Buck-boost bihurgailu-en iturria ikusi

{{erreferentzia falta}}
[[Fitxategi:Buck_boost.png|thumb|Ir. 1: Buck-boost bihurgailuaren oinarrizko eskema]]
'''Buck-Boost bihurgailua''' DC-DC bihurgailua da, hau da, ez du korrontearen izaera aldatzen, baina bai anplitudea. Bi bihurgailuk osatzen dute: [[buck bihurgailu]]ak eta [[boost bihurgailu]]ak. Sarrerako eta irteerako seinaleak alderantzizkoak dira. Irteerako tentsioa kommutazio-transistorearen ziklo-denbora aldatuz doitu daiteke. Bihurgailu honen oztopoetako bat da ez duela lurrera loturiko terminal bat, eta honek zirkuitua konplexuagoa izatea eragiten du.

== Funtzionamendu-printzipioa 4 etengailurekin ==
[[Fitxategi:Basics_of_the_4-switch_buck-boost_converter.png|thumb|Ir. 2: Oinarrizko 4-switch topologia]]

[[Buck bihurgailu]]aren eta [[boost bihurgailu]]aren konbinazioa da printzipio honen oinarria; horregatik, buck nahiz boost moduan lan egin dezake. Etengailu batekin lan-zikloa kontrolatzen da, beste bat komunikaziorako erabiltzen da eta beste biak posizio zehatz batean geratzen dira.    

== Alderantzizko funtzionamendu-printzipioa ==
[[Fitxategi:Buckboost_conventions.svg|thumb|250x250px|Ir. 3: Buck-boost bihurgailuaren eskema]]
[[Fitxategi:Buckboost_operating.svg|thumb|200x200px|Ir. 4:Buck-boost bihurgailuaren bi egoera posibleak. Etengailua aktibatua dagoenean, iturriak hornitzen du harila eta kondentsadoreak erresistentzia. Etengailua irekia dagoenean, harilak ematen dio korrontea diodoari]]
Aktibo-egoeran, sarrerako [[tentsio iturri]]a [[harila|harilera]] (L) zuzenean konektaturik dago, eta honen ondorioz, energia harilean pilatzen da. Etapa honetan, kondentsadoreak irteerako karga elikatzen du. Desaktibatua dagoen egoeran [[harila]], [[Karga (elektrizitatea)|kargari]] eta [[Kondentsadore elektriko|kondentsadoreari]] lotua geratzen da; beraz, energia hariletik kargara eta kondentsadorera transferituko da.(ikus 2. irudia):

Buck-boost bihurgailuak hurrengo ezaugarriak ditu: 
* Irteerako tentsioaren polarizazioa sarrerakoaren aurkakoa izango da.
* Irteerako tentsioak modu jarraituan 0tik <math /> <math>\scriptstyle -\infty</math>-ra egiten du (bihurgailu ideala bada). Irteerako tentsioaren balioak,  buck eta boost bihurgailuetan hurrenez hurren, <math>\scriptstyle V_i</math>-tik 0ra eta <math>\scriptstyle V_i</math>-tik <math>\scriptstyle \infty</math>-ra egiten du; bihurgailu hau bien konbinazioa denez, bien balioak lor ditzake.

=== Kontzeptu orokorrak ===
Harilaren erreduktantziak korrontearen aldaketa azkarra ahalbidetzen du. Hasierako egoeran, ez dago kargatua eta etengailua irekia dago; [[etengailu]]a ixten denean, blokeoko [[diodo]]ak korrontea eskuineko aldera pasatzea eragozten du. Honen ondorioz, korrontea hariletik pasatzera behartua dago, baina harila ez da korronte-aldaketa azkar horrekin eroso sentitzen eta tentsio-erorketa gertatzen da. Pixkanaka, tentsio-erorketa hori geroz eta txikiagoa da, eta harilak energia [[eremu magnetiko]] moduan pilatuko du.

=== Modu jarraitua ===
[[Fitxategi:Buckboost_chronogram.svg|thumb|350x350px|Ir. 5: Modu jarraituan Buck-boost bihurgailuaren tentsioa eta korronte uhin formak]]
Harileko kommutazio-zikloa zerora heltzen ez bada, bihurgailua modu jarraituan lan egiten dagoelako da . (ikus 5. irudia):

<math>t=0</math>tik <math>t=T</math>-ra bihurgailua aktibo dago, beraz S etengailua itxita dago; hau dela eta, korronte-aldaketa harilean hurrengo moduan kalkulatzen da:

:<math>\frac{\operatorname{d}I_L}{\operatorname{d}t}=\frac{V_i}{L}</math>
Harileko korrontearen egoera hurrengoa da:

:<math>\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}}=\int_0^{D\,T}\operatorname{d}I_{\text{L}}=\int_0^{D\, T}\frac{V_i}{L} \, \operatorname{d}t=\frac{V_i\,D\,T}{L}</math>
:<math>\frac{\operatorname{d}I_{\text{L}}}{\operatorname{d}t}=\frac{V_o}{L}</math>
:<math>\Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=\int_0^{\left(1-D\right) T}\operatorname{d}I_{\text{L}}=\int_0^{\left(1-D\right) T}\frac{V_o\, \operatorname{d}t}{L}=\frac{V_o \left(1-D\right) T}{L}</math>

D ziklo denbora da, (T) periodoaren menpe dago, eta 0 eta 1 balioen artean egongo da aktibo dagoen bitartean.

