Tipos de convertidores DC a DC conmutados
Comparamos diferentes tipos de convertidores de DC a DC, incluyendo lineales frente a conmutación, buck, boost, buck-boost, y aislados basados en transformador para que puedas elegir el adecuado.
¿Qué es un convertidor de CC? Convertidores lineales vs. de modo conmutado
Un convertidor DC/DC es una clase de fuente de alimentación que convierte una fuente de corriente directa (DC) de un nivel de voltaje a otro. Existen dos tipos de convertidores DC/DC: lineales y conmutados. Un convertidor DC/DC lineal utiliza una caída de voltaje resistiva para crear y regular un voltaje de salida determinado, mientras que un convertidor DC/DC conmutado almacena la energía de entrada periódicamente y luego libera esa energía a la salida a un voltaje diferente. El almacenamiento puede ser en un componente de campo magnético como un inductor o un transformador, o en un componente de campo eléctrico como un condensador. Los convertidores basados en transformador proporcionan aislamiento entre la entrada y la salida. Los convertidores DC/DC de modo conmutado ofrecen tres ventajas principales:
- La eficiencia de conversión de energía es mucho mayor.
- Debido a que la frecuencia de conmutación es más alta, los componentes pasivos son más pequeños y las pérdidas más reducidas simplifican la gestión térmica.
- La energía almacenada por un inductor en un regulador conmutado puede transformarse en voltajes de salida que pueden ser menores que la entrada (reductor o buck), mayores que la entrada (elevador o boost), o buck-boost con polaridad inversa (inversor).
A diferencia de un convertidor conmutado, un convertidor lineal solo puede generar un voltaje que es menor que el voltaje de entrada. Si bien existen muchas ventajas, también hay algunas desventajas con los conversores DC/DC conmutados. Son más ruidosos en comparación con un circuito lineal y requieren gestión de energía en forma de un bucle de control. Afortunadamente, los modernos chips controladores de modo conmutado facilitan la tarea de control.
Convertidores DC/DC no aislados
En esencia, un convertidor DC/DC conmutado o un regulador es un circuito que utiliza un interruptor de potencia, un inductor, un diodo y un condensador para transferir la energía desde la entrada hasta la salida. Estos pueden disponerse de varias maneras para realizar los tipos buck, boost o buck-boost (inversor) identificados anteriormente.
Convertidor reductivo/Buck
En un convertidor reductor o buck típico no aislado, el voltaje de salida VOUT depende del voltaje de entrada VIN y del ciclo de trabajo de conmutación D del interruptor de potencia.
Figura 1: Una topología fundamental de convertidor reductor o buck DC/DC.
Convertidor elevador/recuperador
Un convertidor elevador DC/DC fundamental utiliza el mismo número de componentes pasivos pero dispuestos para aumentar el voltaje de entrada de manera que la salida sea mayor que la entrada.
Figura 2: Una topología fundamental de convertidor elevador DC/DC.
Convertidor Buck-Boost
Un circuito típico de buck-boost DC/DC permite que la tensión de entrada DC sea aumentada o reducida, dependiendo del ciclo de trabajo. La tensión de salida se da como: VOUT = -VIN *D/(1-D) Como se ve en la ecuación anterior, la tensión de salida siempre tiene polaridad inversa con respecto a la entrada. Por lo tanto, un convertidor buck-boost también se conoce como un inversor de tensión.
Figura 3: Una topología típica de convertidor CC/CC buck-boost.
Convertidores DC/DC aislados
Hay dos tipos principales de convertidores DC/DC aislados basados en transformadores: flyback y forward. En ambos tipos, el transformador proporciona el aislamiento entre la entrada y la salida. El tipo flyback opera como un buck-boost pero utiliza un transformador para almacenar energía:
Figura 4: Una topología fundamental de convertidor DC/DC flyback basada en transformador.
En la topología directa, el transformador se usa de manera tradicional para transferir energía desde el primario al secundario cuando el interruptor está cerrado.
Para estos ejemplos, el MOSFET de conmutación se representa mediante un interruptor ideal y se omite el circuito de control. Estos son convertidores de tipo no sincrónico. Sin embargo, cuando el rectificador tradicional de diodo es reemplazado por un MOSFET para rectificación, se llama rectificación sincrónica y el convertidor se denomina convertidor sincrónico DC/DC.
¿Buscas más conocimiento sobre fuentes de alimentación? Para aprender más sobre cómo las fuentes de alimentación conmutadas pueden optimizar tu diseño, consulta nuestra descomposición de cómo funcionan las fuentes de alimentación conmutadas. También, puedes averiguar si tu proyecto necesita una fuente de alimentación ininterrumpida. ¿Necesitas una solución AC/DC? Este artículo puede ayudarte a elegir la correcta.
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