Convertidor Reductor-Elevador (Buck-Boost) El convertidor reductor-elevador o también

Convertidor Reductor-Elevador (Buck-Boost)

El convertidor reductor-elevador o también conocido como buck-boost suministra un voltaje de salida que puede ser mayor o menor al de la entrada, asi mismo la polaridad del voltaje de salida es inversa a la del voltaje de entrada.

Convertidor Reductor-Elevador (Buck-Boost) Reductor: Vout < Vin Elevador: Vout > Vin REDUCTOR ELEVADOR Vin Vout V1 V1 = Vin·D ¿Es posible elevar y reducir con un convertidor? Posible solución: conectar un reductor y un elevador en cascada

La tensión de salida con este sistema es: Si D < 0.5 la tensión de salida es menor que la de entada. Si D > 0.5 la tensión de salida es mayor que la de entrada. El convertidor tiene el doble de componentes que los convertidores en los que se basa ¿Es posible obtener el mismo resultado sin aumentar el número de componentes? Inconveniente

El condensador intermedio lo podemos eliminar y unir las dos bobinas. Mismo ciclo de trabajo para los dos convertidores Los dos interruptores se manejan simultáneamente Int. Cerrados Int. Abiertos Vin Vout Vin Vout VL = Vin VL = -Vout Vin Vout VL IL T DT -Vout Vin M1 M1 M2 M2 M1 M2

Durante D, la bobina queda en paralelo con la entrada Durante (1-D), la bobina queda en paralelo con la salida Vin·D = Vout(1-D) Por tanto, para conseguir el mismo comportamiento debemos encontrar un circuito que maneje la bobina de una forma similar: Vin Vout S1 S2 Cerrando S1 ponemos la bobina en paralelo con la entrada Cerrando S2 la ponemos en paralelo con la salida. Para desmagnetizar bobina debemos invertir la tensión de salida - + S1 S2

Un transistor Un diodo Una bobina Un condensador Integración de los dos convertidores en uno sólo La tensión de salida puede ser mayor o menor que la de entrada. La tensión de salida está invertida respecto a la tensión de entrada. Convertidor Reductor-Elevador Vin Vout - + Es necesario invertir la tensión de salida

Relación de transformación en MCC 2 estados de funcionamiento en MCC Carga de la bobina Descarga de la bobina Vin Vout - + Interruptor cerrado Interruptor abierto Vout Vout Vin Vin M1 M1 - +

Formas de onda en MCC Durante D·T Durante (1-D)·T La tensión media en la bobina debe ser nula: VL IL T DT -Vout Vin Vin·D = Vout·(1-D) La tensión de salida está invertida respecto a la de entrada Vin Vout VL=Vin IL Vin Vout VL=-Vout IL

VL IL T DT ILp La corriente de pico es: El valor medio de la corriente ID es la corriente de salida: Por tanto: La corriente está en el límite entre MCC y MCD Dado un valor de Iout, ¿Qué valor de L consigue obtener esta corriente? Límite entre MCC y MCD -Vout Vin Iout ID Se cumple:

Operación en MCD VL IL Hay 3 estados de funcionamiento Durante D·T Durante 2·T Durante (1-D- 2)·T T DT Iout ID Vin Vout IL VL - + Vin Vout IL VL - + Vin Vout VL - + - + iL=0

Cálculo de la relación de transformación En general, cuando un convertidor se descarga pasa a operar en MCD VL IL T DT Vin -Vout ILp 2T En MCD se cumple: Tensión media en L nula: La corriente de pico es: La corriente media de salida es: RL es la carga de salida T DT Iout ID

El ciclo de trabajo depende de la carga cuando el convertidor opera en MCD Operación en MCD 2 4 6 8 10 0 0.5 1 MCC MCD Vin = 12 V Vin = 6 V Vin = 24 V Vout = 12 V L = 5 H f = 100 kHz Corriente (A) D El peor caso se da en condiciones de tensión de entrada máxima Peor caso: Vmax El ciclo de trabajo necesario para obtener una cierta tensión de salida depende de la carga RL y del valor de L RL: Carga del convertidor

Operación en MCD 2 4 6 8 10 0 0.2 0.4 0.6 Corriente de salida (A) D Vin = 12 V Vout = 12 V L = 5 H L = 10 H L = 2.5 H Si L es grande, el convertidor trabajará en MCC hasta cargas bajas Si L es pequeña, el convertidor trabajará casi todo el tiempo en MCD En MCD, D también depende del valor de L

Cálculo del condensador -Vout Vin Carga Descarga VL ID VC Vout T DT El rizado pico-pico en el condensador será: Formas de onda Conocido el valor de L y tomando como dato Vout podemos calcular C Iout En régimen permanente: Carga = Descarga En este caso resulta más fácil basarse en la descarga (área amarilla): Q

Esfuerzos en los semiconductores Convertidor Reductor-Elevador en MCC Vin Vout VM VD VMmax = Vin+Vout VDmax = Vin+Vout IL T DT VM VD IM ID ILp ILp ILp Iout Vin+Vout Vin+Vout

Esfuerzos en los semiconductores Convertidor Reductor-Elevador en MCD Vin Vout VM VD VMmax = Vin+Vout VDmax = Vin+Vout VM VD IL T DT ILp Iout 2T Vin Vout IM ID ILp ILp Vin+Vout Vin+Vout

RESUMEN El convertidor REDUCTOR-ELEVADOR Vout>Vin > Vout Cálculo de bobina y condensador Aplicaciones Vin Vout - +

COMPARACIÓN DE TOPOLOGÍAS La elección de una topología u otra va mucho más allá de una simple cuestión de magnitudes de tensión de entrada y de tensión de salida. Los convertidores tienen comportamientos reales distintos: unos son más robustos, otros tienen mejor rendimiento, son más sencillos de construir, etc. Reductor Elevador Reductor-Elevador VMOSFET IPMOS VDIODO IPDIODO Vin Vin Vout Vout Vin+Vout Vin+Vout I0 I0 I0/(1-D) I0/(1-D) I0/(1-D) I0/(1-D) El rizado de corriente se ha supuesto nulo.

Ejemplo de comparación: Especificaciones: Vin = 48 V Vout = 12 V Pmax = 100 W L = 50 H V0 = 2% Reductor Reductor-Elevador VMOSFET IPico VDIODO iL C 48 V 48 V 60 V 60 V 10.1 A 12.2 A 3.6 A 7.7 A 9.4 F 277 F Especificaciones: Vin = 12 V Vout = 48 V Pmax = 100 W L = 50 H V0 = 2% Elevador Reductor-Elevador VMOSFET IPico VDIODO iL C 48 V 48 V 60 V 60 V 9.2 A 11.4 A 1.8 A 1.9 A 16.2 F 17.3 F

Fuente : Universidad de Oviedo

Lecturas http://www.eecs.mit.edu/spotlights/images/Main_dc-dc.pdf http://www.eecs.mit.edu/spotlights/images/Main_TRAN08_IEEEtran.pdf Four Switch Buck-Boost Converter for Photovoltaic DC-DC power applications http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5674983

APLICACION2 APLICACIONES APLICACION1 http://www.youtube.com/watch?v=FNUqA0TRyys&feature=related http://www.national.com/pf/LM/LM3668.html#Overview