tanto, la intensidad de la carga es:

( )I V

RVVI I kR

iL media L media= = ⋅ = ⋅ −0

0

1( ) ( )

3. Mínima intensidad para funcionamiento Continuo (ii):

IL (media) = ∆I / 2

De donde:

( ) ( )VR

I kVL

k T ko i= ⋅ − = ⋅ ⋅ ⋅ −∆2

12

1

4. Para cualquier valor de R y k:

L R k T k> ⋅ ⋅ ⋅ −12

21( )

U.L.P.G.C.



II.- INTENSIDAD DE BOBINA DISCONTINUA.

• Tensión media en la bobina a lo largo de un ciclo nula:

( )V k T V V k Ti o i⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅1

• k1 T es el tiempo en que el diodo conduce:

k1 T < (1 - k) T

• Por tanto:

VV

k kk

o

i

=+ 1

1

• Rizado de la corriente pico a pico:

( )

∆ I V k TL

V V k TL

i o i=⋅ ⋅

=− ⋅ ⋅1

• Corriente media de salida (un ciclo):

II k T k T

TVRoo= ⋅

⋅ + ⋅=

∆2

1

• Combinando para eliminar k1 se tiene:

VV

L k T RLo

i

=+

+ ⋅ ⋅ ⋅1 2

2

2

U.L.P.G.C.



6.3 FILTRO DE SALIDA: • Elección del condensador. La tensión es mantenida por C durante ton:

I C d Vd t

VR

o o= ⋅ =

• Pasando a incrementos:

d Vo ≡ ∆ Vo ; d t ≡ ∆ t ≡ ton ≡ k T

C VV

k TR

VV

kR fo o

= ⋅⋅

= ⋅⋅∆ ∆

• C debe poseer una R.S.E. reducida.

• C es inversamente proporcional a “ f ” y al rizado deseado∆Vo.

U.L.P.G.C.


7. REGULADOR BUCK - BOOST


7.2 FUNCIONAMIENTO:

◊ Durante ton la energía de Vi es almacenada en L.

◊ Durante toff VL se invierte y la energía es transferida desde L Carga. Este período se denomina “FLYBACK”.

U.L.P.G.C.



I.- INTENSIDAD DE BOBINA CONTINUA.

• Sistema estable: tensión media en la bobina en un ciclo nula:

dtdiLV L ⋅=

( )12 IILdiLdtVL −⋅=⋅=⋅ ∫∫

• Por tanto, I1 = I2

• Tensión en L durante ton: VL = Vi

• Tensión en L durante toff: VL = -Vo

• Relación entre tensiones (valor absoluto):

Vi ton = Vo ( T - ton ) kk

VV

i

o

−=

1

U.L.P.G.C.



• La resistencia serie de la bobina y la carga afectan la ganancia de tensión:

( )( )

VV

kk

k Rk R r

o

i L

=−

⋅

− ⋅

− ⋅ +

1

11

2

2

• Con un máximo de ganancia dado por:

VV

rr Rr

r R

o

i

L

L

L

L

=−

+

⋅+

1

2

• Rizado de corriente:

∆ I VL

t VL

k Tion

i= ⋅ = ⋅ ⋅

• Condición de contorno entre funcionamiento continuo y discontinuo:

Corriente media, considerando que se inyecta en R sólo durante toff.

Imin = 0

( ) ( )I

VR

I tT

I k TT

k T VL

k TT

o off i= = ⋅ = ⋅− ⋅

= ⋅⋅ ⋅

⋅− ⋅∆ ∆

2 21 1

21

• Por tanto, para cualquier valor de R y k, se tiene un modo de funcionamiento con corriente continua de bobina sí:

L R T k> ⋅ ⋅ −12

21( )

U.L.P.G.C.



II.- INTENSIDAD DE BOBINA DISCONTINUA.

• Para un sistema estable la tensión media a lo largo de un ciclo es nula: Vi k T = Vo k1 T

• Relación entre tensiones: Vo / Vi = k / k1

• Eliminando k1 y k con las ecuaciones del rizado de corriente ∆I y la corriente

media de salida Io:

LTRk

VV

i

o

⋅⋅

⋅=2

U.L.P.G.C.



7.3 FILTRO DE SALIDA: • Elección del condensador. La tensión es mantenida por C durante ton:

I C d Vd t

VR

o o= ⋅ =

• Pasando a incrementos:

d Vo ≡ ∆ Vo ; d t ≡ ∆ t ≡ ton ≡ k T

fRk

VV

RTk

VVC

o

o

o

o

⋅⋅

∆=

⋅⋅

∆=


C debe poseer una R.S.E. reducida.

C es inversamente proporcional a “ f ” y al rizado deseado ∆Vo.

C absorbe mucha más corriente de rizado que en el regulador BUCK.

U.L.P.G.C.


8. RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS

Topología Polaridad Vo Valor de Vo Rizado ∆I BUCK Igual Vi < Vi Bajo a la Salida

BOOST Igual Vi > Vi Bajo a la Entrada

BUCK - BOOST Inversa Vi < = > Vi Alto en la Entrada y en la Salida

• Los Reguladores se diseñan para trabajar en Modo Continuo o en Modo

Discontinuo. Es importante que no trabajen fuera de las especificaciones de diseño, pues el control se vuelve ineficaz.

I.- MODO DE FUNCIONAMIENTO CON INTENSIDAD CONTINUA.

• IL nunca se hace nula durante el ciclo de troceado. • El valor de L es elevado. • En los Reguladores BOOST y BUCK - BOOST la corriente de salida

es discontinua. • En el Regulador BUCK la corriente de salida es continua debido a la L

del filtro de salida.

A.- REGULACIÓN EN BUCLE ABIERTO. • Ganancia en continua:

Regulador Vo / Vi

BUCK k

BOOST 1 / ( 1 - k )

BUCK - BOOST k / ( 1 - k )

• Despreciando las pérdidas la Ganancia no depende de la

carga. • La Regulación frente a variaciones de la carga es muy buena. • La Regulación frente a variaciones de la tensión de entrada Vi

es muy mala.

U.L.P.G.C.


RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS

B.- REGULACIÓN EN BUCLE CERRADO.

• El elevado valor de L, junto con C del filtro de salida, conforma un sistema de 2º orden que introduce un retraso en el bucle de regulación.

• La respuesta dinámica es pobre. II.- MODO DE FUNCIONAMIENTO CON INTENSIDAD DISCONTINUA.

• IL se hace nula durante cada ciclo de troceado. • Existen picos de intensidad elevados. • Estos originan sobrecargas en el transistor T, condensador C y bobina

L.

A.- REGULACIÓN EN BUCLE ABIERTO.

• La ganancia de los tres reguladores depende tanto de Vi como de la carga

• La Regulación frente a variaciones de la carga es pobre. • La Regulación frente a variaciones de la tensión de entrada Vi

es pobre. B.- REGULACIÓN EN BUCLE CERRADO.

• La inductancia L empieza cada ciclo sin energía acumulada. • Se puede controlar el nivel de corriente ciclo a ciclo. • L no ejerce influencia sobre las características de control en

bucle cerrado. • El condensador se comporta como un elemento de retardo en

el bucle. • La regulación es estable y buena frente a variaciones tanto de

tensión de entrada como de la carga.

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