¿Por qué no puedes usar una bobina para transformar 5 voltios CC en 12 voltios CC?

¿Por qué no puede simplemente usar un transformador de bobina, como cuando desea obtener 240 voltios de la batería de un automóvil en lugar de un convertidor elevador? Encontré un hilo que despertó mi interés: ¿Cómo transformar 5V en 12V? . Quiero hacer algo similar para poder cargar cosas como una computadora portátil desde un paquete de batería de teléfono portátil de 5V.

Los transformadores no tienen una dirección fija. Podría, si aplica una señal de CA de corriente alta y bajo voltaje en el secundario, obtener una señal de corriente baja y alto voltaje en el primario. Pero depende de la carga, la eficiencia es baja, voluminosa. Al igual que i.stack.imgur.com/IsFNt.gif , es un transformador que se usa "al revés" para hacer sonar el timbre de un teléfono desde una fuente de 9V.
La batería de 5 V para cargar un teléfono emite un voltaje de CC. Necesitaría generar un voltaje de CA en una bobina para obtener un voltaje de CA más alto o más bajo.
Diseñé esto: falstad.com/circuit/… en un simulador de circuito, ¿funcionaría esto?
@J.Clarke no. no, no lo hará No de una batería de CC. Además, ¿18 amperios a 12 V para 100 mA a 5 V? vaya que mal
@Passerby ¿Por qué no funciona con una batería de CC?
@ J.Clarke Hay algunos conceptos que deben entenderse antes de pasar a los transformadores, CA, CC, etc. Siento que si trato de explicarle por qué los transformadores no pueden aumentar o disminuir los voltajes de CC, crearía más dudas que conocimientos. Entonces, mi sugerencia es que intente estudiar componentes más simples que ir directamente a los transformadores. Puede que no parezca tan complicado, pero los transformadores son un tema complejo. Verifique resistencias, capacitores y principalmente inductores, que es la base de los transformadores.
@PDuarte Solo para aclarar, aprendí y construí un convertidor de refuerzo de CC, un condensador, una resistencia y simplemente aprendí cómo usar diodos y transformación de CA a CC, "electricidad inalámbrica", cómo funciona una pistola de riel y un par de otros componentes como osciladores y reguladores de voltaje. ¿Qué debo aprender ahora?
Según recuerdo, la salida de un transformador es proporcional a la derivada de la entrada. (Entrada -> flujo, cambio de flujo -> salida). La derivada de una onda sinusoidal es otra onda sinusoidal, pero la derivada de una función constante es cero.
Immibis... ¿No crees que la palabra derivada es un poco técnica para que la entiendan los de 15 años?
entiendo totalmente todo lo publicado en esta página tengo aspergus y un alto coeficiente intelectual es tanto una maldición como una bendición;)
@ J.Clarke Entonces, le recomiendo que eche un vistazo a los inductores y la inductancia mutua para comenzar. Una vez que se comprenda la inductancia mutua, será fácil descubrir por qué los transformadores funcionan solo con CA.
El derivado de @soosai es como una matemática de secundaria o preparatoria.

Respuestas (4)

Para que quede claro: estamos hablando de convertir 5 V CC en 12 V CC .
La pregunta de 2013 es sobre DC-DC. Además, hay un .

Para que un transformador funcione, se debe crear un campo magnético variable en su interior. La corriente variable en el primer devanado (el llamado devanado "primario") crea un campo magnético variable, que a su vez crea una fuerza electromotriz en el devanado secundario. Esto no sucede cuando el primario se alimenta con CC pura.

Sin embargo, es posible hacer un convertidor CC-CC basado en transformador. La CC se corta para que el transformador se alimente con corriente variable. Esto normalmente se hace con interruptores de semiconductores. La salida del secundario del transformador se rectifica, lo que produce un voltaje de salida de CC.

Para un pequeño aumento en el voltaje (factor de 6x o menos), un convertidor elevador basado en inductor suele ser más práctico que uno basado en transformador (en general, aunque hay excepciones importantes).

