Principio de Funcionamiento convertidor buck-Boost

Luis Felipe Atehortua, Jhon Fredy Arismendy, Juan Fernando Rojas.

El convertidor Buck-Boost (reductor-elevador), es un convertidor DC/DC inversor de tensión. El convertidor permite reducir y elevar tensión DC. La figura 1 ilustra el modelo básico del convertidor DC/DC reductor elevador. El circuito del convertidor DC/DC está compuesto por: una bobina (L) elemento de almacenamiento de energía, un capacitor (C), una carga (R) y dos interruptores de potencia los cuales son, un transistor IGBT (Q) y un diodo (D) de alta velocidad con el fin de evitar fallas por frecuencias de conmutación.

Figura 1. Topología de convertidor en visio.

El convertidor Buck-Boost cuenta con tres estados de acuerdo a las posiciones de los interruptores (Q) y (D). La figura 2 ilustra los tres estados de los cuales uno es discontinuo y dos serán continuos. El análisis será realizado para la topología continua. Para esta topología, la corriente a través el inductor L nunca cae hasta cero durante un ciclo de conmutación. La figura 2.a ilustra el circuito equivalente cuando el interruptor (Q) esta cerrado y el interruptor (D) abierto. El estado (Q)

cerrado tendrá un tiempo de conmutación (0≤ t ≤ ton). La figura 2.b ilustra el circuito equivalente

cuando el interruptor (Q) está abierto y el interruptor (D) está cerrado. El estado (Q) abierto

tendrá un tiempo de conmutación (t on≤ t ≤ t s).

ESTADO TRANSISTOR (Q) CERRADO.

Para (0≤ t ≤ ton) el transistor conduce en cada periodo mientras que el diodo se polariza inversamente y se abre En este estado, la bobina queda en paralelo con la fuente de entrada almacenando energía en forma de campo magnético. En este estado de operación la corriente en la bobina crece mientras que el condensador le suministra su energía a la carga. La energía se acumula en el inductor en forma de campo magnético y se va cargando. A su vez, el condensador tiene almacenada energía en forma de campo eléctrico y alimenta continuamente a la carga. La polaridad del capacitor y de la carga de salida es contraria a la de la fuente.

ESTADO TRANSISTOR (Q) ABIERTO.

Cuando el interruptor (Q) se encuentra abierto (figura 2b), la bobina cambia su polaridad debido al cambio en el flujo magnético interior e impide un cambio brusco en la corriente. En este estado la bobina queda en paralelo con el condensador. El diodo se polariza en directa y la energía almacenada en la bobina es transferida al condensador y a la carga.

Las formas de onda de la corriente y el voltaje en un convertidor ideal pueden observarse en al Figura ¿??.

FUNCION DE TRANSFERENCIA-COMPORTAMIENTO COMO ELEVADOR O REDUCTOR.

El circuito se comportara como elevador o reductor según la necesidad. El parámetro que se debe ajustar para el diseño se deduce de su función de transferencia definida en la ecuación 1. El duty (k ) en la ecuación 2 es el tiempo que el inductor se carga sobre el periodo total de trabajo o ciclo

del circuito. Entonces podemos afirmar que para elevar tensión tenemos que aumentar el t on , y

para reducir tensión debemos reducir el valor de t on.