1. Son dispositivos electrónicos que permiten aumentar o reducir el voltaje en DC y regularlo, Permitiendo mantener el voltaje de salida constante independiente de perturbaciones o alteraciones en el voltaje de entrada, manteniendo la potencia de entrada constante.
1.1. Añadimos que son circuitos capaces de transformar niveles de voltaje en otros usando elementos como bobinas y capacitores, almacenando temporalmente energía en ellos y descargándola de tal forma que los niveles de voltaje final son los buscados.
1.1.1. Podemos encontrar convertidores que realizan la misión de aislamiento galvánico de equipos que estén alimentados con la misma fuente de alimentación. Se pueden alimentar diferentes equipos a diferentes tensiones de alimentación a partir de una única fuente de alimentación.
1.2. La forma en como se convierte el voltaje es forzando a que se almacene la suficiente energía en la bobina o capacitor y después, a otro tiempo se cambie la polaridad o la disposición de dicho elemento para descargar esa misma energía acumulada en la salida.
2. Convertidor DC - DC Buck para el control de carga de un panel solar
3. FUNCIONAMIENTO Y APLICACION
4. Conocemos distintos tipos de convertidores DC/DC dependiendo de la necesidad
4.1. CONVERTIDOR BUCK-BOOST es un tipo de convertidor DC-DC que tiene una magnitud de voltaje de salida que puede ser mayor o menor que la magnitud del voltaje de entrada.
4.1.1. Esta es switch mode power supply o fuente de alimentación conmutada con una forma parecida a la del convertidor boost y el convertidor buck. El voltaje de salida es ajustable variando el ciclo de trabajo del transistor de conmutación. Un posible inconveniente de este convertidor es que el interruptor no tiene un terminal conectado a tierra. FUNCIONAMIENTO DADO EN LA IMG
4.2. Entre los más comunes están los buck, boost, cuk, buck-boost, sepic, etc. Se usan como fuente de alimentación y entre sus ventajas es que la eficiencia es mucho mas grande (mayor al 80%) en comparación con los reguladores lineales (40%-60%). Algunos son:
4.2.1. CONVERTIDORES BUCK (Conversor reductor)Para este tipo de convertidores, la necesidad es la siguiente: el voltaje de salida es menos que el del entrada.
4.2.1.1. Los elementos básicos de este tipo de fuente son: la fuente de entrada, un transistor (en este caso un mosfet canal p, pero puede ser cualquier elemento que pueda conducir y aislar de manera controlada), una bobina, un diodo (en este caso schottky), un capacitor y un circuito oscilador pwm.
4.2.1.2. CONVERTIDORES BUCK Para este convertidor hay que hacer análisis del circuito en dos partes: cuando el transitor conduce y deja pasar corriente de la fuente de entrada y cuando el transistor aísla la fuente.
4.2.1.2.1. ESTADO ON Cuando el transistor conduce, la corriente va desde la fuente de entrada hasta el capacitor, cargando a su paso la bobina. La ecuación, siguiendo las leyes de kirchhoff, queda: El diodo, como se puede apreciar, no conduce, ya que en ese momento esta polarizado inversamente. En este estado la función del circuito es cargar la bobina.
4.2.1.2.2. ESTADO OFF Cuando el transistor se pone en un estado de corte, es decir, no hay conducción, la fuente principal de energía no alimenta el circuito. En ese momento se aprovecha la energía del inductor, almacenada en forma de campo magnético, para hacer circular una corriente por el circuito. Esta corriente sigue alimentando al capacitor y mantiene el nivel de voltaje a la salida. La ecuación para este “estado OFF”
4.2.1.3. EXPLICACIÓN CONVERTIDOR BUCK
4.2.2. CONVERTIDOR BOOST( o elevador) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores y al menos un elemento para almacenar energía.
4.2.2.1. Las dos configuraciones de un BOOST . (a) La energía se transfiere de la fuente a la bobina y del condensador a la carga. (b) la energía se transfiere de la fuente y de la bobina al condensador y a la carga.
4.2.2.1.1. - Cuando el interruptor está cerrado (On-state) la bobina L almacena energía de la fuente, a la vez la carga es alimentada por el condensador C. - Cuando el interruptor está abierto (Off-state) el único camino para la corriente es a través del diodo D y circula por el condensador (hasta que se carga completamente) y la carga.
4.2.3. CONVERTIDOR FLYBACK Es un convertidor de retroceso con aislamiento galvánico entre entrada y salida. Tiene la misma estructura que un convertidor Buck-Boost con dos bobinas acopladas en lugar de una única bobina, mientras que el elemento inductivo del flyback almacena toda la energía en el núcleo magnético. Esta es la razón por la que el dispositivo inductivo de este tipo de convertidores es mucho más voluminoso para una misma frecuencia de conmutación que el de otros convertidores con aislamiento que sí usan transformador de verdad como los push-pull.
4.2.3.1. Este convertidor sólo se usa en aplicaciones de baja potencia. Otro problema frecuente es el efecto negativo de la inductancia de dispersión que causa sobretensiones importantes en el interruptor controlado con lo que su uso queda limitado a aplicaciones de baja tensión de entrada, salvo que se usen redes de amortiguación.
4.2.3.1.1. 1.Cuando el interruptor está activado la bobina primaria está conectada directamente a la fuente de alimentación. Esto provoca un incremento del flujo magnético en el núcleo. La tensión en el secundario es negativa, por lo que el diodo está en inversa (bloqueado). El condensador de salida es el único que proporciona energía a la carga. 2. Cuando el interruptor está abierto la energía almacenada en el núcleo magnético es transferida a la carga y al condensador de salida.
4.2.4. CONVERTIDOR CUK es un tipo de convertidor DC-DC en el cual la magnitud de voltaje en su salida puede ser inferior o superior a su voltaje de entrada. El convertidor Ćuk no aislado solo puede tener polaridad opuesta entre su entrada y su salida. Este utiliza un condensador como su principal componente de almacenamiento de energía.
4.2.4.1. Este convertidor debe su nombre a Slobodan Ćuk, del California Institute of Technology, quién presentó por primera vez el diseño.
4.2.4.1.1. Un convertidor Ćuk no aislado se compone de dos inductores, dos condensadores, un interruptor y un diodo. Es un convertidor inversor, por lo que el voltaje de salida es negativo con respecto al voltaje de entrada.
4.3. ENCONTRAMOS OTROS CONVERTIDORES DC-DC que dependiendo sus particularidades podrán ser más o menos útiles para las aplicaciones de estabilizar tensiones de corriente continua con ruido, poco estables o baterías que varia el estado de la carga. Otros se pueden encargar de transformar tensiones de corrientes continuas en otras tensiones actas para alimentar diferentes equipos electrónicos.
4.3.1. FORWARD Convertidor Directo este funciona como el convertidor buck pero tiene un transformador que realiza las funciones de aislante de la entrada y la salida pudiendo realizar múltiples salida y de mayor tensión que la entrada dependiendo del devanado del secundario del transformador.
4.3.2. PUSH-PULL Convertidor de Contrafase Tiene transistores a la entrada del primario realizando una onda simétrica y diodos en el secundario realizando una rectificación de doble onda.
4.3.3. BRIDGE Convertidor Puente, El funcionamiento es igual en el secundario que en el convertidor de Contrafase y el primario realiza la onda simétrica con cuatro transistores en puente trabajando por parejas.
4.3.4. HALF BRIDGE Convertidor Medio Puente Es una simplificación del Convertidor Puente teniendo en el primario dos transistores y dos condensadores.