Forma de onda del convertidor reductor

El condensador sirve para un par de propósitos:

• Mejora de la respuesta transitoria
• Reducción de ondulación
• Bucle de carga/descarga de alta frecuencia para el inductor

El punto clave a entender es que el inductor es el elemento primario de almacenamiento y transferencia de energía en el suministro, no el capacitor. En su función de transferir energía, el inductor se encuentra en uno de dos estados:

• 'Cargando': el interruptor del lado alto está encendido, la corriente fluye del suministro a la carga, el flujo del inductor está aumentando (almacenando energía).
• 'Descarga': el interruptor del lado alto está apagado, el voltaje del inductor se invierte, la corriente fluye del inductor a la carga y regresa a través del diodo de captura, el flujo del inductor está disminuyendo (liberando energía).

El capacitor suaviza el voltaje que surge de este ciclo de almacenamiento y liberación. Forma una ruta de derivación de alta frecuencia para la ondulación de corriente del inductor, que finalmente regresa al inductor. Cuanto más pequeño es el condensador, mayor es la ondulación.

En este punto me gustaría presentarles el simulador de circuito de Falstad . Esta herramienta en línea le permite crear y compartir simulaciones visuales e interactivas que brindan una sensación práctica de los circuitos mientras se ejecutan. A diferencia de SPICE y sus derivados, puede modificar dinámicamente los valores de los componentes sin tener que reiniciar el simulador cada vez.

Aquí hay un convertidor reductor básico ( pruébelo aquí ):

Intente modificar los valores del inductor y la tapa del filtro y vea el efecto en la ondulación.

Tenga en cuenta también que hay un truco de fiesta: arrancar la unidad de puerta n-FET de lado alto . Esta técnica crea un voltaje que está por encima de Vin para controlar la puerta, utilizando la forma de onda del interruptor del inductor como fuente de CA. Es por eso que ve algunos reguladores que necesitan una tapa para un pin 'BOOT': usan un n-FET de lado alto y, por lo tanto, necesitan generar ese voltaje

Y aquí hay otro truco de fiesta: conmutación síncrona . Esto reemplaza el diodo de captura con pérdida con un FET de bajo Rds (encendido) ( simularlo aquí ):

Esta técnica mejora la eficiencia, ya que el FET del lado bajo tiene una caída de IR cercana a cero, en comparación con la caída de tensión directa de aproximadamente 0,3 V incluso para el mejor diodo de captura Schottky.

¿Por qué la corriente de entrada no es cero ya que el inductor la bloquea cuando se enciende y aumenta gradualmente?

Para un inductor no energizado, i = 0 en t = 0+. Pero para un inductor energizado, la corriente cuando se le acaba de aplicar un voltaje es igual a la corriente justo antes de que se le aplicara el voltaje.

Los convertidores reductores funcionan en dos modos: modo de conducción continua (CCM) y modo de conducción discontinua (DCM). En su ejemplo, el convertidor reductor está operando en CCM.

En CCM, la corriente del inductor nunca cae a cero. De ahí el nombre de 'conducción continua'. Es por eso que hay una corriente distinta de cero que fluye a través del inductor cuando se enciende el interruptor.

En DCM, la corriente del inductor cae a cero durante el tiempo de apagado del interruptor. De ahí el nombre de 'conducción discontinua'. En este caso, la corriente del inductor será cero cuando el interruptor se encienda, pero esto solo se debe a que el inductor no estaba energizado antes de que se encendiera el interruptor.

¿Cuál es el papel del condensador en su terminal de salida? ¿Se utiliza para suavizar la ondulación del voltaje?

Sí. Sin el condensador de salida, la carga obtendría una salida de CC pulsada, al igual que en un rectificador de media onda/onda completa sin filtro. Intente simular un convertidor reductor con y sin condensador de salida y vea los resultados.