CONVERTORUL MIXT DE CURENT CONTINUU(BUCK-BOOST)
In multe aplicatii ale convertoarelor tensiunea de iesire trebuie sa poata fi modificata in limite largi, situate sub si peste tensiunea de intrare.In acest scop a fost conceput convertorul mixt(buck-boost) care poate functiona atat in regim coborator de tensiune cat si in regim ridicato r de tensiune.
Fig. 2.14 Schema de principiu si implementarea convertorului mixt(buck-boost)
Fig. 2.15 Circuitele echivalente ale convertorului mixt( buck-boost)
Pe durata MTs tranzistorul Q este comandat sa conduca la saturatie, iar dioda D este polarizata invers de tensiunea Vi+Ve si este blocata.Se formeaza circuitul in care Vs este osursa care modeleaza caderea de tensiune emitor –colector la saturatie.In momentul MTs tranzistorulQ comuta invers, iar curentul mentinut de inductorul L se va inchide prin circuitul de sarcina si dioda D. Pe intervalul de timp t€ [MTs,Ts], se formeaza circuitul in care sursa VD modeleaza caderea de tensiune la conductie directa pe dioda D.
Daca in paralel cu rezistorul de sarcina R este o capacitate C suficient de mare astfel ca Ve = const.
Scriind echilibrul volt-secundelor tensiunii vL ,in conditii ideale (Vs = VD = 0), rezulta:
ViMTs = Ve(1-M)Ts
→
Daca M<0,5→Ve<Vi, iar daca M>0,5→Ve>Vi, deci convertorul poate asigura la iesire o tensiune care poate fi atat mai mica ,cat si mai mare ca tensiunea de intrare.
Pentru calculul circuitului magnetic al inductorului si pentru alegerea componentelor Q si D, intereseaza deducerea solicitarilor acestora in tensiune si curent.Daca se egaleaza energia electrica debitata de sursa Vi cu cea disipata pe rezistorul R intr-o perioada Ts se obtine:
ViILMTs = 
in care IL este curentul mediu prin inductor.Riplul acestui current este:
∆ILMTs = 
Fig. 2.16 Formele de und ace caracterizeaza functionarea convertorului mixt(buck-boost)
Fig. 2.17 Caracteristica de reglaj a convertorului mixt
Valoarea medie a curentului de colector al tranzistorului Q, IQ, se obtine din relatia:
ILMTs = IQTs,→IQ
= MIL =
Iar cea a curentului din dioda D,ID:
IL(1-M)Ts = IDTs,→ID
= (1-M)IL = 
Valoarea maxima a curentilor prin inductor ,dioda si transistor este aceeasi si este data de relatia:
ILmax = IQmax
= IDmax = IL+
∆iL= 
Tensiunea maxima collector-emitor aplicata pe Q si tensiunea inverse maxima pe dioda D se calculeaza cu relatia:
VQmax = VDimax
= Ve+Vi = 
Pentru proiectare se pleaca de la domeniile de variatie ale tensiunii de intrare( Vimin…Vimax) si rezistentei de sarcina (Rmin…Rmax) si se determina plaja de variatie necesara pentru M: (Mmin…Mmax).Cu aceste marimi se determina solicitarile maxime in tensiune si current.Se constata ca aceste solicitari cresc foarte mult pe masura ce M→1.
La convertorulmixt ne propunem sa analizam efectul asupra randamentului prezentat de comutatorul real.Un prim aspect este pus in evidenta de prezenta surselor Vs si VD, care modeleaza caderile de tensiune pe transistor si dioda.
Randamentul de intrare al convertorului se poate defini astfel:
ηi
Pe intervalul t€ [MTs,Ts] Q este blocat, conduce D, iar randamentul de iesire al convertorului se poate defini astfel:
ηe = 
Se constata ca daca tensiunea de iesire Ve este mica, comparabila cu caderea de tensiune VD, randamentul ηe devine foarte mic.
Deci randamentul total al convertorului este :
η =ηiηe
Scriind echilibru volt-secundelor tensiunii vL in conditii reale:
(Vi-Vs)MTs
= (Ve+VD)(1-M)Ts, 
de unde rezulta:
De fapt randamentul real este inca si mai mic datorita pierderilor de energie la comutatie.Energia pierduta la comutatia inversa a tranzistorului este proportionala cu aria marginita de curba iQ vQ si axa timpului.Pierderile la comutatie reduce randamentul cu atat mai mult cu cat frecventa de lucru este mai mare.
