Optimización de Convertidores DC/DC: Técnicas Buck/Boost Multifase e Interleaving

DC/DC Buck/Boost Multifase o Interleaving: Con el doble objetivo de aumentar la potencia del convertidor y reducir el rizado debido a la conmutación presente en la corriente entregada por este hacia el Sistema de Almacenamiento, se plantea el uso del Convertidor Buck/Boost multifase o Interleaving. El control consiste en determinar la consigna de corriente total que se desea gestionar en el Sistema de Almacenamiento i_OUT (en amplitud y polaridad) y generar las consignas de corriente de salida i_L para cada convertidor Buck/Boost individual como la división de esta corriente total i_OUT entre el número de convertidores Buck/Boost individuales de los que se compone el convertidor completo. De esta forma, todos los convertidores Buck/Boost individuales gestionan la misma corriente MEDIA y, por lo tanto, también la misma potencia MEDIA (potencia MEDIA total/número fases). La corriente i_OUT de salida resulta de la suma instantánea de las Corrientes en cada inductancia. En el convertidor Buck-Boost multifase, las órdenes de conmutación entre interruptores de fases adyacentes están desfasadas 360º/N grados, lo que provoca que el rizado en la corriente de salida i_OUT sea muy reducido en comparación con el rizado de corriente de la corriente en cada inductancia de fase.

Interleaving: Profundizando en la Técnica

Interleaving: Más información: La topología del Convertidor DC/DC Interleaved permite aumentar el número de fases con el objetivo de minimizar la corriente y también el valor inductivo de las inductancias de cada fase; esto posibilita que las inductancias de fase puedan ser pequeñas. Existe, sin embargo, un punto a partir del cual la suma de un mayor número de fases (semiconductores) y, por lo tanto, de inductancias comienza a ser contraproducente. Para un mismo número de fases, corriente por fase y valor inductivo, es posible reducir aún mucho más el rizado de corriente en las inductancias de fase (y, por lo tanto, también en la corriente de salida i_OUT del Convertidor), aumentando la frecuencia de conmutación. El aumento de la frecuencia de conmutación posibilita el emplear inductancias de menor valor inductivo a costa de la generación de mayores pérdidas en los módulos semiconductores (es por ello por lo que por encima de los 5kHz se recomienda el uso de semiconductores de Carburo de Silicio SiC en lugar de los clásicos de Silicio). Tal y como se explica en el Anexo 1, el diseño de la inductancia de fase depende de las características frecuenciales de la corriente que atraviesa la inductancia. A mayor componente de alta frecuencia, la pletina pasa de ser sólida de cobre a hilo de Litz, mientras que si la inductancia emplea núcleo ferromagnético se pasa de emplear acero al silicio a material nanocristalino o ferrita.