Material
4 Resistencias calculadas
1 inductor
1 mc34063
1 diodo shottky
2 capacitores
Introducción: Previamente se diseñaron fuentes de corriente directa con corriente alterna como fuente de energía primaria. El procedimiento (Figura 8.1) constituía la rectificación y el filtrado de la señal. Pasada esta etapa, se incluía un regulador de voltaje de circuito integrado lineal para mantener estable el voltaje entregado por la fuente para un rango de valores de carga.
Fig. 8.1 Fuente de CD
Es este paso un ejemplo de convertidor DC-DC; sin embargo, se debe recordar que existe un nivel mínimo de voltaje de entrada (Vi), necesario para el correcto funcionamiento del circuito integrado, es decir, una parte importante de la energía se “desperdicia”, por lo que podemos establecer que éste esquema no es altamente eficiente (Figura 8.2). Otro aspecto a recordar es que sólo se puede obtener un voltaje menor que el voltaje de entrada.
Fig. 8.2 Fuente de CD regulada con CI.
Las computadoras actuales requieren valores de voltaje de 12V, 5V y 3.3V, entre otros, con una tolerancia mínima. La alimentación proviene de voltaje de corriente directa no regulado de 24V.
Los teléfonos celulares y otros dispositivos portátiles emplean en algunos circuitos valores de 5V ó 9V, y su fuente de poder es normalmente una batería de 3.3V
Para resolver estos problemas (baja eficiencia, elevación de voltaje ), se recurre a técnicas de electrónica de potencia en la forma de fuentes de alimentación conmutadas (SMPS, por sus siglas en inglés) (Figura 8.3).
Fig. 8.3 Esquema de fuente conmutada
El diseño de fuentes de poder con ésta tecnología implica el uso de dispositivos que permitan almacenar energía, interruptores veloces y cierta topología de red así como la modulación del ancho de pulso (PWM). A continuación se describen tres configuraciones de fuente conmutada: Elevadora, Reductora e Inversora.
Configuración Boost: Cuando es necesario implementar una fuente que eleve el nivel de voltaje, es decir, que a la salida entregue un voltaje mayor que el que se tiene a la entrada, se ocupa una configuración tipo Boost. El esquema se muestra en la Figura 8.4.
Configuración Buck: Si por el contrario, lo que se requiere es bajar el nivel de voltaje, se recurre a una configuración tipo Buck. Ésta configuración es bastante más eficiente que utilizar un regulador de voltaje de Circuito Integrado. Se muestra el diagrama en la Figura 8.5
Configuración Inversora: En esta configuración se entrega un voltaje que es el inverso del voltaje a la entrada.
Controladores de Circuito Integrado: El esquema general de una fuente conmutada implica la apertura y cierre de un interruptor. Esta acción es controlada por circuitos que sensan el nivel de voltaje a la salida y lo comparan con una referencia, de manera que el switch abre o cierra permitiendo un flujo de energía variante.
El análisis se realiza para un switch ideal que conmuta a una frecuencia f. En aplicaciones reales, este interruptor es un transistor de potencia activado por un comparador discreto o por un microcontrolador; también existen circuitos integrados que permiten realizar este control de manera más sencilla y eficiente: hacen posible un ahorro en tiempo de diseño, prueba e implementación de la red de switcheo y comparación y no tienen tantos recursos como un microcontrolador que funcione únicamente como controlador de disparo y comparador. Además existen circuitos integrados con prestaciones básicas bastante económicos (actualmente menos de $10.0 por circuito)
Estos dispositivos ofrecen las funciones primarias para construir convertidores DC-DC en un solo bloque, con el mínimo de componentes externos. Consisten en una referencia interna compensada por temperatura, comparador, oscilador con ciclo de trabajo controlado con un circuito limitador de corriente activo, driver y switch de salida de alta corriente.
