Un convertidor buck-boost es un suministro de energía de modo conmutado (Switch Mode Power Supply; SMPS) que concentra a un convertidor buck y uno boost en un solo circuito. Daremos un vistazo al diseño de sus circuitos y veremos qué aplicaciones pueden verse beneficiadas de un convertidor buck-boost.
¿Qué hacen los convertidores buck-boost?
La finalidad de los convertidores buck-boost es recibir una tensión CC de entrada y obtener de salida un nivel de tensión CC diferente, esto sea al bajar o aumentar la tensión, según sea necesario para la aplicación. El diseño del convertidor buck-boost es similar al de los conversores buck y boost, pero ambos están incluidos en un solo circuito y generalmente cuenta con una unidad de control adicional. La unidad de control detecta el nivel de tensión de entrada y actúa correspondientemente sobre el circuito en función de la tensión.
En caso de que necesite una explicación rápida del funcionamiento de un SMPS o de cómo funcionan los convertidores buck y boost, revise este artículo: ¿Cómo funciona un suministro de energía de modo conmutado (SMPS)? y el siguiente artículo: Tipos de convertidores interruptores de CC a CC .
La figura 1 muestra un circuito buck-boost de 4 conmutadores típico. El diagrama solo muestra dos conmutadores, sin embargo, los dos diodos del circuito también funcionan como conmutadores (dado que solo la tensión directa puede pasar). La unidad de control generalmente consiste de modulación por ancho de pulsos (PWM) y un control o un oscilador para controlar los conmutadores. Los conmutadores pueden ser BJT o MOSFET, en función de su diseño. Si está trabajando con baja frecuencia, debe usar un BJT, mientras que los trabajos con alta frecuencia requieren de MOSFET. Los diodos pueden mostrar variaciones de acuerdo con el diseño, pero un diodo con baja tensión directa y con capacidades de conmutación de alta velocidad es lo recomendable.
Ejemplos de aplicaciones de buck-boost
Los convertidores buck-boost facilitan la modulación de voltaje para una amplia gama de aplicaciones populares, lo que incluye aparatos electrónicos de consumo, amplificadores de energía, suministros de energía regulables automáticamente y aplicaciones de control.
Una aplicación de buck-boost se entiende mejor desde la perspectiva de un sistema con suministro de baterías. Digamos que el sistema carece de carga y solo se cuenta con una cantidad determinada de tensión para cargarlo. La parte “boost”, o de elevación, del convertidor buck-boost se usa para que la tensión de entrada genere una tensión de salida mayor a la tensión de entrada. Esto permite que el nivel máximo de tensión cargue el sistema de forma expedita.
Sin embargo, una vez que el sistema alcanza su capacidad máxima, cabe la posibilidad de que se genere sobrecalentamiento. Aquí entra la parte “buck”, o de reducción, del convertidor buck-boost, la cual detecta la proximidad de la carga del sistema a su nivel máximo y reduce la tensión de forma gradual. Una vez que el sistema alcanza el máximo nivel de carga, el nivel de tensión se reduce a cero.
Nuestros circuitos integrados buck-boost favoritos
S6BP202A de Cypress Semiconductor
Estos circuitos integrados buck-boost dejaron muy impresionados a nuestros ingenieros de aplicación. Revise si son los más apropiados para su aplicación.
Este circuito integrado de convertidor buck-boost CC/CC de 1 canal cuenta con cuatro FET con conmutación incorporada y puede proporcionar hasta 2,4 A de corriente de carga en un rango de tensión de entrada entre 2,5 V a 42 C. Este escogió de entre una variedad de tensiones de salida (5000 V/5050 V/5075 V/5100 V/5125 V/5150 V/5200 V) y sacar provecho de una amplia gama de frecuencia de operación que circulan entre 200 kHz a 2,1 MHz.
Recomendamos este convertidor para instrumentos operados por batería de larga duración, radios militares portátiles, sensores de baja potencia y postreguladores/cargadores de paneles solares.
LTC3130EMSE#PBF de Linear Technology
Este convertidor buck-boost CC/CC es eficiente y genera bajos niveles de ruido (hasta 1,2 MHz de frecuencia PWM de ruido ultrabajo). Su tensión de entrada puede oscilar entre 2,4 V a 25 V, mientras su tensión de entrada puede oscilar entre 1 V a 25 V, lo que muestra su versatilidad.
Recomendamos este circuito integrado para instrumentos operados por batería de larga duración, radios militares portátiles, sensores de baja potencia y postreguladores/cargadores de paneles solares.
MC34063ECN de STMicroelectronics
MC34063 tiene una corriente de conmutador de salida por sobre 1,5 A y pueden funcionar entre 3 V a 40 V. También cuenta con una operación de frecuencia que alcanza los 100 kHz. Este dispositivo contiene una referencia compensada por temperatura interna, comparador, oscilador controlado con ciclo de trabajo con un circuito de límite de la corriente activo, controlador y conmutador de salida de corriente alta. La tensión de salida es ajustable a través de dos resistores externos con un 2 % de precisión de referencia para aplicaciones que requieren de precisión extra.
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