Una de las ventajas de la tecnología de fuentes de alimentación conmutadas es que puede utilizarse para crear un convertidor/regulador elevador. Los convertidores o reguladores Boost se utilizan en muchos casos, desde la provisión de pequeños suministros cuando se necesitan tensiones más altas hasta requisitos de potencia mucho más altos.

A menudo se necesitan tensiones más altas que las proporcionadas por la fuente de alimentación disponible; un ejemplo son las tensiones para los amplificadores de potencia de RF de los teléfonos móviles.

Conceptos básicos del convertidor elevador

El circuito del convertidor boost tiene muchas similitudes con el convertidor buck. Sin embargo, la topología del circuito del convertidor boost es ligeramente diferente. El circuito fundamental de un convertidor boost o elevador consta de un inductor, un diodo, un condensador, un interruptor y un amplificador de error con un circuito de control del interruptor.

El circuito del convertidor elevador funciona variando la cantidad de tiempo en que el inductor recibe energía de la fuente.

En el diagrama de bloques básico, el funcionamiento del convertidor elevador puede verse como la tensión de salida que aparece a través de la carga es detectada por el amplificador de sentido/error y se genera una tensión de error que controla el interruptor.

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Normalmente, el interruptor del convertidor boost está controlado por un modulador de anchura de pulso, que permanece encendido durante más tiempo a medida que la carga consume más corriente y la tensión tiende a caer, y a menudo hay un oscilador de frecuencia fija para controlar la conmutación.

Funcionamiento del convertidor Boost

El funcionamiento del convertidor boost es relativamente sencillo. Cuando el interruptor está en la posición ON, la salida del inductor se conecta a tierra y la tensión Vin se coloca a través de ella. La corriente del inductor aumenta a una velocidad igual a Vin/L.

Cuando el interruptor se coloca en la posición OFF, la tensión a través del inductor cambia y es igual a Vout-Vin. La corriente que circulaba por el inductor decae a una velocidad igual a (Vout-Vin)/L.

Refiriéndose al diagrama del circuito del convertidor boost, las formas de onda de la corriente para las diferentes áreas del circuito se pueden ver como abajo.

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En los diagramas de las formas de onda se puede observar que la corriente de entrada al convertidor boost es mayor que la corriente de salida. Suponiendo un convertidor boost perfectamente eficiente

Es decir, sin pérdidas, la potencia de salida debe ser igual a la de entrada, es decir, Vin ⋅ Iin = Vout ⋅ Iout. De esto se deduce que si la tensión de salida es mayor que la de entrada, la corriente de entrada debe ser mayor que la de salida.

En realidad, ningún convertidor boost carece de pérdidas, pero en la mayoría de los suministros se pueden alcanzar niveles de eficiencia de alrededor del 85% o más.

Convertidor Buck-Boost / Regulador DC-DC

Un simple convertidor Buck sólo puede producir tensiones inferiores a la de entrada, y un convertidor Boost, sólo tensiones superiores a la de entrada. Para proporcionar tensiones en todo el rango se requiere un circuito conocido como convertidor buck-boost.

Hay muchas aplicaciones en las que se necesitan tensiones superiores e inferiores a la de entrada. En estas situaciones se requiere un convertidor buck-boost.

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Conceptos básicos del convertidor Buck-Boost

El convertidor DC-DC buck-boost ofrece un mayor nivel de capacidad que el convertidor buck o el convertidor boost por separado, por lo que, como es de esperar, pueden ser necesarios componentes adicionales para proporcionar el nivel de funcionalidad necesario.

Hay varios formatos que se pueden utilizar para los convertidores buck-boost:

+Vin, -Vout: Esta configuración de un circuito convertidor buck-boost utiliza el mismo número de componentes que los convertidores buck o boost simples. Sin embargo, este regulador buck-boost o convertidor DC-DC produce una salida negativa para una entrada positiva. Aunque esto puede ser necesario o se puede acomodar para un número limitado de aplicaciones, normalmente no es el formato más conveniente.

Cuando el interruptor está cerrado, la corriente se acumula en el inductor. Cuando el interruptor se abre, el inductor suministra corriente a la carga a través del diodo.

Obviamente, las polaridades (incluido el diodo) dentro del convertidor buck-boost pueden invertirse para proporcionar una tensión de salida positiva a partir de una tensión de entrada negativa.

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+Vin, +Vout: El segundo circuito del convertidor buck-boost permite que tanto la entrada como la salida tengan la misma polaridad. Sin embargo, para conseguirlo se necesitan más componentes. El circuito de este convertidor buck boost se muestra a continuación.

En este circuito, ambos interruptores actúan conjuntamente, es decir, ambos están cerrados o abiertos. Cuando los interruptores están abiertos, la corriente del inductor aumenta. En un momento adecuado, los interruptores se abren. El inductor suministra entonces corriente a la carga a través de un camino que incorpora ambos diodos, D1 y D2.