DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRÓNICA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA NRC: 2369
Preparatorio No. 2 CONVERSOR DE POTENCIA DC-DC TIPO BUCK
Integrantes: Lis Carri!n "an Car#os I##anes Cristian $as%o
&ango#'() 2* +e o%t,re +e 2-/ . Te0a e0a
Conversor de potencia DC-DC tipo Buck
2. O,1etios O,1etio genera# •
Ana!i"ar # dise$ar un circuito conversor de potencia DC-DC tipo Buck
O,1etios espe%(%os •
•
Rea!i"ar !a si%u!aci&n de! circuito en e! so't(are PSI) # veri*car su 'unciona%iento Rea!i"ar !a i%p!e%entaci&n de! circuito en proto+oard con !os e!e%entos previa%ente se!eccionados en e! dise$o de! conversor
3. Materia#es • • • • • • •
Proto+oard , transistor )OSET IR.,,/ , 'oco de ,.V , capacitor .//u' , +o+ina .//%0 Ca+!es para Proto+oard uente de a!i%entaci&n
4. PREPARATORIO . Tra+%ir #a in5or0a%i!n respe%to a# %onerti+or ,% +e# ,#og En %uc1as situaciones2 tene%os 3ue usar )OSETs con*4urados co%o con%utadores 1i41-side )uc1as veces tene%os 3ue usar )OSETs con*4urados co%o interruptores de !ado a!to # !ado +a5o Ta! co%o en !os circuitos de puente En !os circuitos de %edio puente2 tene%os , )OSET de !ado a!to # , )OSET de !ado +a5o En !os circuitos de puente co%p!eto tene%os . )OSET de !ado a!to # . )OSET de !ado +a5o En ta!es situaciones2 e6iste !a necesidad de uti!i"ar !os circuitos de acciona%iento de! !ado a!to en !os circuitos de acciona%iento de! !ado +a5o 7a 'or%a %8s co%9n de conducci&n )OSETs en estos casos es uti!i"ar conductores de !ado a!to # +a5o Sin duda2 e! e5e%p!o de c1ip pi!oto %8s popu!ar es e! IR.,,/ : en este art;cu!o < tutoria! se 1a+!ar8 de! %is%o En pri%er !u4ar va%os a ec1ar un vista"o a! dia4ra%a de +!o3ues # !as asi4naciones de patas # !as de*niciones de pin
Diagra0a +e 7#o'es +e# IR2-
Diagra0a +e Pines +e# IR2-
O+serve 3ue e! IR.,,/ viene en dos pa3uetes ,= pines con a4u5ero pasante # !a super*cie de ,> pines %onta5e SOIC A1ora va%os a 1a+!ar de !os di'erentes pines VCC es e! su%inistro de! !ado +a5o # de+e estar entre ,/V # ./V VDD es e! su%inistro de !a !&4ica a !a IR.,,/ Puede ser entre ? @V a ? ./V con re'erencia a VSS 7a tensi&n rea! 3ue se e!i4e uti!i"ar depende de! nive! de tensi&n de !as se$a!es de entrada A3u; est8 e! 4r8*co
Es una pr8ctica usua!%ente VDD ? V Cuando VDD ? V2 e! u%+ra! de entrada !&4ica , es !i4era%ente superior a @V As;2 cuando VDD ? V2 e! IR.,,/ se puede uti!i"ar para %ane5ar car4as cuando !a entrada F,F es %a#or 3ue @ vo!tios Esto si4ni*ca 3ue puede ser uti!i"ado para casi todos !os circuitos2 #a 3ue !a %a#or;a de !os circuitos tienden a sa!idas de V Cuando se est8 uti!i"ando %icrocontro!adores !a tensi&n de sa!ida ser8 superior a =V cuando e! %icrocontro!ador tiene VDD ? V2 3ue es +astante co%9n Cuando se est8 uti!i"ando SG@. o T7=H= u otro contro!ador P)2 pro+a+!e%ente se o+tendr8 vo!ta5es %a#ores a ,/V Por !o tanto2 e! IR.,,/ puede ser uti!i"ado '8ci!