Cada dispositivo electrónico necesita una fuente de alimentación adecuada. En la mayoría de los casos, simplemente conectemos el enchufe al enchufe. Vale la pena señalar, sin embargo, que hay pocos dispositivos alimentados por 230 V CA disponibles en el enchufe, mientras que con mucha más frecuencia los dispositivos necesitan voltaje CC con un potencial mucho menor para funcionar correctamente.

Para proporcionarlos, los fabricantes de equipos diseñan secciones de potencia adecuadas, a menudo muy complejas, o equipan el dispositivo con un puerto al que conectamos el extremo de una fuente de alimentación enchufable clásica. También puede suceder que el dispositivo necesite varios voltajes de diferentes valores para su correcto funcionamiento. En este caso, los desarrolladores deben reducir o, en ocasiones, aumentar el voltaje de entrada.

Tres formas de suministro de energía: convertidor, divisor de voltaje, estabilizador lineal

Básicamente, hay tres formas de alimentar: la sección de potencia puede basarse en un divisor de voltaje, estabilizador lineal o convertidor. Cada uno de los métodos se puede utilizar para reducir el voltaje, pero solo los convertidores le permiten aumentarlo.

Divisor de voltaje

La primera forma de implementar una sección de potencia que podemos cumplir son sistemas basados ​​en el divisor de voltaje. El funcionamiento de dicho sistema se basa en la ley de Ohm y el voltaje depositado en las resistencias individuales. Al manipular su valor, podemos obtener voltaje de cualquier valor en la salida, pero será menor que el voltaje de entrada. Sin embargo, este método de alimentar el dispositivo tiene algunos inconvenientes. El primero es la eficiencia de corriente - divisor de voltaje está hecho de resistencias, cuya potencia suele ser muy pequeña. Cualquier corriente más alta hará que las resistencias se quemen muy rápidamente. Por supuesto, se pueden usar resistencias más potentes, pero esto aumentaría significativamente el precio de dicho sistema. La segunda gran desventaja es el hecho de que el divisor siempre se diseña en relación con un valor específico del voltaje de entrada. Cuando aumenta o disminuye, el voltaje de salida también cambiará.

Estabilizadores lineales

Los estabilizadores lineales son la segunda opción, gracias a las cuales bajaremos la tensión de entrada. Producidos con mayor frecuencia en forma de elementos con tres patas, son bastante comunes en equipos de servicios públicos. Su tarea es muy simple: mantener constante el voltaje de salida, independientemente del voltaje de entrada. Por supuesto, tenga en cuenta que el voltaje de entrada debe ser mayor que el voltaje de salida. Los elementos de este tipo se caracterizan por un precio bajo, pero tienen un problema con la generación de calor. Cada diferencia de estabilizador lineal entre el voltaje de entrada y el valor deseado del voltaje de salida debe convertirse en energía térmica. Como resultado, incluso a bajas corrientes, los elementos se calientan muy rápidamente, lo que obliga al uso de disipadores de calor adicionales, lo que por supuesto se traduce en mayores costos de tal solución.

Convertidores de voltaje

La tercera opción para implementar un sistema de alimentación es basarlo en un convertidor de voltaje. Consta de varios elementos básicos: una bobina, un transistor de conmutación, condensadores, resistencias y un diodo de silicio. Como es fácil de notar, el convertidor de voltaje es un dispositivo mucho más complejo, en comparación con las soluciones presentadas anteriormente. Vienen en varios tipos y pueden aumentar y disminuir el voltaje de salida en relación con el voltaje de entrada.

¿Por qué elegir un convertidor de voltaje?