Prin inductorul L curentul circula in permanenta, functionarea facandu-se in asa numitul mod de conductie continua(MCC).Daca factorul de comanda scade sub o anume valoare, intervalul de timp cat Q este blocat devine atat de mare incat curentul prin inductor se va anula inainte ca tranzistorul sa fie comandat din nou sa conduca, iar un astfel de regim de lucru, se numeste mod de conductie discontinua(MCD).
Fig. 2.18 Forme de unda corespunzatoare modului de conductie discontinua
La t = 0,Q este comutat direct, iar la t = MTs este comutat invers.Spre deosebire de regimul de lucru MCC, din momentul MTs, cand dioda D intra in conductie, curentul iD continua sa circule doar pana in momentul t1 = (M+M1)Ts.
Rezulta vL = 0, iD = 0.
Fig. 2.19 Circuitul echivalent al convertorului dupa anularea curentului prin inductor
Relatile deduse anterior pentru regimul MCC nu mai sunt valabile si pentru regimul MDC.
Scriind echilibrul volt-secundelor tensiunii vL
ViMTs = VeM1Ts
, 
Daca toate componentele sunt ideale ,deci randamentul de conversie este 100% energia debitata de sursa Vi este egala cu energia disipata pe rezistorul R pe o perioada Ts:
Ecuatia caracteristicii de reglaj devine :
Regimul MCD incepe sa apara in momentul in care factorul de comanda M indeplineste in ecuatia:
M1Ts‹(1-M)Ts,
Se obseva ca daca convertorul lucreaza in MCD tenmsiunea de iesire depinde atat de factorul de comanda M cat si de rezistenta de sarcina, ceea ce constituie un neajuns important al acestui regim de lucru.
El poate fi evitat daca se permite curentului prin inductor sa circule in ambele sensuri. Aceasta cerinta complica considerabil schema convertorului , dublandu-se componentele cu care se realizeaza comutatorul.
Fig. 2.20 Convertorul mixt (buck-boost) care permite ambele sensuri de circulatie a curentului prin inductor
Cele doua tranzistoare Q1 si Q2 se comanda sa conduca in contratimp.
Fig. 2.21 Forme de unda pentru tensiunile de comanda a tranzistoarelor si curentului prin inductor
Pe intervalul t€ [t1,MTs] conduce Q1, iar curentul prin inductorul L,iL>0.In momentul MTs se comuta invers Q1 si se comanda conductia lui Q2.Q2 nu intra totusi in conductie, curentul iL inchizandu-se prin sarcina si D2.Dioda D1 este polarizata invers de tensiunea ViD1=Vi+Ve.In momentul t = t2, iL(t2) = 0, iar pe intervalul t€[t2, Ts] iL<0, sensul curentului prin inductor se inverseaza , circulatia efectuandu-se pe traseul L,Q2,C.
In momentul t = Ts se comuta invers Q2 si se comanda sa conduca Q1 care nu intra efectiv in conductie, iL inchizandu-se prin D1 si Vi.
Abia in momentul t = t1, cand se inverseaza curentul prin inductor , intra in conductie Q1, apoi functionarea se repeta.Pe intervalul t€ [t1,Ts] sursa Vi debiteaza energie electrica , iar pe intervalul t€[0, t1] primeste energie.
Energia totala furnizata de Vi este ViILMTs>0, deoarece curentul mediu prin inductor IL >0. Deci transferal de putere se face de la sursa Vi catre rezistorul de sarcina R.
Daca in circuitul de sarcina se introduce o baterie de acumulatoare , sau indusul unei masini de current continuu , pentru o anume valoare a factorului de
Intrucat curentul mediu prin inductor IL<0, transferal de putere se va face de la circuitul de sarcina la sursa Vi.
Presupunand ca in circuitul de sarcina este bateria de acumulatoare, convertorul permite fie incarcarea fie descarcarea acestei baterii,deci ar putea sa constituie un sistemde alimentare de rezerva de c.c.
