Convertidores DC-DC también se conocen como Choppers. Aquí vamos a echar un vistazo a la Bajar el helicóptero o el convertidor Buck que reduce el voltaje de entrada de DC a una salida de DC especificada voltaje.
A continuación se muestra un típico convertidor Buck.
La entrada fuente de tensión está conectado a un dispositivo de estado sólido controlable que funciona como un interruptor. El dispositivo de estado sólido puede ser un Poder MOSFET o IGBT. Los tiristores no se utilizan generalmente para los convertidores DC-DC porque para apagar un tiristor en un circuito DC-DC se requiere otra conmutación que implica el uso de otro Thyristormientras que el Power MOSFET y el IGBT se pueden apagar simplemente haciendo que el voltaje entre los terminales GATE y SOURCE de un Power MOSFET, o, los terminales GATE y COLLECTOR del IGBT vayan a cero.
El segundo interruptor utilizado es un diodo. El interruptor y el diodo están conectados a un filtro LC de paso bajo que está diseñado apropiadamente para reducir la actual y las ondas de voltaje. La carga es una carga puramente resistiva.
La entrada voltaje es constante y la corriente a través de la carga también es constante. La carga puede ser vista como una fuente de corriente.
El interruptor controlado se enciende y se apaga usando la Modulación de Ancho de Pulso (PWM). La PWM puede basarse en el tiempo o en la frecuencia. La modulación basada en la frecuencia tiene desventajas como un amplio rango de frecuencias para lograr el control deseado del interruptor que a su vez dará el voltaje de salida deseado. Esto lleva a un diseño complicado para el filtro LC de paso bajo que se necesitaría para manejar un amplio rango de frecuencias.
La modulación basada en el tiempo se utiliza principalmente para Convertidores DC-DC. Es simple de construir y usar. La frecuencia permanece constante en este tipo de modulación PWM.
El Convertidor de Buck tiene dos modos de funcionamiento. El primer modo es cuando el interruptor está encendido y conduciendo.
Modo I: El interruptor está encendido, el diodo está apagado.
El voltaje a través de la capacitancia en estado estable es igual al voltaje de salida.
Digamos que el interruptor está encendido por un tiempo TEN y está fuera por un tiempo TOFF. Definimos el período de tiempo, T, como y la frecuencia de conmutación,
Definamos ahora otro término, el ciclo de trabajo,
Analicemos el convertidor Buck en funcionamiento de estado estacionario para este modo de uso KVL.
Como el interruptor está cerrado por un tiempo TEN = DT podemos decir que t = DT.
Al realizar el análisis del convertidor Buck, tenemos que tener en cuenta que
- La corriente inductora es continua y esto es posible seleccionando un valor apropiado de L.
- La corriente del inductor en estado estable se eleva desde un valor con una pendiente positiva hasta un valor máximo durante el estado de encendido y luego vuelve a bajar hasta el valor inicial con una pendiente negativa. Por lo tanto, el cambio neto de la corriente del inductor sobre cualquier ciclo completo es cero.
Modo II: El interruptor está apagado, el diodo está encendido
Aquí, la energía almacenada en el inductor se libera y finalmente se disipa en la carga resistenciay esto ayuda a mantener el flujo de actual a través de la carga. Pero para el análisis mantenemos las convenciones originales para analizar el circuito usando KVL.
Analicemos ahora el Convertidor de Buck en operación de estado estable para el Modo II usando KVL.
Ya que el interruptor está abierto por un tiempo podemos decir que t = (1- D)T.
Ya se ha establecido que el cambio neto de la corriente del inductor sobre cualquier ciclo completo es cero.
A continuación se muestra un circuito de un convertidor Buck y sus formas de onda.
El inductanciaL, es 20mH y C es 100F, y la carga resistiva es 5. La frecuencia de conmutación es de 1 kHz. La entrada voltaje es de 100V DC, y el ciclo de trabajo es de 0.5.
Las formas de onda del voltaje son las que se muestran arriba y las formas de onda de la corriente son las que se muestran en la siguiente figura.