Convertidors Boost, Buck i Buck-Boost: Funcionament i PWM

Convertidor Boost (Elevador)

S'utilitza quan volem augmentar la tensió de sortida amb relació a la tensió d'entrada. V₀/V_I = 1 / (1 - D).

Desavantatges

• Fa molt soroll a la sortida i és baix a l'entrada.

Avantatges

• Eleva la tensió d'entrada depenent del temps que carreguem la bobina, és a dir, quan el transistor està en ON.

Funcionament

Quan el transistor està obert (T_off), la tensió i el corrent flueixen cap a la càrrega i carreguen la bobina i el condensador d'energia. El díode deixa passar el corrent. Quan es tanca (T_on), la font alimenta exclusivament la bobina. El condensador alimenta la càrrega i el díode evita que la tensió passi cap al transistor. Quan torna a obrir (T_off), les tensions de la font i la bobina se sumen i carreguen el condensador amb una tensió superior a la de la font.

Convertidor Buck (Reductor)

S'utilitza si volem reduir la tensió de sortida. V₀/V_i = D.

Funcionament

Quan el transistor està tancat (ON), la tensió de V_i = V₀ (al principi, la bobina s'oposa a la variació de tensió i la deixa passar durant uns mil·lisegons, carregant la bobina i el condensador). Quan està en OFF, la càrrega emmagatzemada a la bobina i al condensador alimenten la càrrega a través del díode. La polaritat de l'entrada i la sortida és la mateixa. En el transitori inicial, la tensió de sortida serà inferior a l'entrada, ja que la bobina, mentre es carrega, s'oposa en tensió al corrent d'entrada i el condensador encara no està carregat.

Què és el PWM?

D = T_on / T_s. Es defineix com la relació entre el temps que l'interruptor està tancat (ON) i el període de commutació. El PWM ha de tenir una freqüència constant; si no, ja no és PWM. La freqüència de commutació és molt més gran que la del rissat. El PWM regula un senyal triangular amb el senyal de sortida.

Fonts Commutades

Avantatges

• Elevat rendiment.
• Escalfament mínim.
• Menor volum i pes.

Desavantatges

• Són molt més complexes que les lineals.
• Generen interferències electromagnètiques (EMI).

Fonts Lineals

Avantatges

• Són fàcils de construir.
• Components molt fiables a bon preu.

Desavantatges

• Treballen a freqüències baixes.
• Com més baixa és la freqüència, més grans són els components.

Les fonts d'alimentació utilitzen el sistema PWM per millorar la regulació de càrrega i de línia, el qual genera el senyal del transistor que es fa comparant V_control amb l'ona triangular.

El Filtre Passa Baix

Serveix per obtenir el valor mitjà de la forma d'ona V_a a la sortida, eliminant tant la component fonamental com tots els harmònics.

Configuració Reductora-Elevadora (Buck-Boost)

S'utilitza quan volem variar la tensió de sortida respecte a l'entrada, tant augmentar-la com disminuir-la. La polaritat de la tensió de sortida és inversa a la de l'entrada. Funciona passant energia de la font a la bobina, i de la bobina a la càrrega i al condensador. Quan es tanca el transistor, es carrega la bobina. En els instants inicials, no hi ha alimentació a la càrrega ni al condensador, ja que el díode evita que la tensió hi passi. Quan s'obre el transistor, la bobina canvia de polaritat i alimenta la càrrega i el condensador. Quan es torna a tancar el transistor, es torna a carregar la bobina. En funció del temps que s'està carregant la bobina, la tensió serà més o menys elevada.