Introduccin al convertidor Buck1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Resumen El convertidor Buck El inductor El capacitor El diodo El dispositivo de conmutacin Ejemplo y simulacin del convertidor Conclusiones Bibliografa y notas utilizadas

RESUMEN.El presente artculo describe e intenta mostrar la metodologa bsica para realizar el diseo de un convertidor Buck basado en un conjunto deecuaciones que permiten realizar dicha labor, logrando de esta forma que el lector disponga de una herramienta til para el diseo de fuentes DC reguladas. De modo a comprobar el funcionamiento terico del convertidor, se hace empleo del programa de simulacin PSIM. El alcance del presente llega solo hasta la simulacin. Palabras Clave: Convertidor DC/DC, Convertidor Buck, Electrnica de Potencia.

1. INTRODUCCIN.Los convertidores reductores (Buck o step down) son parte integral de muchos equipos electrnicos actuales. Estos permiten reducir un voltaje continuo (generalmente no regulado) a otro de menor magnitud (regulado). Bsicamente estn formados por una fuente DC, un dispositivo de conmutacin y un filtro pasabajos que alimentan a una determinada carga. Hay dos diseos bsicos para los reguladores: regulador lineal y regulador conmutado. El funcionamiento del primero es similar a una resistenciavariable que mantiene el voltaje de carga constante gracias a la realimentacin proveniente de carga. En un regulador conmutado se emplean principalmente elementos de conmutacin e inductores para lograr obtener el voltaje de carga deseado. Los convertidores tipo Buck a diferencia de los lineales tienen problemas de generacin de Interferencia Electromagntica pero ofrecen una elevada eficiencia en la mayora de los casos. Si bien hoy en da es posible encontrar diversas variantes y topologas, se pretende cubrir la poca informacin inherente al tema a travs de ladescripcin breve del funcionamiento y los parmetros de diseo de un convertidor Buck con una frecuencia de conmutacin fija, modulacin por ancho de pulso y la operacin en modo continuo.

2. EL CONVERTIDOR BUCK.El circuito que define a este convertidor se muestra en la fig.1, en el cual se puede ver la presencia del dispositivo de conmutacin S, un diodo D, un inductor L, un capacitor C y la

carga a alimentar R. El circuito de la fig. 2 muestra la forma como se producen los pulsos que se aplican a la base o gate del dispositivo de conmutacin; esta claro que se comparan dos seales una seal triangular (portadora) y una seal de referencia que representa el voltaje deseado en la salida del convertidor. Ambas seales se introducen a un comparador, el cual emitir un voltaje en la salida toda vez que la seal de la portadora sea de menor magnitud al de la seal de referencia.

Fig.1. El convertidor Back

Fig. 2. Generacin de pulsos de disparo Se dice que el convertidor Buck trabaja en modo continuo, si la corriente que atraviesa el inductor nunca llega a cero; de otro modo se dice que trabaja en modo discontinuo. El periodo de conmutacin T consta de un subperiodo de encendido ton y uno de apagado toff (fig.4). El ciclo de servicio D se define como la relacin entre el periodo de encendido y el periodo de conmutacin.

El funcionamiento del convertidor implica dos estados: un estado ON en el cual el dispositivo de conmutacin permite la circulacin de corriente, transmitiendo la tensin de entrada a un extremo del inductor y un estado OFF en el cual dicho dispositivo se comporta como un circuito abierto aislando la tensin de entrada. La fig. 3 muestra dichos estados. De modo a simplificar el anlisis se asumir que todos los dispositivos semiconductores son ideales y que el convertidor esta trabajando en modo continuo.

Fig.3. Estados del dispositivo de conmutacin Para un modo de conduccin continuo, la corriente ideal que circulara por el inductor se muestra en la fig. 4.

Fig. 4. Corriente en el inductor En estado ON, la tensin de la fuente es aplicada directamente al diodo en polarizacin inversa, la corriente que atraviesa el inductor crece linealmente y puede calcularse mediante:

para un estado OFF, la tensin de la fuente es desconectada y la carga es alimentada desde la inductancia quien cambia de polaridad permitiendo que el diodo quede polarizado directamente y la variacin de corriente para el circuito en OFF ser:

Si el convertidor opera en rgimen estable y considerando un ciclo completo de conmutacin, la energa almacenada al principio y al final de dicho ciclo es la misma; por lo tanto la corriente al principio y final del ciclo tambin es la misma, con lo cual:

es decir:

simplificando:

Puesto que 0