Teoría Del Regulador De Conmutación: Regulación En Modo Conmutado Basada En Condensadores E Inductores.

Dentro de cualquier fuente de alimentación conmutada, es el regulador conmutado o regulador de conmutación el que proporciona la regulación de la tensión. El regulador de conmutación puede utilizarse solo o como parte de una fuente de alimentación completa.

Los reguladores de modo conmutado se presentan en diversas formas, pero cada uno de ellos podrá proporcionar la regulación de la tensión utilizando un elemento de conmutación en serie que carga un condensador de reserva cuando la tensión cae por debajo de un nivel predeterminado.

Conceptos básicos de los reguladores de conmutación

La base del regulador conmutado gira en torno a la capacidad de los inductores y condensadores para almacenar energía. Los condensadores y los inductores son elementos integrales de la tecnología del regulador de modo conmutado.

Capacitancia: Si se aplica una corriente a un condensador, éste se carga gradualmente y la tensión a través de él aumenta linealmente a un ritmo igual a I/C, donde es la corriente aplicada y C es la capacidad. En este caso, la tensión a través del condensador no puede cambiar instantáneamente.

Cuando se produce un cambio instantáneo en la corriente, la tensión cambia linealmente. Esto supone que se utiliza una fuente de corriente con una capacidad de tensión infinita].

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Inductor: Para un inductor, no es posible que haya un cambio instantáneo en la corriente. En cambio, cuando se aplica una tensión, la corriente aumenta linealmente con el tiempo a una velocidad igual a V/L, donde V es la tensión aplicada y L es la inductancia.

Utilizando las ecuaciones estándar es posible determinar los perfiles de corriente y tensión:

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La energía de la corriente creciente se almacena en el campo magnético asociado al inductor. Si la corriente que circula por el inductor se interrumpe repentinamente, el campo magnético reacciona contra esto y produce una "contrafase" muy alta para contrarrestar el cambio.

Una vez vistos los conceptos fundamentales o básicos que subyacen a la conmutación de tensiones y corrientes a condensadores e inductores, estos conceptos básicos pueden aplicarse a las soluciones de los reguladores de modo conmutado para proporcionar una variedad de escenarios para los circuitos de subida y bajada de tensión.

Como la tecnología utiliza técnicas de conmutación en las que el elemento en serie está encendido o apagado, este enfoque proporciona niveles de eficiencia mucho mejores que un lineal en el que se disipa energía.

Regulación en modo conmutado basada en condensadores

El concepto básico del regulador de modo conmutado basado en condensadores se muestra en el diagrama. Cuando el interruptor está cerrado, la corriente puede fluir hacia el condensador de reserva y proporcionar carga. Cuando la tensión en el condensador está en el nivel requerido, el interruptor se abre y la carga tomará corriente del condensador.

Cuando la tensión cae, el circuito de control lo detecta y el interruptor en serie se vuelve a activar para que la tensión del condensador alcance el nivel requerido.

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Este circuito no es tan eficaz como puede pensarse a primera vista. Aunque el único elemento resistivo en el circuito teórico es la carga, ésta no es la única forma en la que se pierde energía, ya que al cargar un condensador directamente desde una fuente de tensión o un condensador se disipa tanta energía como la que se transfiere al condensador. Por ello, los reguladores de modo conmutado no pueden utilizar únicamente técnicas de conmutación de condensadores.

Regulación en modo de conmutación basada en inductores

También es posible utilizar inductores como elemento en los reguladores de modo conmutado.

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El inductor puede utilizarse para transferir energía de una fuente de tensión a otra. Mientras que una simple resistencia puede ser utilizada como un gotero para bajar el voltaje cuando se transfiere de una fuente de voltaje a un voltaje más alto a uno más bajo, esto es muy derrochador en términos de energía. Si se utiliza un inductor, se transfiere toda la energía, suponiendo un inductor perfecto.

El uso de un inductor tiene la ventaja de que se puede transferir energía de una fuente a otra independientemente de los valores respectivos de tensión y de sus polaridades. Para conseguirlo se requiere, obviamente, una configuración adecuada.

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Cuando los interruptores están en las posiciones mostradas anteriormente, la tensión V1 se aplica a través del inductor y la corriente i1 se acumula a una velocidad igual a V1/L. Por lo tanto, el valor de pico obtenido será proporcional al tiempo que los interruptores estén en esta posición, es decir, (V1/L) x t

Cuando los interruptores se invierten, la corriente continuará fluyendo a una tasa i2 que es igual a -V2/L.

Como un inductor ideal no disipa energía, no hay pérdida de potencia en un sistema ideal que utilice un inductor de esta manera. En consecuencia, este método de transferencia de energía es la base de todos los reguladores de conmutación.