El convertidor reductor-elevador o también conocido como buck-boost sumistra un voltaje de salida que puede ser mayor o menor al de la entrada, asi mismo la polaridad del voltaje de salida es versa a la del voltaje de entrada.
Convertidor Reductor-Elevador (Buck-Boost) Reductor: < Elevador: > Es posible elevar y reducir con un convertidor? Posible solución: conectar un reductor y un elevador en cascada 1 REUCOR 1 = ELEAOR 1 1 1 1
La tensión de salida con este sistema es: 1 Si < 0.5 la tensión de salida es menor que la de entada. Si > 0.5 la tensión de salida es mayor que la de entrada. Inconveniente El convertidor tiene el doble de componentes que los convertidores en los que se basa Es posible obtener el mismo resultado s aumentar el número de componentes?
El condensador termedio lo podemos elimar y unir las dos bobas. M 1 M 2 Mismo ciclo de trabajo para los dos convertidores Los dos terruptores se manejan simultáneamente Int. Cerrados L L = M 1 M 2 - Int. Abiertos L = - I L M 1 M 2
urante, la boba queda en paralelo con la entrada urante (1-), la boba queda en paralelo con la salida = (1-) 1 Por tanto, para conseguir el mismo comportamiento debemos encontrar un circuito que maneje la boba de una forma similar: S 1 S 2 Cerrando S 1 ponemos la boba en paralelo con la entrada Cerrando S 2 la ponemos en paralelo con la salida. Para desmagnetizar boba debemos vertir la tensión de salida S 1 S 2 - +
Un transistor Un diodo Una boba Un condensador Convertidor Reductor-Elevador - + Integración de los dos convertidores en uno sólo Es necesario vertir la tensión de salida La tensión de salida puede ser mayor o menor que la de entrada. La tensión de salida está vertida respecto a la tensión de entrada.
Relación de transformación en MCC - + 2 estados de funcionamiento en MCC 1 M 1 Interruptor cerrado Carga de la boba 2 Interruptor abierto M 1 - + escarga de la boba
Formas de onda en MCC urante L = L I L urante (1-) I L - L =- I L La tensión media en la boba debe ser nula: = (1-) 1 La tensión de salida está vertida respecto a la de entrada
Límite entre MCC y MC La corriente está en el límite entre MCC y MC ado un valor de I, Qué valor de L consigue obtener esta corriente? La corriente de pico es: L I Lp 1 L El valor medio de la corriente I es la corriente de salida: - _ 1 1 I i ILp (1 ) 1 2 2L I L I Lp Se cumple: 1 I I Por tanto: L LIM 2 I 1 2
Operación en MC Hay 3 estados de funcionamiento urante I L + - L L urante 2 + - I L I L - L 2 urante (1-- 2) I + - + - I L i L =0
Cálculo de la relación de transformación En general, cuando un convertidor se descarga pasa a operar en MC En MC se cumple: ensión media en L nula: 2 L La corriente de pico es: I Lp 1 L I L - I Lp La corriente media de salida es: 1 I I Lp 2 I 2 R L I 2 I 2L R L R L es la carga de salida
Operación en MC El ciclo de trabajo necesario para obtener una cierta tensión de salida depende de la carga R L y del valor de L El peor caso se da en condiciones de tensión de entrada máxima L = 5 H f = 100 khz 1 MC MCC = 12 = 6 0.5 = 12 = 24 0 2 4 6 8 10 Corriente (A) Peor caso: max El ciclo de trabajo depende de la carga cuando el convertidor opera en MC 2L R L R L : Carga del convertidor
Operación en MC En MC, también depende del valor de L Si L es grande, el convertidor trabajará en MCC hasta cargas bajas Si L es pequeña, el convertidor trabajará casi todo el tiempo en MC 0.6 = 12 0.4 0.2 0 L = 10 H L = 5 H L = 2.5 H 2 4 6 8 10 Corriente de salida (A) = 12 2L R L
Cálculo del condensador Formas de onda El rizado pico-pico en el condensador será: L Q C En régimen permanente: Carga = escarga I Q - I En este caso resulta más fácil basarse en la descarga (área amarilla): C Q C 1 C I C 1 I escarga Carga Conocido el valor de L y tomando como dato podemos calcular C
Esfuerzos en los semiconductores Convertidor Reductor-Elevador en MCC I L I Lp M M + I M I Lp + Mmax = + I I I Lp max = +
Esfuerzos en los semiconductores Convertidor Reductor-Elevador en MC I L I Lp M M + I M I Lp + Mmax = + I I Lp I max = + 2
RESUMEN El convertidor REUCOR-ELEAOR > > ensión de salida vertida 2 modos de funcionamiento - + MCC MC i L i L 1 2L R L Independiente de la carga alores de L altos Corrientes pequeñas Mmax = epende de la carga alores de L bajos Corrientes elevadas Mmax = max = max = Cálculo de boba y condensador Aplicaciones
COMPARACIÓN E OPOLOGÍAS 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 disttos: unos son más robustos, otros tienen mejor rendimiento, son más sencillos de construir, etc. Reductor Elevador Reductor- Elevador MOSFE + I PMOS I 0 I 0 /(1-) I 0 /(1-) IOO + I PIOO I 0 I 0 /(1-) I 0 /(1-) El rizado de corriente se ha supuesto nulo.
Ejemplo de comparación: Especificaciones: = 48 = 12 P max = 100 W L = 50 H 0 = 2% MOSFE IOO I Pico i L C Reductor 48 48 10.1 A 3.6 A 9.4 F Reductor- Elevador 60 60 12.2 A 7.7 A 277 F Especificaciones: = 12 P max = 100 W 0 = 2% = 48 L = 50 H MOSFE IOO I Pico i L C Elevador 48 48 9.2 A 1.8 A 16.2 F Reductor- Elevador 60 60 11.4 A 1.9 A 17.3 F
Fuente : Universidad de Oviedo
Lecturas http://www.eecs.mit.edu/spotlights/images/ma_dc-dc.pdf http://www.eecs.mit.edu/spotlights/images/ma_ran08_ieeetran.pdf Four Switch Buck-Boost Converter for Photovoltaic C-C power applications http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=5674983
APLICACIONES APLICACION1 APLICACION2 http://www.yube.com/watch?v=fnuqa0ryys&feature=related http://www.national.com/pf/lm/lm3668.html#overview