Tipos de convertidores interruptores de CC a CC

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Comparamos distintos tipos de convertidores de CC a CC, incluidos los modos lineal vs. conmutado, buck, boost, buck-boost y aislados basados en transformador, para que pueda elegir el correcto.

Modo lineal vs. conmutador

Un convertidor de CC a CC es una clase de suministro de energía que convierte una fuente de corriente continua (CC) de un nivel de tensión a otro. Hay dos tipos de convertidores de CC/CC: lineales y conmutados. Un convertidor de CC/CC emplea una disminución de tensión resistiva para crear y regular una tensión de salida determinada, un convertidor de CC/CC conmutado convierte mediante el almacenamiento de energía de entrada periódicamente y la posterior liberación de esa energía en la salida con una tensión diferente. El almacenamiento puede ser en un componente de campo magnético como un inductor o transformador, o en un componente de campo eléctrico como un capacitor. Los convertidores basados en transformadores proporcionan aislamiento entre la entrada y la salida.

El modo de conmutador ofrecen tres ventajas principales:

  • La eficiencia de conversión de energía es mucho mayor.
  • Dado que la frecuencia de conmutación es mayor, los componentes pasivos son más pequeños y la administración térmica se ve simplificada por las pérdidas menores.
  • La energía almacenada por un inductor en un regulador de conmutación puede transformarse en tensiones de salida que pueden ser menores que las de entrada (step-down o buck), mayores que la de entrada (boost), o buck-boost con polaridad inversa (inversor).
  • A diferencia de un conversor interruptor, un convertidor lineal solo puede generar una tensión que sea menor que la tensión de entrada. Si bien los conversores interruptores de CC/CC tienen muchas ventajas, también tienen algunas desventajas. Son ruidosos en comparación con un circuito lineal y requieren administración de la energía en forma de un lazo de control. Afortunadamente, los chips de controladores conmutados modernos hacen que la tarea de control sea sencilla.

    Convertidores de CC/CC no aislados

    En esencia, un conversor interruptor de CC/CC o regulador es un circuito que emplea un interruptor de potencia, un inductor, un diodo y un capacitor para transferir la energía de la entrada a la salida. Esto puede darse de diferentes formas según los tipos buck, boost o buck-boost (inversor) identificados anteriormente.

    Convertidor de reducción/Buck

    En un convertidor de reducción o buck típico y no aislado , la tensión de salida VOUT depende de la tensión de entrada VIN y el ciclo de trabajo de conmutación D del interruptor de potencia.

     0717 Switching DCDC Converters Step Down

    Figura 1: Topología fundamental de un convertidor CC/CC step-down o buck.

    Convertidor de elevación/Boost

    Un convertidor CC/CC boost fundamental utiliza la misma cantidad de componentes pasivos, pero ordenados de modo que aumenten la tensión de entrada para que la tensión de salida sea mayor que la de entrada.

    0717 Switching DCDC Converters Step Up

    Figura 2: Topología fundamental de un convertidor CC/CC boost.

    Convertidor Buck-Boost

    Un circuito CC/CC buck-boost típico permite que la tensión de CC de entrada aumente o disminuya según el ciclo de trabajo. La tensión de salida es la siguiente:

    VOUT = -VIN *D/(1-D)

    Como puede verse en la ecuación anterior, la tensión de salida es siempre inversa en polaridad respecto de la tensión de entrada. Es por esto que también se conoce al convertidor buck-boost como inversor de tensión. 

     0717 Switching DCDC Converters Buck Boost

    Figura 3: Topología típica de un convertidor CC/CC buck-boost.

    Convertidores de CC/CC aislados

    Hay dos tipos principales de convertidores de CC/CC aislados basados en transformador: flyback y forward. En ambos tipos, el transformador proporciona aislamiento entre la entrada y la salida.

    El tipo flyback opera como un buck-boost pero usa un transformador para almacenar la energía:  

     0717 Switching DCDC Converters Flyback

    Figura 4: Topología fundamental de un convertidor de CC/CC flyback basado en transformador.

    En una topología forward, el transformador se usa de forma tradicional para transferir energía desde el primerio al secundario cuando el conmutador está cerrado.

    Para estos ejemplos, el MOSFET para conmutación es representado por un conmutador ideal y se omite el circuito de control. Estos son convertidores de tipo asincrónico. No obstante, cuando se reemplaza el rectificador de diodo tradicional por un MOSFET para la rectificación, se denomina rectificación sincrónica y el convertidor se denomina convertidor de CC/CC sincrónico.

    ¿Está buscando más información acerca del suministro de energía? Para obtener más información acerca de cómo conmutar suministros de energía puede optimizar su diseño, consulte nuestro análisis de cómo funcionan los suministros de energía de modo conmutador.  Además, puede definir si su proyecto necesita un sistema de alimentación ininterrumpida. ¿Necesita una solución de CA/CC? Este artículo puede ayudarle a elegir la correcta.

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