¿Por qué las bombas de carga solo se usan para aplicaciones de baja corriente?

Hay dos problemas con tu idea. Una práctica, y una fundamental.

El problema práctico es que la cantidad de capacitores de energía almacenada es más costosa que los inductores y, además de eso, la antigüedad de los capacitores de alta capacidad (electrolíticos).

El problema fundamental es que la carga de un condensador desde una fuente de voltaje es fundamentalmente con pérdidas (se disipa el calor). Esto puede parecer contraintuitivo, pero no obstante es cierto. (Hubo una pregunta sobre esto hace algún tiempo). Por lo tanto, un convertidor de voltaje de condensador de vuelo, incluso uno ideal, es inherentemente ineficiente. (Un convertidor de voltaje basado en inductor ideal es 100% eficiente.)

Puede que le parezca extraño que el mundo sea injusto para los condensadores, pero ese es nuestro error humano: suministramos energía principalmente desde fuentes de voltaje. Para las fuentes de corriente, lo inverso es cierto: un convertidor de corriente ideal de los condensadores de vuelo puede ser 100% eficiente, mientras que uno de los inductores debe tener pérdidas.

Los condensadores serían mejores si la fuente y la salida fueran de corriente constante. Podría cargar el capacitor hasta que la tensión subiera a cierto nivel, luego descargar el capacitor en la impedancia de carga para mantener una corriente de salida constante. Usaría un inductor grande como filtro de salida para mantener constante la corriente de salida.

Dado que nuestras fuentes son de voltaje constante y generalmente queremos un voltaje de salida constante, usar inductores para almacenar energía y condensadores para filtrarlo tiene más sentido.

Tenga en cuenta que todos los suministros de conmutación eficientes tienen ambos condensadores e inductores.

Sí, las bombas de carga (condensador de vuelo) pueden tomar un voltaje y moverlo, voltearlo, incluso multiplicarlo por enteros y similares, pero cada vez que cargue o descargue un condensador a través de un interruptor resistivo, perderá una parte del Cambio de energía del capacitor en el propio interruptor: un cambio de voltaje mayor significa más pérdidas. Un interruptor de menor resistencia simplemente significa que la energía perdida por un cambio de voltaje dado se comprime en una porción de tiempo más pequeña, el total permanece constante.

Si dos condensadores o series en serie de condensadores con diferentes voltajes están conectados entre sí, sus cargas se promediarán de manera que se reduzca la cantidad de energía almacenada en ellos. Si se conectan mediante un inductor, el exceso de energía se transferirá a ese inductor y, posteriormente, se podrá utilizar para algún propósito útil. Si la conexión es puramente resistiva, la energía se convertirá al 100% en calor. Minimizar la resistencia no reducirá la pérdida de energía; simplemente reducirá la cantidad de tiempo requerido para que ocurra.

En consecuencia, para que una bomba de carga sea eficiente, los condensadores deben ser lo suficientemente grandes como para que la tensión entre ellos nunca varíe mucho. En los casos en que una bomba de carga no necesita transportar mucha energía, se puede use un regulador lineal en la salida y aumente la tensión lo suficiente como para En condiciones de ondulación en el peor de los casos, el voltaje de salida seguirá siendo alto. suficiente para mantener la regulación, pero la eficiencia estará limitada por la relación de la tensión de carga por la relación de refuerzo a la tensión de la fuente.

Hay algunos problemas con las bombas de carga.

1. no pueden ofrecer eficiencia y regulación de voltaje al mismo tiempo. La única forma de regular el voltaje de salida para que permanezca constante durante las variaciones de voltaje de entrada y las variaciones de carga es introducir una ineficiencia deliberada.
2. La corriente debe pasar a través de dos elementos de conmutación (diodos o transistores) durante las partes de carga y descarga del ciclo (mientras que con un convertidor buck o boost, solo necesita pasar a través de un elemento de conmutación a la vez).
3. La eficiencia depende en gran medida de la relación deseada de entrada a voltaje de salida. Si quiere decir un convertidor de voltaje de 1.5x, entonces tendría que usar un arreglo complejo de múltiples etapas o hacer un convertidor de 2x y ejecutarlo en un modo deliberadamente ineficiente.