Pregunta del convertidor de refuerzo

No me gusta la figura. Siempre hay un condensador en el lado de salida. Como mencionó, dado que la corriente a través del diodo es discontinua, debe haber un almacenamiento de energía para mantener el flujo de corriente de carga cuando el interruptor está cerrado y el inductor se está "cargando".

Por lo que entiendo en el siguiente esquema, cuando el interruptor se cierra, el inductor recibe una gran cantidad de corriente (ya que no tenemos carga). Entonces, la corriente se dispara por las nubes (¡no quiero dejar el interruptor cerrado demasiado tiempo!)

La corriente del inductor aumenta con el tiempo. Correcto, puede aumentar muy rápidamente, amperios en microsegundos. Es por eso que los interruptores operan a frecuencias muy altas (ahora hasta MHz para pequeños convertidores ~100W y 10-100 kHz para >100 W). Entonces, sí, la ondulación de corriente debe regularse apagando el interruptor y dejando que la corriente pase a través del diodo hacia el capacitor de salida.

Entonces, una vez que abrimos el interruptor, el voltaje aumenta porque el inductor resiste el cambio de corriente, por lo que el voltaje aumenta para resistir esto (todavía me confundo con el "por qué"... Desearía que hubiera una buena "agua" analogía para ello)

Una vez que se abre el interruptor, el diodo se enciende ya que la corriente debe fluir a alguna parte. Un diodo que conduce corriente tiene voltaje cero a través de él, por lo que el voltaje a través del inductor se define por la diferencia entre el voltaje a través de la tapa de salida y el voltaje de entrada, utilizando la ley de voltaje de Kirchhoff.

¿Es eso permanente? Quiero decir, supongamos que la "carga" era un condensador, por ejemplo, ¿almacenaría 20v? Quiero decir que seguramente el inductor no puede mantenerlo a 20v para siempre, ¿verdad?

El voltaje a través del inductor siempre está definido por las fuentes de voltaje. Como no se muestra en su figura, mire esta figura:

En el estado encendido, el voltaje del inductor está definido solo por el voltaje de entrada.

En el estado apagado, el voltaje del inductor se define por la diferencia entre los voltajes de entrada y salida.

El inductor seguirá cargándose y descargándose continuamente para mantener el voltaje de salida en un valor específico. En estado estacionario (carga constante), la cantidad promedio de energía proveniente del inductor al capacitor de salida será igual a la energía promedio consumida por la carga.

También una pregunta adicional, si tuviera un capacitor súper fuerte para la "carga", ¿podría almacenar ese alto voltaje en él? (como supongamos que tenemos un condensador de 200v) ¿podría almacenar 200v en él y luego liberarlo de alguna manera como una carga ENORME de una vez? (obviamente sería una mala idea ofc)

Por supuesto, idealmente, este convertidor elevador puede cargar un capacitor a cualquier voltaje. En realidad, la relación de impulso tiene un tope de ~10x debido a las clasificaciones del diodo/interruptor de alimentación, pero eso no es importante. Siempre que el diodo pueda bloquear 200 V y el capacitor pueda soportar una operación de 200 V, no hay nada más que la carga y el sistema de control para evitar voltajes aún más altos.

Si tuviera un condensador muy grande, tardaría mucho en cargarse y descargarse. Pero el funcionamiento del convertidor de potencia sería el mismo. Dado que el voltaje del capacitor depende de la cantidad de corriente que se usa para cargarlo y descargarlo, la corriente del inductor y la carga son las que realmente establecen la rapidez con la que cambia la carga del capacitor. Obviamente, todas las cargas tienen corriente definida. De manera similar, el inductor, el diodo y el interruptor de alimentación también tienen una corriente nominal y máxima. Lo mismo ocurre con el condensador de salida.

Este suele ser el tipo de diagrama que se usa para explicar un convertidor elevador: -

Y, en muchos sentidos, pierde el punto del control del interruptor.

Si desea (digamos) 20 V en la salida, eso significa que desea que se disipe cierta potencia en la carga de la resistencia. Es relevante pensarlo en estos términos porque, en cada ciclo de conmutación, está almacenando energía en el inductor y luego la libera en la carga. La cantidad de veces que hace esto por segundo ES la potencia entregada a la carga. NO hay regulación de voltaje inherente.

Entonces el flujo de la señal es: -

Energía (inductor) ---> potencia (frecuencia) ---> resistencia ---> voltaje

De ninguna manera es un regulador de voltaje, es un regulador de potencia y esto es realmente importante acerca de los amplificadores que hace que el sistema de control "invisible" sea tan profundamente importante de apreciar. La forma principal de controlar la energía (dado un voltaje de entrada constante) es usando el ciclo de trabajo del interruptor y, por lo tanto, el sistema de control invisible TIENE que medir el voltaje de salida y ajustar el ciclo de trabajo en consecuencia.

Muchos sistemas con cargas ligeras reducirán la frecuencia de forma masiva porque no pueden funcionar adecuadamente a menos de (digamos) un ciclo de trabajo del 0,1 %. Algunos operarán en modo de ráfaga cuando se desconecte la carga; hay mucho más en el sistema de control de lo que parece.

Si la resistencia de carga se abre en circuito, el ciclo de trabajo se vuelve (tiene que volverse) cero. Si el voltaje de entrada se duplica, el ciclo de trabajo tiene que reducirse a la cuarta parte para mantener el mismo flujo de energía hacia la carga de salida.

Entonces, una vez que abrimos el interruptor, el voltaje aumenta porque el inductor resiste el cambio de corriente, por lo que el voltaje aumenta para resistir esto (todavía me confundo con el "por qué"... Desearía que hubiera una buena "agua" analogía para ello)

Hay una analogía razonable con el agua de la siguiente manera:

Tienes una tubería desde un lago de montaña hasta tu casa. El lago de la montaña está 2 millas más alto que tu casa. El lago de montaña va a ser nuestra batería. La tubería, que podría tener bobinas, será nuestro inductor.

En su lugar, al final de la tubería, habrá un accesorio TEE, dos aberturas separadas. Este es el nodo donde se encuentran el transistor (interruptor) y el diodo.

Una de las aberturas de la tubería tiene una puerta accionada por resorte que el diodo mantiene cerrada. La otra abertura tiene una puerta que puedes abrir o cerrar y bloquear fácilmente, este será nuestro transistor.

La tubería está llena de agua estancada y ambas puertas están cerradas.

Abra la puerta del transistor y el agua se derramará por el suelo, en su mayor parte desperdiciada. Pero el agua comienza a fluir en la tubería cada vez más rápido. Tal vez 20 millas por hora de velocidad de la corriente de agua. ¡Ajá, actual!

Que el agua en movimiento tiene energía cinética:$(1/2) * mass *velocity^2$

Ahora, cierre de golpe la puerta del transistor y bloquee esa puerta.

Toda esa energía cinética almacenada en el agua en movimiento quiere hacer un tsunami (alta presión o voltaje) e intentará romper la puerta del transistor.

Es una suerte que haya suministrado una "puerta de diodo", cargada por resorte. La puerta accionada por resorte se abre, proporcionando un camino para toda esa agua en movimiento. El agua en movimiento (energía) es lo que utilizará, y también almacenará en su condensador, para suavizar el gran trago de energía del agua.

La energía almacenada en un inductor es$(1/2) * L * I^2$similar a la energía cinética anterior.

Esto no responde completamente a su pregunta, pero concede su deseo.