¿Cuál sería la corriente de entrada del regulador Buck?

Está más cerca de tu segunda opción, pero no del todo.

Un buck regulator tomará unos pocos mA para su funcionamiento, lo que podría considerarse constante. Decir 15mA a 12V. Vamos a ignorar eso por el momento.

Si es perfecto, generaría la misma potencia que la entrada. Su salida de 3.3V a 2A es de 6.6W, por lo que un regulador Buck perfecto necesitaría 550mA de la fuente de 12V (6.6W / 12V). (Imagen de la página Wikipedia )

Para ver esto, considere que un interruptor perfecto no tiene pérdidas, un diodo perfecto conduce como un cable (no se pierde energía) o bloquea perfectamente, y un inductor perfecto con resistencia cero y pérdidas de corriente de Foucault cero no disipa energía ( simplemente almacena energía y la vomita nuevamente. Por lo tanto, desde la conservación de la energía, la potencia de entrada ( promediada durante un ciclo en estado estable ) debe ser igual a la potencia de salida.

En una implementación de un regulador real, hay, sin embargo, pérdidas que son al menos aproximadamente proporcionales a la potencia de salida debido a la resistencia en el inductor y el interruptor, la caída de voltaje en el diodo, etc. Digamos que la eficiencia es del 80%. A continuación, requerirá 6.6W / 0.80 = 7.5W de potencia de entrada, o 625mA, más los 15mA que necesita solo, así que 640mA en total (por lo general, la corriente de reposo se incorporará a la cifra de eficiencia general, por lo que no es necesario agregar eso).

Debido a los 15 mA (o lo que sea para su regulador real), la eficiencia del regulador (potencia de salida dividida por la potencia de entrada) disminuirá para las corrientes de salida más bajas.

Solo para agregar a las otras respuestas, que cubren los conceptos básicos bastante bien, pero ignoro la entrada waveform , que puede ser importante en algunas aplicaciones.

La corriente se extrae de la fuente de alimentación de 12V en pulsos, y la corriente promedio durante el pulso es, de hecho, igual a (o mayor que) la corriente de carga. El ciclo de trabajo de los pulsos es de aproximadamente 3.3V / 12V = 27.5%, por lo que la corriente de general promedio (ignorando los problemas de eficiencia) es del orden de 2A × 27.5% = 0.55A.

Algunas fuentes de energía, como los paneles solares, están limitadas en la corriente; no pueden suministrar más que su corriente de cortocircuito en cualquier circunstancia, incluso durante cortos períodos de tiempo. Por ejemplo, suponga que desea alimentar su regulador desde un panel solar de 10W, 12V. Dicho panel suministrará hasta aproximadamente 0.833 A a una carga resistiva, y tendrá una corriente de cortocircuito de aproximadamente 1A. Si intenta dibujar más de 1A en la salida de 3.3 V de su regulador de dólar, el voltaje comenzará a disminuir. El panel solar simplemente no puede "cargar" el inductor con más corriente que esta.

Con este tipo de fuente, debe tener un capacitor de desacoplamiento de entrada (en paralelo con el panel) que pueda suministrar la corriente de pulso que necesita el regulador de buck sin una caída excesiva de voltaje. Esto permite que el panel solar proporcione solo la corriente promedio requerida, con una pequeña cantidad de "ondulación" causada por el cambio del regulador. Para continuar con el ejemplo, digamos que su regulador funciona a 100 kHz y desea limitar la ondulación a 1V. El condensador debe suministrar la diferencia de corriente entre lo que el panel puede suministrar y lo que requiere el regulador:

$$ I_ {CAP} = 2 A - 0.833 A = 1.166 A (max) $$

Tiene que hacer esto para el tiempo de encendido del regulador buck:

$$ t_ {ON} = t_ {PERIOD} \ cdot Duty Cycle = 10 \ mu s \ cdot 27.5 \% = 2.75 \ mu s $$

El condensador requerido es:

$$ C = \ frac {I_ {CAP} \ cdot t_ {ON}} {\ Delta V} = \ frac {1.166 A \ cdot 2.75 \ mu s} {1 V} = 3.2 \ mu F (min ) $$

Considere un simple regulador de dólar síncrono hecho de dos transistores de conmutación y un filtro de paso bajo inductor-condensador. Este convierte 12V a 5V: -

Los interruptores nunca operan juntos, lo que significa que uno está cerrado mientras que el otro está en circuito abierto. La forma de onda en la unión es como se muestra y la salida del filtro LC se muestra en rojo. En realidad, la forma triangular de la tensión es mucho menos exagerada de lo que he mostrado.

Dado que los interruptores (que operan a frecuencias entre 10kHz y 10MHz típicamente) son teóricamente circuitos abiertos o cortocircuitos, no se disipa energía en ellos. Los inductores y los condensadores tampoco disipan la energía, por lo que el circuito es 100% eficiente en la conversión de energía de un voltaje alto a uno más bajo.

OK, esa es la historia simple. Obviamente, las pérdidas de conmutación y la resistencia de encendido imperfecta en los transistores de potencia hacen que la eficiencia sea más del 90 al 95% a plena carga. Las corrientes de reposo para controlar los amplificadores operacionales y otras cosas en el convertidor reductor también agregan algunos mA.

Considere un convertidor de conmutación universal ideal:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Si SW1 está en la posición hacia arriba x% del tiempo, y SW2 está en la posición hacia arriba y% del tiempo, entonces el x% de los electrones que fluyen a través de x fluirán a través del suministro / carga del lado izquierdo, y El% de los electrones que fluyen a través del inductor fluirán a través del lado derecho. El voltaje promedio a través del inductor será V1 * x% - V2 * y%. Para que la cantidad de corriente que fluye a través del inductor en cada ciclo sea la misma, el voltaje promedio debe ser cero, lo que implica que v1 * x% debe ser v2 * y%. De lo contrario, si v1 * x% excede v2 * y%, la corriente se acelerará hacia la derecha a través de la bobina; si v2 * y% excede v1 * x%, la corriente se acelerará hacia la izquierda.

Por lo tanto, para cualquier combinación de ciclos de trabajo que no sean cero, asumiendo componentes ideales, existirá un estado de equilibrio ciclo a ciclo cuando la relación de voltaje de los dos voltajes sea igual a la relación de los ciclos de trabajo y la corriente es igual a la relación inversa. El poder puede fluir en cualquier dirección según sea necesario para mantener este equilibrio. Como cuestión práctica, los convertidores generalmente se operan con uno de los interruptores en una posición "hacia arriba" fija, mientras que el otro realiza ciclos hacia arriba y hacia abajo (para la conversión en modo buck, SW2 se dejaría "arriba"), de modo que todos los Los electrones que pasan por el inductor pasan a través del suministro o la carga, pero eso no es estrictamente necesario. La forma en que los comportamientos se ven afectados por los ciclos de trabajo de sw1 y sw2 será la misma independientemente de si uno (o incluso ambos) ciclos de trabajo son iguales al 100%, siempre que ninguno de los ciclos de trabajo sea cero y que la frecuencia sea alta basta con que la corriente de la bobina no cambie demasiado durante cada ciclo [el modelo ideal asume que la corriente de la bobina no cambia en absoluto durante cada ciclo; cuanto mayor sea la frecuencia, menos cambiará la corriente durante cada ciclo y más preciso será el modelo].