No sabía que podías incrustar etiquetas. ¡Gracias! :)
Entonces, si coloco un oscilador entre el suministro de 5v CC y la bobina, ¿podría funcionar?
Si alimenta la salida del oscilador al primario del transformador, verá CA en el secundario. Entonces, podría funcionar.

Probablemente se esté preguntando por qué su circuito Falstad parece funcionar. El problema no es con el simulador. CircuitLab muestra el mismo comportamiento.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Esto sucede bajo las siguientes condiciones:

  1. La fuente de CC es ideal (sin resistencia).
  2. El transformador es ideal (sin pérdidas ni resistencia del lado primario).

Cuando aplica un voltaje a un inductor, la corriente aumenta con el tiempo. Si hay alguna resistencia, la corriente eventualmente se nivelará (CC), momento en el cual el inductor no hace nada. Pero sin resistencia, la corriente puede subir para siempre.

En un transformador ideal, esta corriente en constante aumento produce un voltaje y una corriente de CC en el lado secundario. Entonces , los transformadores ideales funcionan en CC. Pero no existe tal cosa como un transformador ideal. Agregue una pequeña resistencia como 0.1 ohmios entre su fuente de voltaje y el transformador, y verá que la salida del lado secundario decae bastante rápido.

Supongo que esto se ha preguntado antes, pero no lo encontré en una búsqueda superficial, así que daré una breve respuesta aquí.

Las bobinas solo transfieren energía de manera efectiva mientras la corriente a través de la bobina está cambiando. En un circuito de CC, la corriente a través de la(s) bobina(s) solo cambia notablemente inmediatamente después de que el circuito se cierra por primera vez, luego nuevamente justo después de que se vuelve a abrir el circuito. La corriente se acumula hasta que las pérdidas resistivas en la bobina, o la impedancia de la fuente, desperdician toda la energía disponible, sin una transferencia de energía significativa de una bobina a otra.

Para una (probablemente mejor) explicación más profunda, este artículo parece interesante.

¿Podría esto: falstad.com/circuit/… Funcionar?
Lo diseñé en un simulador de circuito, la bombilla es solo una carga ficticia y el suministro de voltaje de CC sería una batería de teléfono de 5v, ¿podría usar esto para cargar electrodomésticos de 12v de bajo voltaje (Muy bajo voltaje de menos de 10 w)
@ J.Clarke No, los transformadores no funcionan para CC. No puede simplemente arrojar cosas a ciegas en un simulador, debe diseñar un circuito y luego usar el simulador para verificar que su diseño se comporte como espera.
+1 @uint128_t Estoy de acuerdo. Los simuladores pueden detectar sus errores menores , pero a menudo no están programados para "captar" cosas importantes (como alimentar un transformador con CC) que los diseñadores simplemente no esperaban que nadie probara. En este caso, parece que eso es exactamente lo que le sucedió a su simulación.
@J.Clarke Este también es un momento apropiado para señalar que ese simulador es basura, ya que claramente no modela transformadores con precisión. Hay muchos otros simuladores que son considerablemente más capaces, LTSpice es gratuito y relativamente fácil de usar. Sin embargo, mi punto anterior aún se aplica: un simulador se usa mejor para verificar errores en un diseño, no para diseñar un circuito desde cero.
@ uint128_t Tal vez no sea tan basura como una "primera mirada" nos haría creer. Noté que tuvo que instalar un diodo y una tapa para que fallara. No vi ningún valor específico mostrado, pero el simulador podría estar prediciendo una transformancia de CA utilizando la tapa y la carga como un resonador 'tanque' para conducir las oscilaciones hacia el lado de la batería, donde la acción no lineal del diodo podría potencialmente amplifique lo suficiente para sostener las oscilaciones y, por lo tanto, la transferencia de energía acoplada a CA. Dicho esto, obviamente no muestra la intención declarada del OP.
@ RobhercKV5ROB Hmm, interesante. No sabía que el diodo y la tapa eran necesarios para que ese comportamiento funcionara. Ese es un comportamiento curioso.
@ uint128_t No garantizo que eso funcione ... solo supongo que esos componentes parecen que lo harían más plausible y podrían explicar por qué un simulador razonable podría mostrar que el circuito funciona. En cuanto a hacer un circuito oscilante que realmente lograría algo, no estoy seguro de estar listo para apostar de cualquier manera, pero parece tener un parecido (menos el transistor) con el "micro sstc" autoexcitante Circuitos de controlador de bobina de tesla que he visto, como este: hackadaycom.files.wordpress.com/2014/12/diagram.png - - No estoy seguro de que apueste a que funcione IRL aunque;)
Usted dice que la corriente a través de la bobina solo cambia notablemente después de que se cierra el circuito. ¿No va eso en contra del comportamiento de un inductor? Se supone que la corriente crece desde 0 a una tasa exponencial antes de establecerse en un valor cercano al que sería si el inductor estuviera ausente. ¿Me estoy perdiendo de algo?
@TisteAndii Ese es en realidad el punto exacto que estaba tratando de transmitir. A menos que tenga un inductor (físicamente MASIVO) con un valor irrazonablemente alto, la corriente a través del inductor, desde una fuente de CC, se establecerá en (increíblemente cerca de) un valor puramente resistivo demasiado rápido para tener un uso real como transformador ( para la mayoría de los inductores razonables montados en PCB, esto probablemente solo tomaría unos pocos milisegundos).
Bien... te refieres al inductor en el primario del transformador... la corriente en el primario se estabiliza demasiado rápido para inducir una fem en el secundario, ¿verdad?
@TisteAndii para inducir cualquier fem *duradero*/útil en el secundario, sí.

