Nuestro anterior artículo sobre fuentes de alimentación conmutadas se han tratado los conceptos básicos de la conversión de potencia y se han esbozado las principales diferencias entre fuentes de alimentación conmutadas y lineales. También hemos establecido que existen dos categorías principales de topologías SMPS: convertidores no aislados y convertidores lineales. convertidores aislados.
En este artículo examinaremos más detenidamente convertidor no aislado topologías.
Convertidor Buck (reductor)
Como su nombre indica, el convertidor reductor o buck convierte una tensión de entrada superior en una tensión de salida inferior estabilizada. No está aislado y es ideal para reducir tensiones como convertidor de CC a CC. Se trata de un circuito relativamente sencillo con la corriente inductora controlada por un interruptor superior y un diodo.
Cuando el interruptor está EN, la energía se transfiere tanto a la carga como al inductor L.
Cuando el interruptor está OFF, Cuando la tensión del inductor se invierte y el diodo en vacío se polariza hacia delante, la energía almacenada en el inductor L suministra la carga a través de D y L.
En LC proporciona un filtrado muy eficaz de la corriente del inductor. Por lo tanto, el buck y sus derivados tienen características de rizado de salida muy bajas. Normalmente, el buck funciona siempre en modo continuo (la corriente del inductor nunca cae a cero), donde las corrientes de pico son más bajas y los requisitos del condensador de suavizado son menores.
La tensión de salida depende del EN y OFF tiempo, es decir, el ciclo de trabajo del impulso de onda cuadrada y la expresión para la tensión de salida es la siguiente:
D es el ciclo de trabajo del interruptor superior, definido como el tiempo de conducción dividido por un periodo de conmutación
Ventajas
- El convertidor Buck es muy sencillo y sólo requiere un interruptor de potencia
- La eficiencia del regulador Buck es de aproximadamente 90%
- El coste y el tamaño son bajos
- La variación de la tensión de línea tiene una gran tolerancia
Desventajas
- El circuito de realimentación del regulador PWM requiere un rizado de salida mínimo para regular correctamente
Aplicaciones
- Equipos portátiles a pilas como RAM, CPU, USB, etc.
Convertidor Boost (Step-Up)
Como su nombre indica, el convertidor elevador o boost convierte una tensión de entrada más baja en una tensión de salida estabilizada más alta.
Cuando el interruptor está EN, diodo D polarización inversa y la energía se almacena en L y condensador C suministra corriente a la carga.
Cuando el interruptor está OFF, la energía almacenada en L se transfiere a la carga a través de L y D.
La tensión de salida puede ser superior a la de entrada debido a la suma de la tensión prealmacenada en L y VEN.
La corriente suministrada al condensador de alisado de salida desde el convertidor es la corriente del diodo, que siempre será discontinua. Esto significa que el condensador de salida debe ser grande, con una baja resistencia en serie equivalente (e.s.r) para producir una ondulación de salida relativamente aceptable. Esto contrasta con los requisitos del condensador de salida del buck.
La corriente de entrada boost es la corriente continua del inductor, lo que proporciona un bajo rizado de entrada. Esta característica hace que el convertidor boost sea una opción ideal para la aplicación de corrección del factor de potencia, lo que significa que el convertidor boost es un prerregulador, colocado antes del convertidor principal. Sus funciones principales son regular la alimentación de entrada y mejorar considerablemente el factor de potencia de la línea. Este requisito se ha vuelto muy importante en los últimos años, para mejorar el factor de potencia de la alimentación de red.
La salida sólo depende de la entrada y del ciclo de trabajo:
Ventajas
- Este convertidor es capaz de elevar la tensión con el menor número de componentes posible.
- La corriente de entrada es continua, lo que es muy deseable para fuentes como la fotovoltaica o la batería.
- El interruptor utilizado aquí tiene la masa común con la fuente, lo que facilita la disposición del circuito de accionamiento y del circuito de control.
Desventajas
- La corriente de carga del condensador de salida es discontinua, lo que da lugar a un condensador de mayor tamaño y a problemas de EMI.
Aplicaciones
- Circuitos de corrección del factor de potencia
- Coches eléctricos
- Sistemas de alimentación por batería
Convertidor Buck-Boost (reductor/elevador)
El regulador de conmutación Buck-Boost es una combinación del convertidor Buck y el convertidor Boost que produce una tensión de salida invertida (negativa) que puede ser mayor o menor que la tensión de entrada en función del ciclo de trabajo. El convertidor buck-boost es una variación del circuito convertidor boost en el que el convertidor inversor sólo entrega la energía almacenada por el inductor L, a la carga. Tanto la corriente de entrada como la de salida son pulsantes, por lo que es muy difícil conseguir niveles de rizado bajos con el buck-boost. Se necesitan condensadores de filtro de salida muy grandes, normalmente hasta 8 veces los de un regulador buck.
Cuando el interruptor está EN, el diodo se polariza en sentido inverso y la energía se almacena en L y el condensador C suministra corriente a la carga.
Cuando el interruptor está OFF, la energía almacenada en L se transfiere a la carga a través de L y diodo polarizado hacia delante D.
La expresión para la tensión de salida es
Ventajas
- La tensión de entrada puede ser superior o inferior a la tensión de salida regulada
Desventajas
- Tensión de salida invertida
- El conmutador no tiene conexión a tierra, lo que significa que se necesita un traductor de nivel en el circuito de salida PWM que puede añadir coste y complejidad al diseño.
Aplicaciones
- Estabilización de la potencia de las células fotovoltaicas
Comparación
| Buck | Aumentar | Buck-Boost | |
| Tensión de salida |  |  |  |
| Potencia (W) | 0-1000 | 0-150 | 0-150 |
| Rango del ciclo de trabajo | 0 a 1 | 0 a < 0,8 | 0 a < 0,8 |
| Almacenamiento de energía | Inductor simple | Inductor simple | Inductor simple |
| Características | Corriente continua en la salida | Corriente continua en la entrada | Sin corriente continua en la entrada y la salida |
En nuestro próximo artículo analizaremos convertidor asimétrico aislado topologías y sus aplicaciones.
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