%ente Se puede +a5ar e! VDD 1asta =V si se est8 usando un %icrocontro!ador o cua!3uier c1ip 3ue dJ sa!ida de @@V por e5e%p!o dsPIC@@ En a!4unos casos VDD 'ue se!eccionado co%o %enos de ? =V2 # esto provoca+a 'a!!as en e! circuito Por !o tanto2 no se reco%ienda usar un VDD %enor a ? =V Si por a!4una ra"&n2 se tiene se$a!es de nive!es con !a !&4ica F,F %enores a @V2 se necesita un convertidor de nive! 3ue au%entar8 !a tensi&n a !;%ites acepta+!es En ta!es situaciones2 se reco%ienda au%entar 1asta =V o V # e! uso de IR.,,/ VDD ? V A1ora se va a 1a+!ar de VSS # CO) $&& es e! su%inistro de tierra !&4ica COM es Fretorno de !ado +a5oF +8sica%ente2 cone6i&n a tierra de +a5a trans%isi&n !atera! Parece 3ue son independientes # se podr;a pensar 3ue ta! ve" se podr;a ais!ar a !as sa!idas de trans%isi&n # se$a!es de contro! Sin e%+ar4o2 se puede estar e3uivocado Si +ien no est8n conectados interna%ente2 IR.,,/ es un conductor no ais!ado2 !o 3ue si4ni*ca 3ue VSS # CO) de+en estar conectados a tierra
8IN LIN son !as entradas !&4icas Una se$a! de a!to para 0IN si4ni*ca 3ue se desea conducir e! )OSET de! !ado a!to2 es decir2 un a!to rendi%iento se proporciona en 0O Una se$a! de +a5a para 0IN si4ni*ca 3ue desea apa4ar e! )OSET de! !ado de a!ta2 !o 3ue si4ni*ca 3ue se proporciona un +a5o rendi%iento en 0O
7a sa!ida de 8O - a!to o +a5o - no es con respecto a tierra2 pero si con respecto a VS Pronto vere%os c&%o un circuito de arran3ue diodo ? condensador se uti!i"a para proporcionar e! su%inistro otante para conducir e! )OSET uti!i"ando VCC2 VB # VS
$& es e! retorno de a!i%entaci&n otante de! !ado a!to Cuando est8 en a!to2 e! nive! de 0O es i4ua! a! nive! en VB2 con respecto a VS Cuando est8 en +a5o2 e! nive! en 0O es i4ua! a VS2 con respecto a VS2 e'ectiva%ente cero Una se$a! de a!to para 7IN si4ni*ca 3ue se desea conducir e! )OSET de! !ado +a5o2 !o 3ue si4ni*ca 3ue un a!to rendi%iento es proporcionado en 7O Una se$a! de +a5o en 7IN si4ni*ca 3ue se desea apa4ar e! )OSET de! !ado +a5o2 !o 3ue si4ni*ca 3ue una +a5a producci&n es proporcionada en 7O 7a sa!ida de LO es con respecto a tierra Cuando est8 en a!to2 e! nive! en 7O es i4ua! a! nive! de VCC2 con respecto a VSS2 o tierra de %anera e'ectiva Cuando est8 en +a5o2 e! nive! en 7O es i4ua! a! nive! en VSS2 con respecto a VSS2 e'ectiva%ente cero &D se uti!i"a co%o contro! de apa4ado Cuando este pin est8 en +a5o 2 e! IR.,,/ est8 activado o !a - 'unci&n de apa4ado est8 des1a+i!itada Cuando este pin est8 en a!to2 !as sa!idas se apa4an2 es decir se desactiva !a unidad IR.,,/ A1ora ec1e%os un vista"o a !a con*4uraci&n IR.,,/ co%9n para conducir )OSETs en con*4uraciones !atera!es a!tas # +a5as en una etapa %edio puente
