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Electrónica de Potencia
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to se puede dividir en dos etapas: durante un intervalo DT el transistor de arriba (HS) conduce la corriente de la bobina, aplicando a ésta una tensión Ventrada-Vsalida. Durante el resto del período (1-D)T es el transistor de abajo (LS) el que conduce la corriente por la bobina, desmagnetizando ésta mediante una tensión -Vsalida. Para evitar que se produzca conducción simultánea en HS y LS, normalmente se deja un tiempo muerto (dead time) entre la salida de conducción de uno y la entrada del otro; durante estos tiempos entra en conducción el diodo parásito de LS. Este proceso se ilustra en la figura 2. Para calcular el rendimiento del convertidor reductor síncrono es necesario tener en cuenta todos los elementos que contribuyen a las pérdidas. En ambos transistores se producen pérdidas de conducción, que pueden calcularse utilizando las ecuaciones (1) y (2). Un cálculo preciso puede incluir también las variaciones de la resistencia de conducción con la temperatura. También se producen pérdidas en otros elementos del circuito: bobina y condensador de salida, condensadores de entrada, circuito integrado, pistas, etc. De las anteriormente mencionadas, las más difíciles de estimar son sin duda las pérdidas en la bobina, las cuales deben ser calculadas conociendo las características detalladas del núcleo magnético y la forma de onda de corriente que circula por ella.
Figura 3. a) Reductor síncrono; b) Circuito equivalente para el análisis de MOSFET “lento”. NOV 09 | Mundo Electrónico
Los términos anteriores se mantienen más o menos constantes al incrementar la frecuencia de conmutación, y su cálculo no conlleva especial dificultad. Por lo tanto, el término clave que determina la disminución experimentada por el rendimiento es el que se refiere a las pérdidas de con-
transistor) se divide en subetapas, lo que se suele hacer es utilizar valores distintos según la tensión aplicada al comienzo de cada una de estas etapas. La clave del análisis clásico es la consideración de que el MOSFET es “lento” en comparación con el resto del
“En ambos transistores se producen pérdidas de conducción, aunque un cálculo preciso puede incluir también las variaciones de la resistencia de conducción con la temperatura” mutación. A continuación se expone el modelo clásico de conmutación de un MOSFET en un reductor síncrono. MODELO CLÁSICO: MOSFET “LENTO”, CIRCUITO “RÁPIDO” El circuito equivalente del convertidor reductor durante la conmutación del transistor HS se muestra en la figura 3. La fuente de corriente representa la bobina del filtro de salida; durante los instantes de tiempo en los que tiene lugar el proceso de conmutación, la corriente que circula por ella puede considerarse aproximadamente constante. Las capacidades parásitas del MOSFET se representan también en la figura 3. Es importante tener en cuenta que dichas capacidades varían con la tensión aplicada. Dado que el análisis del proceso de conmutación (ya sea el apagado o el encendido del
circuito: esto significa que la corriente de canal crece de manera lo suficientemente lenta como para que el efecto de las inductancias parásitas (que podrían limitar los cambios en la corriente de drenador) sea insignificante. Este comportamiento viene determinado por varios factores: capacidades del transistor elevadas, resistencia del circuito de puerta grande, transconductancia del transistor (gM) pequeña, etc. En la siguiente sección se da una ecuación que puede servir como guía para determinar el caso en que nos encontramos. Para todos los cálculos analíticos que involucren al MOSFET se utiliza una ecuación lineal que modela su comportamiento en zona lineal detallada en la ecuación (3). La figura 4 muestra las formas de onda características del proceso de