Introducción al convertidor Buck

1. Resumen
3. El convertidor
   Buck
4. El
   inductor
5. El
   capacitor
6. El
   diodo
7. El
   dispositivo de conmutación
8. Ejemplo y
   simulación del convertidor
9. Conclusiones
10. Bibliografía y
    notas utilizadas

RESUMEN.

El presente artículo describe e intenta mostrar
la metodología básica para realizar el
diseño
de un convertidor Buck basado en un conjunto de ecuaciones que
permiten realizar dicha labor, logrando de esta forma que el
lector disponga de una herramienta útil para el
diseño de fuentes DC
reguladas. De modo a comprobar el funcionamiento teórico
del convertidor, se hace empleo del
programa de
simulación PSIM. El alcance del presente
llega solo hasta la simulación.

Palabras Clave: Convertidor DC/DC, Convertidor
Buck, Electrónica de Potencia.

1.
INTRODUCCIÓN.

Los convertidores reductores (Buck o step down) son
parte integral de muchos equipos electrónicos actuales.
Estos permiten reducir un voltaje continuo (generalmente no
regulado) a otro de menor magnitud (regulado). Básicamente
están formados por una fuente DC, un dispositivo de
conmutación y un filtro pasabajos que alimentan a una
determinada carga.

Hay dos diseños básicos para los
reguladores: regulador lineal y regulador conmutado. El
funcionamiento del primero es similar a una resistencia
variable que mantiene el voltaje de carga constante gracias a la
realimentación proveniente de carga. En un regulador
conmutado se emplean principalmente elementos de
conmutación e inductores para lograr obtener el voltaje de
carga deseado. Los convertidores tipo Buck a diferencia de los
lineales tienen problemas de
generación de Interferencia Electromagnética pero
ofrecen una elevada eficiencia en la
mayoría de los casos.

Si bien hoy en día es posible encontrar diversas
variantes y topologías, se pretende cubrir la poca
información inherente al tema a
través de la descripción breve del funcionamiento y los
parámetros de diseño de un convertidor Buck con una
frecuencia de conmutación fija, modulación
por ancho de pulso y la operación 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
conmutación 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 conmutación; esta claro que se comparan dos
señales
una señal triangular (portadora) y una señal de
referencia que representa el voltaje deseado en la salida del
convertidor. Ambas señales se introducen a un comparador,
el cual emitirá un voltaje en la salida toda vez que la
señal de la portadora sea de menor magnitud al de la
señal de referencia.

Fig.1. El convertidor
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Fig. 2. Generación 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 conmutación T consta de un
subperiodo de encendido ton y uno de apagado
toff (fig.4). El ciclo de servicio D se
define como la relación entre el periodo de encendido y el
periodo de conmutación.

El funcionamiento del convertidor implica dos estados:
un estado ON en
el cual el dispositivo de conmutación permite la
circulación de corriente, transmitiendo la tensión
de entrada a un extremo del inductor y un estado OFF en el cual
dicho dispositivo se comporta como un circuito abierto aislando
la tensión de entrada. La fig. 3 muestra dichos
estados.

De modo a simplificar el análisis se asumirá que todos los
dispositivos semiconductores
son ideales y que el convertidor esta trabajando en modo
continuo.