Miércoles, 19 Julio 2017 18:38

Convertidor Reductor (Buck)

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Las principales características de este convertidor es que el transistor que funciona como switch no está referenciado a tierra, la tensión de salida y la tensión de entrada tienen la misma referencia y la corriente de entrada es pulsante.

Este regulador convierte una entrada de voltaje en un voltaje de salida más bajo, la figura 1 muestra el circuito eléctrico.

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Fig 1. Convertidor Buck, Circuito Eléctrico.

 

Para entender bien el comportamiento de este convertidor considere primeramente el caso cuando el interruptor Q esta encendido, en ese instante Vin es quien provee voltaje para C y R ya que el diodo D en ese instante es un circuito abierto, siguiente caso a considerar es cuando el interruptor Q se encuentra abierto, en ese instante la bobina se descarga a través de la polarización directa del D y es la bobina quien provee el voltaje para C y R, la figura 2 muestra estos dos comportamientos.

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Fig 2. Circuitos Equivalentes del convertidor “Buck”.

 

La figura 4 muestra un esquemático de un amplificador Buck con su control PWM, el transistor Q funcionando como un interruptor de un solo polo, está en serie con el voltaje de entrada Vin, Q se cierra (cae en saturación) durante el tiempo Ton del periodo T (ver formas de onda en la figura 4) cuando esta encendido el voltaje V1 es Vin (asumiendo por ahora que el voltaje de saturación de Q es igual a cero). Cuando Q se abre (cae en corte) el voltaje V1 cae muy rápidamente a tierra y pasaría a ser peligrosamente negativo si no fuera “agarrado” y mantenido a tierra por el llamado “diodo de volanta” (“free-wheeling diode”), que se encuentra polarizado directamente, y asumiendo que la caída en el diodo es cero.

Entonces el voltaje en V1  es rectangular variando entre Vin y tierra. Con un valor de DC durante Ton, el valor promedio o DC de este voltaje es Vin * (Ton/T). El filtro LC es añadido en serie entre V1 y Vo para dar un voltaje DC sin rizado, cuya magnitud es Vin*(Ton/T).

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Fig 3 Regulador Buck con su control PWM.

 

Ahora Vo es sensado por medio de los resistores R1 y R2 y comparado con un voltaje de referencia Vref en el amplificador de error (AE). El voltaje de  DC de error es amplificado, y es alimentado a un modulador de ancho de pulso (PWM, Pulde Width Modulator). Otra entrada del PWM es una rampa con periodo T y usualmente 3 Volts de amplitud (Vt). El comparador del PWM genera una onda cuadrada Vwm, que está a nivel alto cuando comienza la rampa y termina en el momento en el que el triángulo de la rampa cruza el nivel de DC del voltaje del amplificador de error. De esta manera el ancho de pulso Ton del PWM es proporcional al nivel DC del voltaje de la salida del amplificador de error.

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La salida del PWM es alimentada a un amplificador de corriente y usada para controlar el tiempo de encendido del transistor interruptor Q en un lazo de retroalimentación negativa. Las fases están establecidas de manera que si Vo sube un poco el nivel DC del AE baja más cerca del comienzo de la rampa, la rampa cruza el nivel del AE más temprano en tiempo y el tiempo de encendido de Q disminuye, haciendo que Vo = Vin*(Ton/T) baje.

De la misma manera si Vo baja debido a una baja en el voltaje de entrada o un aumento en la corriente de carga, Ton aumenta para mantener Vo constante. El tiempo de encendido de Q (Ton) es controlado para mantener el voltaje de salida muestreado Vo*R2/(R1+R2) siempre igual al voltaje de referencia Vref.

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