Control de balance y de fase con ePLL en convertidores buck con interleaving Juan Astrada * , Maximiliano Asensio † , Cristian H. De Angelo * , Federico M. Serra † * Instituto de Investigaciones en Tecnolog´ ıas Energ´ eticas y Materiales Avanzados (IITEMA). Grupo de Electr´ onica Aplicada (GEA)-CONICET, Facultad de Ingenier´ ıa - Universidad Nacional de R´ ıo Cuarto (UNRC). † Laboratorio de Control Autom´ atico (LCA), Facultad de Ingenier´ ıa y Ciencias Agropecuarias (FICA), Universidad Nacional de San Luis (UNSL) y CONICET. * e-mail: jastrada@ing.unrc.edu.ar Resumen—En este trabajo se propone una estrategia para el control de la diferencia de fase y el balance de las corrientes de rama en convertidores buck con interleaving y control por modos deslizantes. La propuesta consiste en la determinaci´ on de la fase de la componente fundamental de la funci´ on de deslizamiento mediante lazos de enganche de fase ePLL (enhanced Phased- Locked Loop) y el control de la amplitud de la regi´ on de deslizamiento. El balance de valor medio de las corrientes de rama se implementa mediante un control asim´ etrico de la amplitud de la regi´ on deslizamiento. La estrategia admite la reconfiguraci´ on del n ´ umero de ramas, la secuencia y la diferencia de fase con el prop´ osito de lograr tolerancia a fallas, incrementar la eficiencia y reducir el ripple de tensi´ on a bornes de la carga. La propuesta se verifica mediante simulaci´ on para un convertidor buck de tres ramas y topolog´ ıa maestro-esclavo. Palabras clave—CC-CC, buck, interleaving, enhanced Phased- Locked Loop I. I NTRODUCCI ´ ON El modo de operaci´ on interleaving en convertidores electr´ onicos CC-CC buck permite reducir el ripple de tensi´ on a bornes de la carga, mediante la cancelaci´ on arm´ onica de las corrientes de rama [1]. Para un mismo ripple y en relaci´ on a un convertidor de una ´ unica rama, la operaci´ on en interleaving permite una mayor densidad de potencia, la posibilidad de operar a frecuencias de conmutaci´ on reducidas y admite filtros de salida de menor capacidad. La reducci´ on de las exigencias de corriente nominal, proporciona adem´ as, una mayor confiabilidad, eficiencia y cierto grado de tolerancia a fallas al permitir la operaci´ on con un menor n´ umero de ramas. No obstante, estas caracter´ ısticas se logran a expensas de una topolog´ ıa con un mayor n´ umero de dispositivos, tanto activos como pasivos, y mayores exigencias en el dise˜ no y en la implementaci´ on del sistema de control. La reducci´ on del ripple mediante la cancelaci´ on arm´ onica de las corrientes de rama exige valores adecuados de amplitud y fase [2], [3]. En convertidores con modulaci´ on por ancho de pulso o PWM (Pulse-Width Modulation), la diferencia de fase entre las corrientes de rama est´ a determinada por el desfase relativo de las portadoras PWM [4]. En este caso, un control adecuado del ciclo de trabajo permite mantener el balance de las corrientes de rama e incrementar la eficiencia [5]. Sin embargo, en las implementaciones basadas en control por modos deslizantes, son necesarias estructuras de control adicionales para lograr el desfase requerido. En [1] se describe una propuesta para lograr el desfase de las corrientes de rama para una topolog´ ıa maestro-esclavo y control por modos deslizantes. La propuesta adopta como referencia la fase de una de las corrientes de rama (ma- estro) e implementa funciones de deslizamiento auxiliares para establecer la fase de las ramas restantes (esclavos). No obstante, la propuesta no considera la corriente de rama en la definici´ on de las funciones de deslizamiento y por tanto, es susceptible a desbalances como resultado de las variaciones param´ etricas [6]–[8]. La estrategia presenta adem´ as, restric- ciones en cuanto a la amplitud de la tensi´ on de salida y el m´ ınimo n´ umero de ramas activas necesarias para garantizar la existencia de una condici´ on de deslizamiento [9]. Por este motivo, la reconfiguraci´ on del n´ umero de ramas con el prop´ osito de incrementar la eficiencia con corrientes de carga reducidas o en caso de falla, se encuentra limitada. En [10] se propone una estrategia de control de balance de las corrientes de rama mediante el control de la amplitud de la regi´ on de deslizamiento. No obstante, su implementaci´ on requiere considerar la amplitud, el signo y los l´ ımites de la regi´ on de deslizamiento. Con el prop´ osito de lograr el balance con un costo computacional reducido, en [11] se propone el control de la pendiente de las funciones de deslizamiento mediante sumadores condicionales. Al igual que en [1], estas propuestas requieren la medici´ on y/o el control de la frecuen- cia de conmutaci´ on para lograr un desfase adecuado entre las corrientes de rama [9], [12], [13], en tanto que el balance de corriente requiere de lazos de control adicionales para ajustar el ancho de pulso de las funciones de conmutaci´ on. En este trabajo se describe una estrategia de control por modos deslizantes y topolog´ ıa maestro-esclavo con ePLL. La propuesta implementa el control de la fase de las corrientes de rama a trav´ es del control de la amplitud de la regi ´ on de desliza- miento y la fase de la componente fundamental de la funci´ on de deslizamiento. De este modo, es posible la reconfiguraci´ on sin restricciones de la fase relativa y del n´ umero de ramas activas, mediante un simple cambio de referencia. Por otra parte, el balance en el valor medio de las corrientes de rama se implementa mediante el control asim´ etrico de la amplitud de la