Convertidor reductor
Utilizar un regulador lineal de CC a CC es una de las formas más simples de reducir el voltaje de una fuente de CC. Sin embargo, dado que los reguladores lineales funcionan convirtiendo el exceso de energía en calor, son altamente ineficientes e inconvenientes para muchas aplicaciones. Una alternativa común para reducir el voltaje de CC es usar un convertidor reductor. Los convertidores reductores son utilizados en una amplia cantidad de aplicaciones, incluyendo la conversión del voltaje principal en computadoras a un nivel más bajo que pueda ser utilizado por los procesadores.
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El modelo
Un convertidor reductor es una fuente de alimentación conmutada que utiliza dos interruptores (generalmente un diodo y un transistor), un inductor y un condensador para convertir el voltaje de corriente continua de un nivel más alto a uno más bajo. Cuando el interruptor está apagado, la corriente del inductor circula libremente a través del diodo. Cuando el interruptor está encendido, la corriente del inductor aumenta y no pasa por el diodo. En este ejemplo, estudiamos la diferencia de eficiencia entre un convertidor reductor y un regulador Zener (lineal) simple al convertir un voltaje de entrada (Vin) de 24 V a un voltaje de salida (Vout) de 12 V.
Un modelo de un convertidor reductor y un regulador Zener creado en System Modeler a partir de componentes estándar.
Resultados de simulación
Tanto el convertidor reductor como el regulador Zener producen un voltaje de salida de 12 V y una corriente de carga de 1 A. Sin embargo, tenga en cuenta el efecto de rizado causado por el convertidor reductor. El rizado de salida es una de las principales desventajas de utilizar una fuente de alimentación conmutada.
Voltaje de salida. El recuadro muestra el rizado del voltaje de salida..
Corriente de carga.
Si bien sufren de rizado en el voltaje de salida, los convertidores reductores son mucho más eficientes que los reguladores lineales debido a que se desperdicia muy poca energía en pérdidas resistivas. En este caso particular, el convertidor reductor ha sido modelado utilizando un interruptor de potencia e inductor ideales, lo cual hace que su eficiencia sea ligeramente irrealista. Sin embargo, incluso cuando se tiene en cuenta la no idealidad, los convertidores reductores aún pueden alcanzar una eficiencia del 95% o más.
La eficiencia de los circuitos del convertidor reductor y el regulador Zener se muestra como la relación entre la energía de entrada proporcionada por la fuente de voltaje y la energía de salida en la carga. Como podemos ver, alrededor del 50% de la energía de entrada en el circuito del regulador Zener se pierde como calor, mientras que el convertidor reductor alcanza una eficiencia de casi 100%.
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