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Electrónica dePotencia
Fuentes de Poder · Edición técnica

Convertidor Push-Pull

David Topete · Edición original: 2004 · Revisión: 2026

Características

El convertidor Push-Pull se parece bastante al Forward en su etapa de entrada, solo que en lugar del diodo de reposición utiliza un segundo transistor. Los dos transistores están referenciados a tierra, sus esfuerzos de voltaje son del doble del voltaje de entrada y requiere una temporización precisa para evitar la saturación del núcleo. La figura 1 muestra el circuito eléctrico de este convertidor.

Figura 1
Figura 1
Convertidor Push-Pull, circuito eléctrico.

En esta topología los transistores Q1 y Q2 trabajan desfasados 180°, cada uno con un ciclo de trabajo menor al 50 %, y los devanados son simétricos: LP1 = LP2 y LS1 = LS2.

Estados de Conmutación

Para comprender mejor el funcionamiento de este circuito, a continuación se muestran los cuatro casos de operación de los transistores. La figura 2 muestra el caso de Q1 encendido y Q2 apagado: la corriente fluye de la derivación central a través de LP1 y Q1, el extremo con punto de LS1 se vuelve positivo y Dfw1 conduce toda la corriente del inductor de salida, mientras Dfw2 queda polarizado inversamente.

Figura 2
Figura 2
Tiempo de encendido de Q1 (Q2 apagado).

Cuando Q1 se apaga y Q2 sigue apagado (figura 3), los diodos de salida conducen la corriente del inductor de salida, 50 % cada uno, por la acción del propio inductor. Ambos diodos funcionan como diodos de circulación libre.

Figura 3
Figura 3
Tiempo de apagado de Q1 (Q2 apagado).

Durante el encendido de Q2 con Q1 apagado (figura 4), la corriente circula por LP2 en sentido opuesto, de modo que el flujo del transformador se mueve en la dirección contraria y el núcleo se desmagnetiza. Esta es la razón por la que esta topología utiliza el transformador más eficientemente que el convertidor Forward: el núcleo trabaja en los dos sentidos de su lazo de histéresis. Ahora conduce Dfw2.

Figura 4
Figura 4
Tiempo de encendido de Q2 (Q1 apagado).

El último caso es el tiempo de apagado de Q2 con Q1 apagado (figura 5). Los diodos de salida conducen por la acción del inductor de salida y ambos funcionan como diodos de circulación libre, ya que se encuentran polarizados directamente.

Figura 5
Figura 5
Tiempo de apagado de Q2 (Q1 apagado).

Formas de Onda

La figura 6 muestra las formas de onda que se generan en los distintos casos de conmutación. Note que el inductor de salida recibe dos pulsos por periodo, uno por cada transistor, por lo que el rizado de salida tiene el doble de la frecuencia de conmutación. Durante los tiempos muertos, cuando ningún transistor conduce, cada diodo lleva la mitad de la corriente de salida.

Figura 6
Figura 6
Formas de onda del convertidor Push-Pull: señales de compuerta de Q1 y Q2, corriente del primario, corriente del inductor de salida y corrientes de los diodos de salida.

Ecuaciones de Diseño

Vo = 2 · Vin · (Ns/Np) · D, con D < 0.5 para cada transistor(1)
VCE(máx) = 2 · Vin + pico de dispersión(2)

Aquí D es la fracción del periodo Ts en que conduce cada transistor, y Np y Ns son las vueltas de cada mitad del primario y del secundario. El filtro de salida se dimensiona como el de un Buck, pero a la frecuencia 2 · fs.

Si los dos transistores no aplican exactamente los mismos volt-segundos (por diferencias en sus tiempos de conmutación o en sus caídas de voltaje), el núcleo acumula un desbalance de flujo en cada ciclo, “camina” hacia la saturación (flux walking) y los transistores pueden destruirse. Por eso se requiere una temporización precisa y es común usar control en modo corriente, que corrige el desbalance ciclo a ciclo. Como el transistor soporta 2 · Vin, el Push-Pull se prefiere con voltajes de entrada bajos, como baterías de 12, 24 o 48 V.

Ejemplo 1 · Push-Pull de 48 V a 5 V
Con D = 0.4: Ns/Np = 5 / (2 · 48 · 0.4) = 0.130 → Np : Ns ≈ 7.7 : 1
VCE(máx) = 2 · 48 = 96 V, más el pico de dispersión → transistores de 150 V
Con fs = 100 kHz, el filtro de salida trabaja a 200 kHz
Consideraciones Prácticas
  • Deja un tiempo muerto entre la conducción de Q1 y Q2: si ambos conducen a la vez, el primario queda en cortocircuito.
  • Las dos mitades del primario deben estar bien acopladas (devanado bifilar); la inductancia de dispersión entre ellas produce picos de voltaje en los transistores.
  • El control en modo corriente limita el pico de corriente de cada pulso y es la protección más efectiva contra el desbalance de flujo.

Resumen

  • El Push-Pull usa dos transistores en contrafase sobre un primario con derivación central: Vo = 2 · Vin · (Ns/Np) · D.
  • Aprovecha el núcleo en los dos sentidos del lazo B-H y duplica la frecuencia del rizado de salida.
  • Los transistores soportan 2 · Vin, por lo que conviene con voltajes de entrada bajos.
  • Requiere simetría y temporización precisa para evitar el desbalance de flujo.

Referencias

  1. Pressman, A. I., Billings, K., y Morey, T. Switching Power Supply Design, 3.ª ed. McGraw-Hill, 2009. Cap. 2 (Push-Pull).
  2. Erickson, R. W., y Maksimović, D. Fundamentals of Power Electronics, 3.ª ed. Springer, 2020. Cap. 6.
  3. Billings, K., y Morey, T. Switchmode Power Supply Handbook, 3.ª ed. McGraw-Hill, 2011.

Figuras 1 a 6: originales del autor (2004).

Contenido original de David Topete (2004). Revisión y ampliación asistidas con IA (2026).