Que Es Un Regulador/Convertidor Buck Reductor - Funcionamiento Y Filtrado.

Dado que la potencia es un parámetro clave en muchos diseños, los reguladores reductores o "buck" son muy utilizados. Aunque una resistencia permita bajar la tensión, se pierde potencia, y en aplicaciones como los numerosos artículos alimentados por baterías que se utilizan hoy en día, el consumo de energía es un elemento crucial.

Por ello, los convertidores conmutados reductores o, como se denominan más comúnmente, los reguladores "buck", se utilizan ampliamente.

Reducción lineal

La forma más básica de transición reductora consiste en utilizar una resistencia como divisor de potencial o reductor de tensión. En algunos casos, también se puede utilizar un diodo zener para estabilizar la tensión.

El problema con esta forma de reductor de tensión o convertidor reductor es que es muy derrochador en términos de energía. Cualquier tensión que caiga a través de la resistencia se disipará en forma de calor, y cualquier corriente que fluya a través del diodo zener también disipará calor. Ambos elementos suponen una pérdida de energía valiosa.

Convertidor o regulador buck básico

El circuito fundamental de un convertidor reductor o buck consiste en un inductor, un diodo, un condensador, un interruptor y un amplificador de error con un circuito de control del interruptor.

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El circuito del regulador buck 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 buck o regulador buck puede verse que 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.

Normalmente el interruptor se controla mediante un modulador de anchura de pulso, permaneciendo el interruptor 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 Buck

Cuando el interruptor del regulador Buck está encendido, la tensión que aparece a través del inductor es Vin - Vout. Utilizando las ecuaciones del inductor, la corriente en el inductor aumentará a un ritmo de (Vin-Vout)/L. En este momento el diodo D está en polarización inversa y no conduce.

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Cuando el interruptor se abre, la corriente debe seguir fluyendo ya que el inductor trabaja para mantener la misma corriente fluyendo. Como resultado, la corriente sigue fluyendo a través del inductor y hacia la carga. El diodo D forma entonces el camino de retorno con una corriente Idiode igual a Iout fluyendo a través de él.

Con el interruptor abierto, la polaridad de la tensión a través del inductor se ha invertido y, por tanto, la corriente a través del inductor disminuye con una pendiente igual a -Vout/L.

El circuito del convertidor reductor puede explicarse mejor examinando las formas de onda de la corriente en diferentes momentos del ciclo global.

En el diagrama de las formas de onda de la corriente para el convertidor buck / regulador de conmutación, se puede ver que la corriente del inductor es la suma del diodo y la corriente de entrada / interruptor. La corriente fluye a través del interruptor o del diodo.

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También cabe destacar que la corriente media de entrada es menor que la corriente media de salida. Esto es de esperar porque el circuito del convertidor buck es muy eficiente y la tensión de entrada es mayor que la de salida.

Suponiendo un circuito perfecto, la potencia de entrada sería igual a la de salida, es decir, Vin ⋅ In = Vout ⋅ Iout. Aunque en un circuito real habrá algunas pérdidas, cabe esperar niveles de eficiencia superiores al 85% para un circuito bien diseñado.

También se verá que hay un condensador de suavización colocado en la salida. Esto sirve para asegurar que la tensión no varía de forma apreciable, especialmente durante los tiempos de transición y conmutación. También será necesario para suavizar los picos de conmutación que se produzcan.

Filtrado de entrada y salida del regulador

Un aspecto clave de los reguladores de fuentes de alimentación conmutadas es el filtrado de entrada y salida. Se trata de un problema particular debido a la conmutación que se produce en la entrada.

En realidad, el voltaje de ondulación en la salida depende no sólo de la suavización de la salida, sino también de un condensador de filtro de entrada.

CISPR 22: Norma EN 55022 De Compatibilidad Electromagnética - FCC 47 CFR Parte 15: FCC Parte 15