Electrónica de potencia

UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO:

DIVISIÓN ACADÉMICA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

Licenciatura:

Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Asignatura:

Electrónica de potencia

Profesor:

José Armando Olmos López

Alumno:

Cristian Olan De la cruz 192D24018

Práctica:

Convertidor Reductor Buck

Fecha:

14/03/2023

Cunduacán, Tab.

Tabla de contenido

1.        INTRODUCCIÓN        3

2.        OBJETIVO        3

3.        MARCO TEÓRICO        4

4.        DESARROLLO        10

5.        RESULTADOS DE SIMULACION        12

1. INTRODUCCIÓN

El convertidor buck es un dispositivo de control de potencia eléctrica que reduce la tensión de entrada para producir una tensión de salida deseada. Esto se logra a través de un mecanismo de control de carga que ajusta el nivel de corriente para mantener la salida en un nivel deseado. Esto permite al convertidor buck controlar la cantidad de energía que se entrega a un circuito sin necesidad de una fuente de alimentación externa.

El convertidor buck se usa en una variedad de aplicaciones, desde la regulación de la tensión en un circuito hasta la protección de los componentes de un circuito. Esto hace que el convertidor buck sea una herramienta esencial para los diseñadores de circuitos electrónicos. El convertidor buck es un dispositivo versátil que puede ser utilizado para aplicaciones como la regulación de la tensión, la protección de los componentes del circuito y la reducción de la potencia de salida.

1. OBJETIVO

Diseñar e implementar un convertidor conmutado CC/CC reductor haciendo uso de la teoría impartida en el aula de estudio, para obtener niveles de voltaje con una única salida programable de 48 V constantes, para una entrada de voltaje de 120 V, con una corriente de salida de 1 Amp lo cual nos daría una potencia de salida de 200 W.

1. MARCO TEÓRICO

Un convertidor buck funciona mediante la conversión de la energía de entrada a una tensión de salida más baja. Esto se logra mediante el uso de un circuito de control para controlar la cantidad de energía que se transfiere de la entrada a la salida.

El funcionamiento del convertidor Buck es sencillo, consta de un inductor controlado por dos dispositivos semiconductores (un diodo y un conmutador) los cuales alternan la conexión del inductor bien a la fuente de alimentación o bien a la carga.

El circuito que define a este convertidor se muestra en la figura 1, donde 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, así como la fuente de alimentación DC (corriente directa).[pic 1]

Mientras el interruptor está cerrado, el diodo queda inversamente polarizado y circula corriente  por  la  bobina.  En  esta  situación  se  transfiere  potencia  de  la  entrada  a  la salida. Por el contrario, cuando el interruptor está abierto, el diodo queda polarizado en directa y la corriente como consecuencia de la energía almacenada en la bobina pasa por el diodo cediendo parte de esta energía almacenada a la carga

El convertidor buck requiere de una señal cuadrada con tiempo de encendido Ton  y tiempo de apagado Toff  donde la apertura y cierre del interruptor está dada por el ciclo de trabajo D y el periodo T para ello hacemos uso de la siguiente expresión:

Para el ciclo de trabajo tenemos la expresión:

Haciendo uso del ciclo de trabajo para el cálculo del tiempo de encendido:

Obtenido el tiempo de encendido determinamos el tiempo de apagado:

Para el diseño y selección de los componentes de nuestro convertidor hacemos uso de las ecuaciones obtenidas en el estudio teórico.

Datos a utilizar:

• Vin        Voltaje de entrada  en volts.
• V0         Voltaje de salida  en volts.
• I0               Corriente de salida en amp.
• IMosfet     Corriente del Mosfet  en amp.
• Idiodo     Corriente del diodo en amp.
• L          Inductancia en H.
• C         Capacitancia en F.
• RL       Carga equivalente en ohm.
• ΔIL       Riso de la corriente de la bobina en amp.
• ΔVC      Riso del voltaje del capacitor en volts.
• F         Frecuencia de trabajo en Hz.

Análisis cuando el conmutador se encuentra en estado cerrado.

Cuando el conmutador está cerrado, la corriente pasa desde la fuente de entrada hasta la carga, cargando a su paso a la bobina. El diodo como podemos observar en la figura 2 no conduce, ya que en este modo se encuentra polarizado inversamente.[pic 5]

La ecuación del circuito de la figura 2 es:

Donde 𝑉L es el voltaje del inductor, 𝑉𝑖 es el voltaje de entrada y 𝑉𝑜 es el voltaje de salida:

Despejando el incremento de la corriente cuando el conmutador está cerrado:

Análisis cuando el conmutador se encuentra en estado abierto.

Cuando el conmutador se encuentra abierto tenemos el circuito de la figura 3, en este caso no hay conducción y la fuente de entrada no alimenta al circuito. En ese momento se utiliza la energía de la bobina, esta energía se encuentra almacenada en forma de campo magnético para de esta manera hace circular una corriente por el circuito el cual alimenta al capacitor y mantiene el nivel de voltaje a la salida.[pic 10]

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