:<math>E=\frac{1}{2}L\, I_{\text{L}}^2</math>

<span>Aktibo ez badago, hau da, itzalia dagoenean, S etengailua irekia egongo da eta korrontea kargatik pasako da. Tentsio-erorketa diodoan 0 bada eta kondentsadorea behar den tamainakoa bada, I</span><sub>L</sub> kalkulatzeko modua hurrengoa da:<math>\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}} + \Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=0</math>

<math>\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}}</math> eta <math>\Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}</math> bere espresioekin ordezkatuz:

<math>\Delta I_{\text{L}_{\text{On}}} + \Delta I_{\text{L}_{\text{Off}}}=\frac{V_i \, D\, T}{L}+\frac{V_o\left(1-D\right)T}{L}=0</math>

Azkenean, honako espresio hau lortuko da:

:<math>\frac{V_o}{V_i}=\frac{-D}{1-D}</math>
:Ziklo-denbora hurrengo moduan labur daiteke:
:<math>D=\frac{V_o}{V_o-V_i}</math>
Espresio hau aztertuz gero, irteerako tentsioaren polaritatea beti negatiboa dela ikus daiteke, ziklo-denbora 0tik 1era doalako. Polaritateaz gain, hemen ikusten da bihurgailua igotzailea edo erreduktorea izan daitekeela; horrexegatik deitzen da buck-boost bihurgailua.

=== Modu ez-jarraitua ===

Kargak energia gutxi behar duenean eta hau kommutazio-denbora baino denbora gutxiagoan transferitzen denean, periodoaren tarte batean hariletik igarotzen den korrontea nulua da. Aurreko kasuarekin duen desberdintasuna da harila kommutazio-zikloaren amaieran guztiz deskargatua dagoela. (ikus 6. irudia).

Aldaketa handia ez bada ere, eragin handia du ekuazioetan:


Ziklo hasieran, harileko korrontea zero izango da eta bere balio maximoa <math>I_{L_{\text{max}}}</math>, <math>t=D\,T</math> denean hurrengoa da:
:<math>I_{L_{\text{max}}}=\frac{V_i\, D\, T}{L}</math>

Desaktibatua dagoenean, ''I''<sub>L</sub> zero izango da δ.T-n:

:<math>I_{L_{\text{max}}}+\frac{V_o\, \delta\, T}{L}=0</math>

Aurreko bi ekuazioak erabiliz, δ lortuko da:
:<math>\delta=-\frac{V_i\, D}{V_o}</math>

<math>I_o</math>-k diodo-korrontearen (<math>I_D</math>) balio bera izango du. (ikus 6. irudia):
:<math>I_o=\bar{I_D}=\frac{I_{L_{\text{max}}}}{2}\delta</math>

<math>I_{L_{\text{max}}}</math> eta δ aurreko formulekin ordezkatuz gero:
:<math>I_o=-\frac{V_i\, D\, T}{2L}\frac{V_i\, D}{V_o}=-\frac{V_i^2\, D^2\, T}{2L\, V_o}</math>

Hau izango da irteerako tentsioaren irabazpena:

:<math>\frac{V_o}{V_i}=-\frac{V_i\, D^2 \, T}{2L\, I_o}</math>

Kasu honetan, irteerako tentsioaren irabazpena konplexuagoa da, ez dagoelako ziklo-denboraren menpe bakarrik, modu jarraituan gertatzen den bezala.

=== Modu jarraituaren eta ez-jarraituaren arteko muga ===

[[Fitxategi:Buck-boost_continuous_discontinuous.svg|thumb|350x350px|Ir. 6: Buck-boost bihurgailuan tentsio balio batera normalizatzen da]]
Bi moduen arteko muga egongo da induktoreko korrontearen kommutazio-zikloa zero denean.
:<math>D\, T + \delta \, T=T</math>
Ziklo-denbora hurrengo moduan labur daiteke:
:<math>D + \delta = 1\,</math>

Kasu honetan, irteerako korrontea <math>\scriptstyle I_{o_{\text{lim}}}</math> hurrengoa da:
:<math>I_{o_{\text{lim}}}=\bar{I_D}=\frac{I_{L_{\text{max}}}}{2}\left(1-D\right)</math>

Modu ez-jarraituko <math>\scriptstyle I_{L_{\text{max}}}</math> ordezkatuz:
:<math>I_{o_{\text{lim}}}=\frac{V_i\, D\, T}{2L}\left(1-D\right)</math>

<math>\scriptstyle I_{o_{\text{lim}}}</math> modu jarraitu eta ez-jarraituaren arteko limiteko korrontea denez, bi espresioetan agertu behar da.

