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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTEFACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICAELECTRONICA DE POTENCIALABORATORIO NÚMERO DOS

BAYRON ROSEROEDIER GUSMANFABIAN GARCIA

SANTIAGO DE CALI – VALLE DEL CAUCAABRIL DE 2009

LABORATORIO NÚMERO DOS

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FUENTES CONMUTADAS DC/DC –CONVERTIDOR REDUCTORBUCK 

TABLA DE CONTENIDO

1. RESUMEN

2. INTRODUCCION

3. OBJETIVOS

4. MARCO TEORICO

5. PROBLEMA A DESARROLLAR

6. CALCULOS Y DESARROLLO7. SIMULACION

8. CONCLUCIONES

9. BIBLIOGRAFIA

1. RESUMEN El presente Laboratorio describe y pretende mostrar la técnica

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fundamental para realizar el diseñode un Regulador DC/DC; ElConvertidor Reductor Buck, el cualse basa en un conjunto deecuaciones que permiten realizar

dicha labor, logrando de estamanera disponer de unaherramienta útil para el diseño defuentes DC reguladas, mencionandoque el alcance del trabajo es llegar adiseñar y montar el presente estudiode este regulador.

2. INTRODUCCION

En la electrónica de Potencia, laintegración de etapas derectificación ha sido de gran valorpara lograr la calidad de buenosdiseños; Los Reductores Buck, sonparte integral de muchos equiposelectrónicos actuales debido ha queestos permiten reducir un voltajecontinuo (generalmente noregulado) a otro de menor magnitud(regulado), Básicamente están

formados por una fuente DC, undispositivo de conmutación y unfiltro pasa bajos que alimentan auna determinada carga.

3. OBJETIVOS

Objetivo General: Familiarizar al

estudiante con los tipos deconvertidores DC/DC másutilizados en fuentes dealimentación reguladas, así como también la modulaciónpor ancho de pulso PWM para laimplementación de dichoscircuitos.

Objetivos Específicos:

1. comprender elfuncionamiento de losdispositivos mosfets ysu uso en las fuentesconmutadas DC/DC.

2. analizar y comprenderel principio deoperación de losconvertidores DC/DC.

3. Aprender elfuncionamiento delcircuito de controlPWM, analizar suscaracterísticas, yconocer los circuitoscon los que puedetrabajar.

4. implementar unconvertidor DC/DC conlos parámetrosindicados en ellaboratorio.

4. MARCO TEORICO

Figura 1. Reductor Buck

 Estructura y funcionamiento

Las dos configuraciones de un Buck: Se

dice que el convertidor Buck trabajaen modo continuo, si la corrienteque atraviesa el inductor nunca llegaa cero; de otro modo se dice quetrabaja en modo discontinuo.

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Figura 2. Configuraciones de un Buck 

On-State: La energía se transfiere de la

fuente a la bobina, al condensador y a la

carga.

Off_State: la energía se transfiere de la

 bobina y el condensador a la carga.

El periodo de conmutación T constade un subperíodo de encendido ton y uno de apagado toff  (fig.4). El ciclo deservicio D se define como la relaciónentre el periodo de encendido y elperiodo de conmutación.

Figura 3. Estados del dispositivode Conmutación.

Puesto que 0<D<1, podemosconcluir que la tensión de salida essiempre menor a la tensión deentrada y que varia linealmente conel ciclo de trabajo.

EL INDUCTOR 

Un inductor real posee unaresistencia asociada serie queprovoca una caída de tensióncontinua en bornes de la bobinaproporcional a la corriente media

que la atraviesa. Por un lado se debeelegir una bobina con la menorresistencia posible y al mismotiempo que soporte la corriente quecirculará por ella.

oc

o

 I   f  

 DV  L

2.02

)1(5,1 −=

EL CAPACITOR 

El capacitor de salida es necesario

para mantener la tensión y minimizar el rizado presente en lasalida de un convertidor reductor,estos parámetros son usualmenteespecificados en el momento derealizar el diseño. Un elevado voltajede rizado se debe a una capacitanciainsuficiente y una alta resistenciaequivalente serie del capacitor.Cuando una carga es súbitamenteremovida, se genera un problema de

sobrevoltajes transitorios por lo quese requiere que el capacitor de salidasea lo bastante grande de modo aprevenir que la energía almacenadaen el inductor sea lanzada porencima del máximo voltaje de salida.

28

)1(

c

o

VLf  

 DV C 

∆

−=

Señal aplicada al MOSFET

Figura 3. Señal aplicada al MOSFET

5. PROBLEMA ADESARROLLAR

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Diseñar e implementar unRegulador tipo Buck, con unatensión de entrada de 40Vdc yuna tensión de salida de 25Vdc

a 5Amperios.

6. CALCULOS Y  DESARROLLO

Figura 4. Reductor Buck

 Topología Reductor Buck Tenemos a la Entrada 40V DCNecesitamos a la salida 25V DCa 5 Amperios.Utilizamos una Fc de 20000 Hzósea 20KHz

Formulas desarrolladas enclase.

Cálculos Ciclo Útil (D)

625.040

25=→=

i

o

V 

V  D

Cálculos Inductancia

mH  L

 Hz 

V 

 I   f  

 DV 

 Loc

o

928

52,0200002

)625,01(255,1

2.02

)1(5,1

=

×××

−×

→

−

=

Cálculos de Condensador

 F C 

mV 

V 

VLf  

 DV C 

c

o

 µ 203.8

20000)(928)(100(8

)625.01(25

8

)1(2

=

−→

∆

−=

Potencia de Carga

W  AV  I V  P  MaxO 125525 =×→=

NOTA: La simulación fuerealizada con los cálculosmencionados

anteriormente.

Formulas Recomendadaspor el dataste del LM 3524

Después para realizar elmontaje se calcularonnuevamente el condensador yla bobina con los cálculos del

datasheet del LM 3524

7. SIMULACION

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Figura 5. Simulación Circuito Regulador Buck  

Figura 6. Resultados de la Simulación Regulador Buck 

La línea azul, es la señal de 40 Voltios que se tiene a la entrada.La línea roja, es la señal de 25 Voltios que se tiene a la salida del regulador Buck.

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Figura 7. Circuito Driver MOSFET canal P. para el montajeutilizamos el SFP9640

Figura 8. Regulador Buck utilizando el LM 3524

8. CONCLUCIONES

• En este laboratorio se utilizo y se analizo el desempeño de lasecuaciones necesarias para diseñar la etapa de potencia de un

convertidor Buck.

• En cuestiones de diseño, la tensión de salida es aproximadamente laque se tenía prevista.

• Los valores de L y C calculados no son valores comerciales, razón por lacual se debe efectuar un recalculo y un rediseño por decirlo así paraacondicionar el circuito físico.

9. BIBLIOGRAFIA

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Libros:

H. Rashid Muhammad, Electrónica de Potencia, Circuitos, dispositivosy Aplicaciones.

Artículos:

National Semiconductor - Datasheet LM 3524Experimentos en teoria de control Convertidores CD-CD – Danieo U. Campos-Delgado – Facultad de Ciencias (UASLP)Análisis de convertidores BUCK, BOOST Y BUCK-BOOST – Sistemas Electrónicos deAlimentación – Tema3 – I.T.T. (S.E.) Universidad de Valencia

Paginas Web:http://www.monografias.com/trabajos48/convertidor-buck/convertidor-buck.shtmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Buck