Convertidor Boost Intercalado. Para realizar el análisis de este

Convertidor Boost Intercalado.
Para realizar el análisis de este convertidor, usaremos como base el paper numero AN-1820 de
National Semiconductor en el cual se propone la implementación de dos convertidores con
topología boost intercalados con el fin de mejorar la eficiencia y los problemas de rizo de corriente
de entrada, según la configuración que se observa a continuación:
Intercalar este tipo de convertidores trae una serie de beneficios como reducir el riple en la
corriente tanto de entrada como en la salida del circuito, además de un aumento considerable de
la eficiencia debido a la división de la corriente de salida en dos caminos, además de una sustancial
reducción en las perdidas de los inductores y perdidas I2R. Este topología funciona de tal manera
que cuando Q1 esta encendido, la corriente en la L1 se incrementa con una pendiente
dependiente de la entrada de voltaje, guardando energía en esta, D1 está apagado en este tiempo
ya que el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada; Una vez Q1 se apaga, D1 conduce
liberando parte de la energía guardada para la carga y el capacitor de salida, la corriente en L1
desciende con una pendiente dependiente de la diferencia entre la entrada y la salida de voltaje.
Medio ciclo después, Q2 también se enciende completando la misma serie de eventos. Debido a
que ambos canales de salida se combinan en el capacitor de salida, la frecuencia de onda es dos
veces la de un convertidor boost convencional simple.
El funcionamiento de este convertidor puede ser analizado basado en un solo canal. Ya que ambos
canales comparten la misma corriente, y ambos inductores son idénticos, cada canal de potencia
es idéntico al otro. Ya que la potencia de salida es dividida a través de dos caminos, una buena
idea es empezar el diseño a partir de la mitad de la potencia de salida. Es decir que básicamente el
diseño empieza con un convertidor Boost operando a mitad de potencia. Conociendo el máximo y
minimo voltaje de entrada, el voltaje de salida, la caída de voltaje en el diodo y en el mosfet se
puede calcular el ciclo útil máximo y mínimo; por otro lado podemos estimar la corriente
promedio en el inductor a partir de la corriente de carga y el ciclo útil. Asumiendo el pico a pico de
corriente en el inductor como un porcentaje de la corriente promedio en el inductor, el pico de
corriente sobre esta puede ser estimado. El valor del inductor es calculado entonces usando el
riple de corriente, la frecuencia de conmutación, la entrada de voltaje y el ciclo util. Finalmente el
limite de corriente entre el modo continuo y el modo discontinuo puede determinar la mínima
corriente de carga. Una vez se tienen estos datos, los demás componentes pueden ser calculados,
por ultimo se debe tener en cuenta que la selección de los capacitores de entrada y salida deber
ser escogidos de forma diferente a un convertidor simple debido a la reducción del riple y el
incremento de la frecuencia.
Selección del Inductor.
Donde Vout es el voltaje de salida, Vd es la caída se tensión de salida en el diodo, Von es el voltaje
de conmutación en el MOSFET y Vin máximo y minimos son los valores correspondientes a la
entrada de tensión. La corriente de promedio en el inductor máxima por fase, puede ser calculada
conociendo la corriente de salida, y teniendo en cuenta que la corriente por fase es la mitad de la
corriente total, donde surge el termino 0,5 en el denominador.
Como se había expresado antes un buen punto para iniciar el diseño que el pico de corriente en el
inductor debe ser un porcentaje de la corriente calculada en la ecuación anterior, un buen valor
para esta variación es aproximadamente el 40% o la corriente de salida que es 20% de la corriente
individual de fase. La variación del corriente en el inductor puede ser determinada por la minima
corriente de salida para al modo continuo de operación, por otro lado el pico de corriente en el
inductor esta dado por:
Conociendo la frecuencia de conmutación fs, la inductancia requerida por fase puede ser
seleccionada usando:
Por ultimo tenemos que el valor de inductancia por fase para mantener el convertidor rn modod
continuo relacionado por la corriente de salida, se encuentra a continuación:
Condensador de salida:
En un convertidor Boost, el capacitor de salida puede ser escogido con la capacidad de soportar
riples de voltaje relativamente altos comparado con un convertidor buck. Este riple de salida
elevado fluye a través de la resistencia serie equivalente del capacitor. Esta resistencia aumenta la
temperatura en el capacitor e incrementa la variación en el voltaje, por lo cual es de vital
importancia a la hora de determinar este cálculo; asi pues el condensador de salida se puede
obtener a partir de la siguiente ecuación: