¿Qué es un Convertidor CC/CC?
Un convertidor CC-CC es un dispositivo de alimentación que produce tensiones CC de diferentes voltajes a partir de una fuente de alimentación CC que emite una tensión constante.
Un convertidor se denomina elevador cuando produce una tensión superior a la tensión CC de entrada, y reductor cuando produce una tensión inferior.
Usos de los Convertidores CCｰCC
Los convertidores CC-CC se utilizan en equipos electrónicos para proporcionar una tensión de alimentación adecuada a algunos circuitos.
Generalmente, los equipos electrónicos funcionan con alimentación comercial (CA), pero los circuitos electrónicos necesitan una fuente de alimentación de CC, por lo que la alimentación comercial se convierte una vez en CC. Este circuito de alimentación se denomina convertidor CA/CC.
Por otro lado, los componentes electrónicos, como los circuitos integrados, que forman un circuito deben alimentarse con la tensión correcta para cada circuito individual, ya que el rango óptimo de tensión de funcionamiento difiere para cada uno. En estos casos, se utilizan convertidores CC-CC.
Principio de los Convertidores CC-CC
Existen dos tipos de convertidores CC-CC, cada uno con un principio diferente
1. Reguladores Lineales
En un regulador lineal, se inserta un transistor NPN entre los terminales de entrada y salida y la tensión de salida se mantiene constante controlando la tensión entre el colector y el emisor de este transistor. El transistor tiene el lado de entrada como colector y el lado de salida como emisor, y el circuito de control detecta la diferencia entre su tensión de salida y la tensión deseada.
El funcionamiento básico consiste en controlar la corriente de base del transistor y variar la tensión entre colector y emisor para que la tensión de salida permanezca constante; puede utilizarse un MOSFET de canal N en lugar de un transistor NPN, en cuyo caso el drenaje se conecta al lado de entrada y la fuente al lado de salida y el circuito de control controla la tensión de puerta.
2. Reguladores de Conmutación
El funcionamiento básico de un regulador de conmutación es proporcionar un elemento de conmutación entre los terminales de entrada y salida, suministrar energía desde la entrada a la salida con el elemento de conmutación en estado ON hasta que la tensión de salida alcance la tensión deseada, y luego poner el elemento de conmutación en OFF cuando la tensión de salida alcance la tensión deseada.
Esta operación se repite a alta velocidad para controlar la tensión de salida y mantenerla dentro del rango deseado. En los convertidores CC-CC con regulador de conmutación, en combinación con un inductor, la tensión inversa generada por el inductor durante la interrupción de corriente puede utilizarse para permitir el funcionamiento boost y obtener una tensión superior a la de entrada.
También es posible realizar reguladores paso a paso que pueden emitir una tensión constante independientemente de la tensión en el lado de entrada, así como reguladores inversores que crean una tensión negativa a partir de una tensión positiva.
Tipos de Convertidores CC-CC
Existen dos tipos principales de convertidores CC-CC: reguladores lineales y reguladores de conmutación.
1. Regulador Lineal
Se inserta un transistor de tipo NPN entre los terminales de entrada y salida para controlar la tensión en el terminal de salida de modo que siempre sea constante.
- La tensión de salida sólo es inferior a la de entrada.
- La eficiencia energética es baja y la generación de calor es alta debido a las elevadas pérdidas del transistor.
2. Reguladores de Conmutación
Un regulador de conmutación tiene las siguientes ventajas: se instala un elemento de conmutación entre los terminales de entrada y salida, la corriente que fluye desde el terminal de entrada se conecta y desconecta mediante el elemento de conmutación, y la tensión en el terminal de salida se mantiene constante.
- Dependiendo de la configuración del circuito, puede utilizarse con convertidores boost o buck.
- Alta eficiencia energética y baja generación de calor del circuito en general.
Por otro lado, las desventajas incluyen
- Se genera ruido de conmutación y aparecen picos de ruido y ondulaciones en la salida.
- El número de componentes es elevado y el tamaño del circuito es grande.
Cómo Utilizar los Convertidores CC-CC
Los reguladores lineales proporcionan una salida de tensión estable con poco ruido y, por tanto, son adecuados para circuitos analógicos, como cuando se manejan señales débiles de diversos sensores. Sin embargo, generan una gran cantidad de calor, por lo que es necesario un diseño adecuado de disipación térmica. Hay que procurar disipar el calor generado fuera del equipo utilizando disipadores de calor o ventiladores combinados.
Por otro lado, los reguladores de conmutación permiten ajustar las tensiones de salida en un amplio rango y pueden suministrar grandes corrientes, pero la generación de ruido es inevitable y puede ser necesario adoptar contramedidas. Un ejemplo de este tipo de contramedidas es encerrar el dispositivo en una carcasa blindada.
Sin embargo, para evitar que el ruido circule hacia los circuitos analógicos, puede ser necesario tomar medidas como separar la propia fuente de alimentación y conectar a tierra el convertidor CC-CC y los circuitos analógicos a un nivel de tierra común utilizando un único punto de conexión a tierra.
Además, aunque la generación de calor es relativamente baja, cuando se emiten grandes cantidades de potencia, el diseño debe prestar suficiente atención a la disipación del calor en el interior del equipo, como ocurre con los reguladores lineales.