Análisis y diseño de controladores histeréticos con prealimentación paralela para el control directo de la tensión de salida en convertidores CC-CC reductores

Abstract

Los convertidores de tensión en corriente continua juegan un papel fundamental en la actualidad ya que actúan de enlace entre la tensión de red y una carga cualquiera, que requiere una tensión de entrada diferente a la proporcionada por la red para su funcionamiento. Por ejemplo, en un circuito de corriente continua en el cual una carga necesita ser alimentada con una tensión V mientras que la red posee una tensión E. En ese momento es en el cual entran en juego los convertidores de tensión CC-CC. Su papel es el de transformar la tensión E en una tensión V para que la carga pueda ser alimentada. Se podría decir, de un modo tosco, que su función es comparable con la acción de los transformadores en corriente alterna. Los convertidores de tensión CC-CC son convertidores que trabajan en conmutación, almacenando energía de entrada en inductores y condensadores, para posteriormente entregar un voltaje diferente en la salida. Dependiendo del caso de aplicación se emplean diversos convertidores de tensión CC-CC, que se clasifican según su respectiva relación entre las tensiones de entrada y de salida. Por un lado existen los convertidores elevadores, cuya función es proporcionar una tensión de salida mayor a la tensión de entrada del convertidor. Por otro, los convertidores reductores, que permiten obtener una tensión de salida menor a la de entrada. Y por último, los reductores-elevadores que permiten obtener un voltaje de salida mayor o menor a la tensión de entrada. Los más conocidos son el convertidor elevador de tipo “Boost”, el convertidor reductor “Buck” y el convertidor reductor-elevador “Buck-Boost”. De los convertidores-reductores citados anteriormente destaca el convertidor reductor “Buck”, que es capaz de reducir la tensión con un rendimiento generalmente mayor al 95 %. Y que por tanto, al tener pocas pérdidas, permite obtener un convertidor denso, de reducido tamaño y peso y con un incremento de temperatura bajo. Nada comparable con la función que desempeñaría un divisor de tensión, que reduciría la tensión con un rendimiento reducido además de poseer una baja fiabilidad ya que aumentaría considerablemente la temperatura, siendo necesario un sistema de refrigeración adecuado. Sin embargo, para llevar a cabo la implementación de este convertidor reductor se necesita un sistema de control fiable que permita un sencillo y correcto funcionamiento del convertidor. Para ello, entran en escena los controladores reductores histeréticos, que en contraposición a los controladores clásicos “todo/nada”, permiten establecer intervalos para un mayor control de la conmutación. En otras palabras, abren un abanico de posibilidades para un diseño mucho más robusto del convertidor, evitando problemas tales como el exceso de conmutación que pueden desencadenar la rotura del actuador.