D) C C2 5unto con !os IR.,,/ 'or%an e! circuito de arran3ue Cuando 7IN , # L. est8 encendido2 C, # C. 3uedan car4adas a! nive! en VB2 3ue es una ca;da de diodo por de+a5o de ? VCC Cuando 7IN / # 0IN ,2 !a car4a en C, # C. se uti!i"a para a$adir !a tensi&n adiciona! - VB en este caso por enci%a de! nive! de !a 'uente de L, para conducir !a L, en !a con*4uraci&n de! !ado ato Se de+e esco4er una capacitancia
su*ciente%ente 4rande para C, de %odo 3ue pueda su%inistrar !a car4a necesaria para %antener L, durante todo e! tie%po C, ta%poco de+e ser de%asiado 4rande para 3ue !a car4a no sea de%asiado !enta # e! nive! de vo!ta5e se e!eve !o su*ciente co%o para %antener e! )OSET encendido Cuanto %a#or sea e! tie%po2 %a#or es !a capacitancia re3uerida Por !o tanto 2%ientras %enor es !a 'recuencia2 %a#or es !a capacitancia re3uerida para C, Cuanto %a#or sea e! cic!o de tra+a5o2 %a#or es !a capacitancia re3uerida para C, S;2 1a# '&r%u!as para e! c8!cu!o de !a capacitancia sin e%+ar4o2 1a# %uc1os par8%etros invo!ucrados2 a!4unos de !os cua!es no pode%os sa+er 2 por e5e%p!o2 !a corriente de! condensador de 'u4a As;2 3use es %e5or esti%ar !a capacitancia Para 'recuencias +a5as co%o /0"2 se de+e usar entre =M ' # > ' Para 'recuencias a!tas co%o @/ k0" a / k0"2 se de+e usar entre =2M ' # .. ' :a 3ue esta%os usando un condensador e!ectro!;tico2 un condensador cer8%ico de+e uti!i"arse en para!e!o con este condensador E! condensador de cer8%ica no es necesario si e! condensador de arran3ue es de tanta!io
D2 D3 descar4an !as capacidades de puerta de! )OSET con rapide"2 sin pasar por !as resistencias de !a puerta2 !o 3ue reduce e! tie%po de apa4ado R, # R. son !as resistencias !i%itadoras de corriente
MO&$ puede ser de 1asta un %86i%o de //V $CC de+e ser de un su%inistro !i%pio Se de+e usar capacitores de *!tro # condensadores de desacop!a%iento de ? VCC a tierra para e! *!trado A1ora ec1e%os un vista"o a un par de circuitos de e5e%p!o de ap!icaci&n de !a IR.,,/
Cir%ito IR2- +e a#ta tensi!n +e e;%ita%i!n 0e+io
Cir%ito IR2- +e a#ta tensi!n +e e;%ita%i!n +e pente %o0p#eto %on %ontro# +e interrptor in+epen+iente
Se o+serva 3ue e! IR.,,/ uti!i"a para conducir un puente co%p!eto 7a 'unciona!idad es Una cosa co%9n 3ue a %enudo se 1ace es 3ue2 0IN, est8 !i4ado < cortocircuito a 7IN. # 0IN. est8 !i4ado < cortocircuito a 7IN,2 !o 3ue per%ite e! contro! de !os = )OSETs de . entradas de se$a!2 en !u4ar de = co%o se %uestra a continuaci&n
Cir%ito IR2- +e a#ta tensi!n +e e;%ita%i!n +e pente %o0p#eto %on %ontro# +e# interrptor ata+o
=san+o e# IR2- %o0o %on+%tor +e a#ta +e n so#o #a+o +e a#ta tensi!n
En !a *4ura anterior se o+serva 3ue e! IR.,,/ est8 siendo uti!i"ando co%o un conductor de !ado a!to de un so!o !ado E! circuito es +astante si%p!e # si4ue !a %is%a 'unciona!idad descrita anterior%ente Una cosa para recordar es 3ue2 dado 3ue no 1a# un interruptor de! !ado +a5o2 se de+e conectar una car4a de OUT a tierra De !o contrario2 !os condensadores de arran3ue no podr8n car4arse
=so +e #a IR2- %o0o n >ni%o %ontro#a+or +e# #a+o ,a1o.
