A Single-Input Bipolar-Output (SIBO) DC-DC Boost Converter for Solar Generators and On-Chip Power Delivery: Modeling and Experimental Assessment of the So-Called Perilla Converter

Los convertidores de potencia híbridos que encadenan etapas de condensadores conmutados con convertidores CC/CC de conmutación convencionales basados en LC han surgido recientemente como soluciones prometedoras para aplicaciones que requieren un bus de CC bipolar, como los sistemas fotovoltaicos y los controladores OLED integrados en chip. Sin embargo, a pesar de sus claras ventajas en eficiencia, compacidad y simplicidad de implementación, su adopción ha sido limitada debido a la falta de un modelado preciso y de validación experimental. Las técnicas de modelado tradicionales a menudo no logran capturar el comportamiento estático y dinámico de estas topologías híbridas. Algunos trabajos previos o bien descuidaron las pérdidas capacitivas o bien se basaron en modelos equivalentes empíricos sin una metodología claramente definida.

El convertidor elevador Perilla SIBO (Single-Input Bipolar-Output) es un ejemplo representativo de esta nueva clase de convertidores híbridos, ya que integra una etapa elevadora convencional de un solo inductor y una sola salida (SISO) con un inversor de condensadores conmutados. En trabajos anteriores, se derivó un modelo estático para el convertidor elevador Perilla utilizando la aproximación de rizado pequeño y principios de balance de carga, asumiendo condensadores de salida iguales y condiciones de carga balanceadas, pero sin considerar la estimación de la eficiencia. Este artículo amplía el modelo previo para tener en cuenta cargas desbalanceadas y desajustes en las capacitancias de salida, e introduce una nueva expresión analítica para estimar la eficiencia del convertidor.

Se presenta un modelado estático integral y una evaluación experimental bajo condiciones de operación realistas. El modelo se valida mediante un prototipo que opera con un rango de tensión de entrada de 3 V a 10 V y entrega una potencia de salida entre 1 W y 20 W. El modelo propuesto alcanza un error porcentual absoluto medio del 5,76 % y una desviación estándar del 5,68 %, lo que lo convierte en una herramienta fiable para la predicción del rendimiento en régimen permanente. El modelado dinámico del convertidor, así como el desarrollo de una metodología de diseño sistemática, quedan fuera del alcance de este trabajo.