Los convertidores de voltaje se caracterizan por una característica útil en el proceso de diseño de dispositivos electrónicos: la eficiencia. Como ya sabemos, la pérdida de potencia es una gran desventaja de los estabilizadores lineales. En este sentido, los convertidores son mucho más económicos. Cada convertidor de voltaje tiene un parámetro definido como eficiencia, se expresa como un porcentaje y se refiere a la relación entre la potencia de salida y la potencia extraída de la fuente. En otras palabras, si el dispositivo tiene una eficiencia del 80%, significa que el 20% se pierde en forma de calor emitido principalmente sobre el transistor y la bobina. Sin embargo, es importante saber que la eficiencia no es un valor constante y depende de las condiciones de operación del convertidor, principalmente de la tensión de alimentación, tensión de salida y corriente de carga.

A pesar de las ventajas, los convertidores de voltaje también tienen una desventaja – las interferencias. Debido a su construcción y principio de funcionamiento, la tensión de salida del convertidor no es perfectamente constante. Esto puede ser un problema si necesitamos alimentar un circuito que necesita un voltaje perfectamente constante. En este caso, debe colocarse en la salida del inversor un filtro RC.

Los convertidores de tensión, gracias a sus pequeñas dimensiones y alta eficiencia, se pueden utilizar en casi todas partes. Al diseñar cualquier dispositivo, vale la pena elegir este tipo de elementos.

Convertidor de voltaje – ¿Cómo funciona?

El convertidor de voltaje es un elemento de impulso que, en gran medida, reduce la tensión encendiéndolo (encendido y apagado alternos). Este proceso es tan rápido que no interfiere con el funcionamiento del dispositivo o sistema alimentado. El elemento de control para la conmutación mencionada en convertidores CC/CC suele ser el transistor MOSFET. Sin embargo, para que aparezca voltaje de CC en la salida del dispositivo, se necesitan elementos adicionales como condensadores y una bobina (estrangulador). Mientras que los condensadores juegan el papel de solo filtros aquí, el elemento inductivo está diseñado para almacenar energía mientras el dispositivo está funcionando, para devolverla más tarde. Además, se debe colocar un diodo de silicio en el circuito del convertidor para controlar la dirección de la corriente que fluye.

Convertidores de voltaje: tipos

Hay varios tipos de convertidores de voltaje disponibles en el mercado, los más populares son:

• convertidor step-down (buck) – reduce la tensión,
• convertidor step-up (boost) – aumenta la tensión,
• convertidor step-up/down (SEPIC) – el dispositivo puede subir y bajar el voltaje de entrada.

Además, también existen otras construcciones, las más interesantes de ellas son:

• convertidor forward (convertidor de aceleración) – tipo de convertidor CC/CC basado en un transformador. Es un elemento de un solo paso – la energía extraída de la fuente se transfiere a la salida en tiempo real. Gracias al uso de un transformador, la fuente de alimentación de tipo forward permite la separación galvánica de entrada y salida. Los convertidores de rendimiento se utilizan en fuentes de alimentación conmutadas, cuya potencia no supera varios cientos de vatios, y en máquinas de soldadura con inversor.
• convertidor Flyback (convertidor de parada) – un tipo de convertidor CC/CC que también utiliza separación galvánica de entrada y salida. Es un dispositivo de dos tiempos, en el primer ciclo la energía se almacena en el campo magnético de la bobina para ser devuelta en el segundo ciclo. Estos tipos de sistemas se utilizan principalmente en fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia.

Convertidor de voltaje: ¿a qué prestar atención al elegirlo?

La elección del convertidor adecuado depende principalmente del equipo que se esté diseñando. Si queremos diseñar un pequeño dispositivo portátil, vale la pena prestar atención a los convertidores en versión miniatura. Con equipos más grandes, podemos utilizar convertidores de mayores dimensiones con un disipador de calor incorporado para facilitar la disipación del calor. Además, se debe especificar el tipo de convertidor necesario – step-up, step-down o step-up/down.

Si queremos las menores pérdidas de energía posibles, conviene equiparnos con convertidores de tensión de máxima eficiencia. Por defecto, la eficiencia de este tipo de dispositivos está en el rango de 80-95%. Además, también vale la pena recordar los parámetros básicos del convertidor, tales como: corriente de salida máxima, rango de voltaje de salida y rango de voltaje de entrada.

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