Convertidor Buck-Boost: ¿Qué es? (Fórmula y diagrama de circuito)

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Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

¿Qué es un convertidor Buck Boost?

El convertidor reductor-elevador es un tipo de convertidor de CC a CC (también conocido como chopper ) que tiene una magnitud de voltaje de salida que es mayor o menor que la magnitud de voltaje de entrada. Se utiliza para «aumentar» el voltaje de CC , similar a un transformador para circuitos de CA.

Es equivalente a un convertidor flyback que usa un solo inductor en lugar de un transformador. Dos topologías diferentes se denominan convertidor reductor-elevador.

Los convertidores DC-DC también se conocen como choppers . Aquí veremos el convertidor Buck Boost que puede funcionar como un convertidor reductor CC-CC o un convertidor elevador CC-CC dependiendo del ciclo de trabajo, D.

A continuación se muestra un convertidor Buck-Boost típico.
convertidor de impulso de dólar
La fuente de voltaje de entrada está conectada a un dispositivo de estado sólido. El segundo interruptor utilizado es un diodo . El diodo está conectado, en sentido inverso a la dirección del flujo de energía desde la fuente, a un capacitor y la carga y los dos están conectados en paralelo como se muestra en la figura anterior.

El interruptor controlado se enciende y apaga mediante la modulación de ancho de pulso (PWM). PWM puede basarse en el tiempo o en la frecuencia.

La modulación basada en frecuencia tiene desventajas como una amplia gama de frecuencias para lograr el control deseado del interruptor que a su vez dará el voltaje de salida deseado .

La modulación basada en el tiempo se utiliza principalmente para convertidores CC-CC . Es simple de construir y usar.

La frecuencia permanece constante en este tipo de modulación PWM. El convertidor Buck Boost tiene dos modos de funcionamiento. El primer modo es cuando el interruptor está encendido y en conducción.

Modo I: el interruptor está ENCENDIDO, el diodo está APAGADO
convertidor de impulso de dólar
El interruptor está ENCENDIDO y, por lo tanto, representa un cortocircuito que idealmente ofrece una resistencia cero al flujo de corriente, por lo que cuando el interruptor está ENCENDIDO, toda la corriente fluirá a través del interruptor y el inductor y regresará al Fuente de entrada DC.

El inductor almacena carga durante el tiempo que el interruptor está encendido y cuando el interruptor de estado sólido está apagado, la polaridad del inductor se invierte para que la corriente fluya a través de la carga, a través del diodo y de regreso al inductor. Entonces, la dirección de la corriente a través del inductor sigue siendo la misma.

Digamos que el interruptor está encendido durante un tiempo T ON y apagado durante un tiempo T OFF . Definimos el período de tiempo, T, as y la frecuencia de conmutación

. Definamos ahora otro término, el ciclo de trabajo.
Analicemos el convertidor Buck Boost en funcionamiento en régimen permanente para este modo utilizando KVL .

Dado que el interruptor está cerrado durante un tiempo T ON = DT, podemos decir que Δt = DT.

Al realizar el análisis del convertidor Buck-Boost debemos tener en cuenta que

  1. La corriente del inductor es continua y esto es posible seleccionando un valor apropiado de L.
  2. La corriente del inductor en estado estable aumenta desde un valor con una pendiente positiva hasta un valor máximo durante el estado ON y luego vuelve a bajar al valor inicial con una pendiente negativa. Por lo tanto, el cambio neto de la corriente del inductor durante cualquier ciclo completo es cero.

Modo II: el interruptor está APAGADO, el diodo está ENCENDIDO
convertidor de impulso de dólar
En este modo, la polaridad del inductor se invierte y la energía almacenada en el inductor se libera y finalmente se disipa en la resistencia de carga y esto ayuda a mantener el flujo de corriente en la misma dirección a través de la carga y también aumentar el voltaje de salida, ya que el inductor ahora también actúa como una fuente junto con la fuente de entrada. Pero para el análisis mantenemos las convenciones originales para analizar el circuito usando KVL.

Analicemos ahora el convertidor Buck Boost en funcionamiento de estado estable para el Modo II usando KVL .

Dado que el interruptor está abierto por un tiempo , podemos decir eso .

Ya está establecido que el cambio neto de la corriente del inductor durante cualquier ciclo completo es cero.

Sabemos que D varía entre 0 y 1. Si D> 0.5, el voltaje de salida es mayor que el de entrada; y si D <0.5, la salida es menor que la entrada. Pero si D = 0.5, el voltaje de salida es igual al voltaje de entrada .

A continuación se muestra un circuito de un convertidor Buck-Boost y sus formas de onda.

circuito del convertidor Buck-Boost

La inductancia , L, es 50 mH, la C es 100 µF y la carga resistiva es 50 Ω. La frecuencia de conmutación es de 1 kHz. La tensión de entrada es de 100 V CC y el ciclo de trabajo es de 0,5.

formas de onda de voltaje del convertidor Buck-Boost
Las formas de onda de voltaje son como se muestran arriba y las formas de onda de corriente son como se muestra en la figura a continuación.
formas de onda de corriente del convertidor Buck-Boost

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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