=so +e #a IR2- %o0o %on+%tor +e# #a+o ,a1o +a#
2. Di,1e e# es'e0?ti%o %o0p#eto +e# %ir%ito in%#en+o e# +rier IR2- %on ss e#e0entos +e +isparo #os e#e0entos +e poten%ia para o,tener n %onerti+or 7% CIRC=ITO EN PROTE=&
CIRC=ITO EN P&IM
3. Des%ri,ir e# pro,#e0a +e #ograr #a %on+%%i!n +e# MO&@ET %o ter0ina# +e @=ENTE no est? %one%ta+o a tierra. Deta##ar #a so#%i!n 0e+iante e# +rier IR2-.
4. Rea#iar e# an?#isis para +es%ri,ir #a re#a%i!n entre e# ria+o +e %orriente e# ria+o +e o#ta1e +e #os e#e0entos rea%tios L) C #a 5re%en%ia +e %on0ta%i!n. Datos
V =12 [ V ] V g=24 L= 200 mH C =200 uF D=
D=
D=
V V g 12 24
1 2
Intera#o :
V L =V G −v Aproximación de pequeño rizado v =V + V riz ≈ V V L =V G −V i L =ic +
V R
i C =i L −
V R
i L = I + I riz ≈ I
i C = I −
V R
Intera#o 2:
V L =−v
Aproximación de pequeño rizado v =V + V riz ≈ V V L =−V i L =ic +
V R
i C =i L −
V R
i L = I + I riz ≈ I
i C = I −
V R
An?#isis +e %orriente +e ria+o en e# in+%tor:
Intera#o :
v L ( t )= L
di L ( t ) dt
V L =V G −V di L ( t ) dt
=
v L ( t ) L
di L ( t ) V G −V = dt L 2 ∆ i L
D T S
∆ i L =
=
V G−V L
V G−V 2 L
D T S
An?#isis +e o#ta1e +e ria+o +e# %apa%itor
Intera#o : dv ( t ) iC =C dt
i C = I −
i C C
=
V R
dv ( t ) dt
d v c ( t ) IR −V = dt RC
2 ∆ V C
D T S ∆ V C =
=
IR −V RC
IR −V D T S RC
Ap#i%an+o #os +atos a %ono%i+os o,tene0os L=200 mH C =200 uF
∆ i L =
∆ i L =
∆ i L =
V G−V
24
D T S
2 L
−12
(
)
2 200 mH
24
−12
(
)
2 200 mH
(0.5 )
(0.5 )
∆ i L =0.0015
7a#an%e +e %arga +e# %on+ensa+or 1
T S
1
T S
1
T S 1
T S
T S
∫i
C
dt =0
0
[∫ ( DT S
0
)
T S
∫(
]
)
V V I − dt + I − dt =0 R R DT S
[( ) ( ) ( ) ]
V V V I − DT S + I − T S− I − DT S = 0 R R R
[
ID −
]
VD + I − V − ID + VD =0 R R R
1
f S 1
10 kHz
I =
V R
∆ V C =
IR −V D T S RC
V R− V R ∆ V C = DT S RC ∆ V C = 0
/. Des%ri,ir %in%o %ara%ter(sti%as B#as 0?s i0portantes +e# IR2a partir +e #a o1a +e +atos Dataseet •
•
•
•
•
Posee un Voset %86i%o de 1asta // vo!tios2 !o 3ue !o 1ace pr8ctico para tra+a5os de e!ectr&nica de potencia Tiene !a caracter;stica de ser un driver de do+!e !ado a!to # +a5o !o 3ue a+re %uc1as posi+i!idades 1acia su uso2 #a 3ue dependiendo de c&%o se conecten sus pines 0IN2 7IN2 0O # 7O puede tra+a5ar de distintas %aneras se49n !o 3ue se re3uiera Posee !a capacidad de tra+a5ar con corrientes %a#ores de a%perios !o 3ue !o 1ace idea! en circuitos en !os 3ue !a corriente sea a!ta E! ran4o de a!i%entaci&n para e! acciona%iento de !a +ase esta entre ,/ # ./V Posee To!erancia a !a tensi&n transitoria ne4ativa
6. 7i,#iogra5(a •
•
1ttp<