Irteerako tentsioa modu jarraituan ordezkatuz gero:
:<math>I_{o_{\text{lim}}}=\frac{V_i\, D\, T}{2L}\frac{V_i}{V_o}\left(-D\right)</math>

* Tentsio normalizatua: <math>\scriptstyle \left|V_o\right|=\frac{V_o}{V_i}</math>
* Korronte normalizatua:<math>\scriptstyle \left|I_o\right|=\frac{L}{T\, V_i}I_o</math>

* Modu jarraituan: <math>\scriptstyle \left|V_o\right|=-\frac{D}{1-D}</math>
* Modu ez-jarraituan: <math>\scriptstyle \left|V_o\right|=-\frac{D^2}{2\left|I_o\right|}</math>
* Modu jarraituaren eta ez-jarraituaren arteko korrontearen limitea: <math>\scriptstyle I_{o_{\text{lim}}}=\frac{V_i\, T}{2L}D\left(1-D\right)=\frac{I_{o_{\text{lim}}}}{2\left|I_o\right|}D\left(1-D\right)</math>.
* Zehazki limiteko puntuan <math>\scriptstyle \frac{1}{2\left|I_o\right|}D\left(1-D\right)=1</math> da.
Adierazpen hauek 6. irudian ikusten dira. Modu jarraitu eta ez-jarraituaren arteko desberdintasuna argi ikus daiteke.(ikus 6.irudia)

== Zirkuitu ez-ideala ==

=== Erresistentzia parasitikoen efektua ===
[[Fitxategi:Buckboost_resistance.svg|thumb|300x300px|Ir. 7: Buck-bost bihurgailuaren irteerako tentsioaren bilakaera erresistentzia parasitikoak daudenean]]
Aurreko ataletan zirkuitua idealtzat hartu da; hau da, ez zeuden [[Erresistentzia elektriko|erresistentziako]] elementuak, eta, beraz, ez zegoen [[Potentzia (elektrizitatea)|potentzia]] galerarik. Baina hau errealitatean gertatzea ezinezkoa da. Horren ondorioz, potentzia galerak daude. Hala ere, azalpena errazteko, elementu ez-ideal bakarra [[harila]] izango da, eta ekuazioak ebazteko, harila eta erresistentzia bat seriean daudela suposatuko da.  Suposizio hau egokia da [[harila]] alanbrezko pieza bakarrez egina dagoelako. Kasu honetan, korrontea ''on'' nahiz ''off'' egoeran egon, hariletik pasako da.
:<math>V_i=\bar V_{\text{L}} + \bar V_S</math>

Hariletik pasatzen den batez besteko tentsioa hau da:
:<math>\bar V_{\text{L}}=L\frac{\bar{dI_{\text{L}}}}{dt}+R_{\text{L}}\bar I_{\text{L}}=R_{\text{L}}\bar I_{\text{L}}</math>
Etengailua ''on'' egoeran dagoenean <math>\scriptstyle V_S=0</math> da eta ''off'' egoeran dagoenean <math>\scriptstyle V_S = V_i - V_o</math> da. Hori dela eta, batez besteko tentsioa aldatu egiten da:
:<math>\bar V_S=D\, 0 + (1-D)(V_i-V_o)=(1-D)(V_i-V_o)</math>
Irteerako korrontea eta harilekoa deskonexio-egoeran aurkakoak dira:

:<math>\bar I_{\text{L}}=\frac{-I_o}{1-D}</math>
Irteerako korrontearen eta tentsioaren ondulazioa arbuiatuz gero, bihurgailua erresistibotzat jo daiteke:
:<math>\bar I_{\text{L}}=\frac{-V_o}{(1-D)R}</math>
Aurreko ekuazioetatik irteerako tentsioa lor daiteke:
:<math>V_i= R_{\text{L}}\frac{-V_o}{(1-D)R}+ (1-D)(V_i-V_o)</math>
 ''I''<sub>L</sub>-ren balioa hasieran eta amaieran berdina da:
:<math>\frac{V_o}{V_i}=\frac{-D}{\frac{R_{\text{L}}}{R(1-D)}+1-D}</math>
Harileko [[Erresistentzia elektriko|erresistentzia]] zero bada, kasu ideala da, baina RL-ren balioa handitzen den heinean, hau da harileko erresistentzia handitzen den heinean, tentsio-irabazpena jaitsi egiten da.

== Erreferentziak ==
{{Reflist}}

== Kanpo estekak ==
{{autoritate kontrola}}


{{Osagai elektronikoak}}

[[Kategoria:Elektronika]]