Creo que resolví mi pregunta solo use un convertidor de impulso (estúpido de mí: p) porque hacerlo de otra manera no es muy óptimo. Sin embargo, podría hacer:
Fuente de alimentación de CC -> Oscilador -> Transformador -> Rectificador -> Salida

Si utiliza un convertidor dc-dc de topología flyback, esto es más o menos lo que hace internamente (aunque una descripción completa de la función de topología flyback es un poco más compleja). - Para tu información, la mayoría de los cargadores portátiles de 5 V para teléfonos móviles (que funcionan con batería) ya utilizan un convertidor de CC a CC para aumentar la salida de la batería de 1,2 a 4,2 (dependiendo de la(s) batería(s) utilizada(s)) a la salida de 5V. Es posible que le resulte más eficiente comprar una batería y un convertidor elevador de 12 V para armarlos usted mismo, a diferencia de los convertidores CC-CC en cascada al "reimpulsar" la salida del cargador de celdas.
@ RobhercKV5ROB Gracias, ese es exactamente el tipo de respuesta que estoy buscando. Entonces, un convertidor elevador simplemente acumula una carga eléctrica (campo electromagnético) en la bobina del inductor, luego el mosfet corta la energía y hace que se bloquee y la carga vuelve a subir a través del cable a un voltaje / amperaje más alto y se suaviza con un capacitor. ¿por el camino? ¿está bien?
Así es como funciona un convertidor dc-dc de un solo inductor (ya sea topología boost, buck o buck-boost) (bueno, técnicamente es un campo magnético, en lugar de una carga eléctrica). En esos circuitos, el inductor se "carga" mientras el dispositivo de conmutación (generalmente MOSFET) está "encendido", luego se descarga a través del diodo de carga y adición, cuando el dispositivo de conmutación está "apagado". - Este artículo de wikipedia probablemente explica la teoría mejor que yo en los comentarios aquí: en.wikipedia.org/wiki/DC-to-DC_converter#Electronic_conversion
En la segunda lectura, otro detalle técnico es que en un convertidor elevador, el mosfet generalmente conecta el inductor a GND cuando conduce, y la fuente siempre alimenta al inductor (mientras que el diodo evita que el capacitor se descargue a través del MOSFET). En todos los convertidores "normales" de un solo inductor, la corriente a través del inductor nunca cambia de dirección, aunque en las topologías de un solo inductor reductor-elevador, la polaridad de la corriente del inductor aparece invertida en la carga, a diferencia de su apariencia en la fuente de alimentación.