Entendiendo el Convertidor Boost

Sé que el interrogador ha aceptado una respuesta, pero no creo que sea suficiente tal como está, así que ofrezco lo que considero una mejor versión de las cosas. El principal problema es que creo que el artículo de la wiki también podría ser mejor. Establece que un convertidor elevador es un tipo de SMPSU....

... que contenga al menos dos interruptores semiconductores (un diodo y un transistor) y al menos un elemento de almacenamiento de energía, un condensador, un inductor o ambos en combinación.

Creo que la única forma razonable de convertidor elevador utilizado en electrónica siempre contiene un inductor y un condensador. Aquí hay un diagrama más razonable que se muestra más adelante en el mismo artículo de wiki: -

Antes de que el interruptor se cierre por primera vez, se puede ver que el capacitor y la resistencia están conectados al suministro entrante ($V_I$) a través del diodo. Esto precarga la tapa para$V_I$menos una caída de diodo (0,6 V para diodos normales y tal vez 0,3 V para un diodo schottky). El flujo de corriente es aproximadamente$\dfrac{V_I}{R}$.

Cuando el interruptor se cierra por primera vez, la corriente del inductor se acumula a partir de$\dfrac{V_I}{R}$a un valor mayor. Cabe señalar en este punto que el diodo evita que el interruptor descargue energía del capacitor de salida porque tiene polarización inversa.

Cuando se abre el interruptor, la corriente del inductor quiere seguir fluyendo en la misma dirección y, el camino más fácil de tomar es a través del diodo y esto empuja energía "nueva" hacia el capacitor (cargándolo ligeramente). Parte de esa energía fluye hacia la resistencia/carga, pero la mayoría carga el capacitor (en aplicaciones convencionales).

Después de algunos ciclos, el voltaje del capacitor ahora comienza a aumentar más que el suministro entrante y esto es lo que intenta hacer un regulador de impulso.

Suponiendo que la resistencia de carga tiene un valor fijo y la relación espacio-marca permanece constante (por el bien de esta explicación), llega un punto en el que la cantidad de energía utilizada por la resistencia de carga (por ciclo de conmutación) coincide con la cantidad de energía liberada del inductor. Se alcanza el equilibrio y se puede decir lo siguiente: -

Energía almacenada cargando el inductor x frecuencia de conmutación = potencia disipada en la resistencia de carga.

Este es un tipo simple de convertidor elevador DCM. Los convertidores CCM dejan energía residual en el inductor y operan a una corriente de inductor promedio más alta y están más allá del alcance de esta explicación simple.

Por ejemplo, si la carga tomaba 10 W y el interruptor conmutaba a 100 kHz, la energía del inductor almacenada (y liberada) =$\dfrac{10}{100,000}$= 100$\mu J$. Por supuesto, habrá una pequeña pérdida en el diodo, pero esa ecuación de energía le permite calcular el tamaño del inductor necesario y el ciclo de trabajo del interruptor.

Si la resistencia de carga aumenta, para mantener el mismo voltaje en la salida, el ciclo de trabajo del interruptor debe disminuir y, si la resistencia de carga disminuye, el ciclo de trabajo del interruptor debe aumentar para mantener el mismo voltaje en la salida.

¡No hay matemáticas para eso! Suponiendo que se refiera a este diagrama: _{(fuente: wikimedia.org )}

Básicamente, tiene un suministro, cuando el interruptor está cerrado, el campo magnético alrededor del inductor comienza a acumularse. Cuando se abre el interruptor, hay una caída en la corriente debido al aumento de la resistencia del circuito. Como a los inductores no les gustan especialmente los cambios de corriente, el campo magnético alrededor del inductor colapsa, generando corriente en la misma dirección que la batería. Esto pone los dos en serie y listo, los voltajes se suman, dándote un voltaje más alto.

¡Espero que esto ayude!

Dos puntos más:

1. El capacitor de salida es necesario, antes de que el sistema alcance el estado estable o el equilibrio, recibe energía de la descarga del inductor en cada ciclo de conmutación, como resultado su voltaje aumenta. Sin embargo, este voltaje delta durante cada ciclo de conmutación es pequeño en comparación con VIN o VOUT, por lo que puede pensar que VOUT es constante durante cada ciclo de conmutación, de modo que hay un voltaje constante (VOUT-VIN o voltaje delta) entre el inductor, por lo tanto, un Corriente de descarga lineal para inductor. Por cierto, antes de alcanzar el estado estacionario, VOUT-VIN se vuelve cada vez más grande (debido a que el voltaje en el capacitor se acumula por muchos ciclos de conmutación), por lo que puede esperar una pendiente más pronunciada para la curva de descarga de corriente del inductor.
2. La resistencia de carga también es necesaria. Como puede imaginar, el convertidor solo puede aumentar (aumentar) el voltaje, sin importar cuán pequeño sea el ciclo de trabajo, aún carga el capacitor de salida. Para alcanzar el estado estable, el sistema también necesita la resistencia de carga para reducir el voltaje. Hay un caso muy extremo cuando desconecta la resistencia de carga, el convertidor entrará en el modo de salto de pulso (el sistema aún cambia debido a la corriente de fuga), o el voltaje de salida aumentará por encima del VOUT deseado.