Convertidor uk
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Convertidor ukEl convertidor uk 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 uk no aislado solo
puede tener polaridad opuesta entre su entrada y su salida. Este
utiliza un condensador como su principal componente de
almacenamiento de energa. Este convertidor debe su nombre a
Slobodan uk, del California Institute of Technology, quin present
por primera vez el diseo.
Convertidor uk no aisladoPrincipios de funcionamientoUn
convertidor uk no aislado se compone de dos inductores, dos
condensadores, un interruptor (normalmente un transistor), y un
diodo. Su esquema puede ser visto en al figura 1. Es un convertidor
inversor, por lo que el voltaje de salida es negativo con respecto
al voltaje de entrada. El condensador C es usado para transferir
energa y es conectado alternativamente a la entrada y a la salida
del convertidor a travs de la conmutacin del transistor y el diodo
(ver figuras 2 y 3). Las dos bobinas L1 y L2 son usadas para
convertir respectivamente la fuente de entrada de voltaje (Vi) y la
fuente de voltaje de salida (Co) en fuentes de corriente. En
efecto, en un Fig 2: Los dos estados de un convertidor uk no corto
espacio de tiempo una bobina aislado. puede ser considerada como
una fuente de corriente ya que mantiene una corriente constante.
Esta conversin es necesaria ya que si el condensador estuviese
conectado directamente a la fuente de voltaje, la corriente estara
solo limitada por la resistencia (parsita) , dando como resultado
una alta prdida de energa. Como pasa tambin en otros convertidores
(convertidor Buck,
Fig 1: Esquemtico de un convertidor uk no aislado.
Convertidor uk
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convertidor Boost, convertidor Buck-boost) el convertidor uk
puede trabajar tanto en modo continuo como en modo discontinuo de
corriente. Adems, a diferencia de otros convertidores, este tambin
puede operar en modo de voltaje discontinuo (i.e el voltaje en el
condensador cae a cero durante el ciclo de conmutacin ).
Anlisis en modo continuoEn modo continuo, la energa almacenada
en los inductores tiene que ser al misma al principio y al final
del ciclo de conmutacin. La energa en el inductor viene dada
por:
Fig 3: Los dos estados de operacin de un convertidor aislado uk.
En esta figura, el diodo y el interruptor son reemplazados por un
cortocicruito cuando est encendido o por un circuito abierto cuando
est apagado. Se puede evidenciar que cuando est en estado apagado,
el condensador C est siendo cargado por la fuente de entrada a
travs del inductor L1. Cuando est en estado encendido, el
condensador C transfiere la energa al condensador de salida a travs
del inductor L2.
Esto implica que la corriente a travs de los inductores tiene
que ser la misma al principio y al final del ciclo de conmutacin.
Como la evolucin de la corriente a travs del inductor est
relacionada con el voltaje entre sus extremos:
puede ser observado que el valor medio de los voltajes en el
inductor en un perodo de conmutacin tiene que ser cero para
satisfacer los requerimientos del modo continuo. Si consideramos
que los condensadores C y Coson suficientemente grandes para que el
rizado de voltaje a travs de ellos sea insignificante, los voltajes
en el inductor pasan a ser: en el estado apagado, el inductor L1
est conectado en serie con Vi y C (see figure 2). Por lo tanto .
Como el diodo D est polarizado en directa (consideramos la cada de
voltaje nula), L2 est directamente conectado al condensador de
salida. Por lo tanto en el estado encendido, el inductor L1 est
conectado directamente a la fuente de entrada. Por lo tanto . El
inductor L2 est conectado en serie con C y el condensador de
salida, por lo que El convertidor funciona en el estado encendido
desde t=0 hasta t=DT (D es el duty cycle o ciclo de trabajo), y en
el estado apagado desde DT hasta T (esto es, a lo largo de un
perodo igual a (1-D)T). Los valores medios de VL1 y VL2 son
respectivamente:
Como los dos valores medios de voltaje tienen que satisfacer las
condiciones del modo continuo podemos escribir, utilizando la ltima
ecuacin:
Por lo que el voltaje medio en L1 es:
Convertidor uk Que puede ser escrito como:
3
Puede observarse que esta relacin es igual que la obtenida para
el convertidor Buck-Boost.
Referencias DC-DC Converter Basics
(http://www.powerdesignersusa.com/InfoWeb/design_center/articles/DC-DC/
converter.shtm) by G. Ledwich 1998 How to Design the Transformer in
a uk Converter
(http://www.boostbuck.com/IsolationoftheCukConverter. html)
Topology Background
(http://www.boostbuck.com/PhilosophyofDesign.html) Wikimedia
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