¿Los convertidores reductores / reguladores de voltaje cambian el amperaje máximo?

Hay varias cosas diferentes que pueden limitar la corriente de salida máxima de un convertidor Buck, y por supuesto, la más baja establece el límite general. Las diferentes configuraciones o temperaturas ambientales pueden cambiar el límite que se gana, por lo que no siempre es fácil traducir las especificaciones de una configuración a otra.

La potencia de salida no puede ser mayor que la potencia de entrada y, de hecho, aproximadamente el 90% de la potencia de entrada, dependiendo de la eficiencia. Si la potencia de entrada es limitada, limitará su salida.

El inductor tiene dos límites en su corriente máxima, la pérdida térmica de \ $ I ^ 2 R \ $ (que dependerá de la temperatura ambiente) y la saturación magnética.

El interruptor de entrada tendrá un límite en la corriente máxima. Tendrá una clasificación térmica y puede tener un límite superior programado establecido por el controlador para su protección.

Para una operación perfecta en modo de conducción continua o CCM (la corriente del inductor nunca vuelve a 0 dentro de un ciclo de conmutación), el voltaje de salida se define como \ $ V_ {out} = DV_ {in} \ $. Como puede ver, la corriente que puede obtener es independiente del valor de inductancia \ $ L \ $. Sin embargo, la relación perfecta que proporcioné se puede actualizar al considerar la pérdida óhmica del inductor \ $ r_L \ $, la resistencia de corriente continua del inductor, que afecta el voltaje de salida de esta manera: \ $ V_ {out} = \ frac {R_L} {r_L + R_L} DV_ {en} \ $ donde \ $ R_L \ $ es la resistencia de carga. Puede mejorar esta fórmula agregando la contribución MOSFET \ $ r_ {DS (on)} \ $, así como la caída de diodo hacia adelante \ $ V_f \ $. Lo que quiero decir es que \ $ L \ $ en teoría no afecta a \ $ V_ {out} \ $ pero puede ver que una mayor inductancia (más vueltas) dará lugar a una mayor \ $ r_L \ $ y una reducción de \ $ V_ {out} \ $ en operaciones de bucle abierto. En las operaciones de circuito cerrado, \ $ D \ $ aumentará naturalmente para compensar estas pérdidas.

En realidad, puede ver la pelota como un generador de onda cuadrada de baja impedancia seguido de un filtro \ $ LC \ $ de paso bajo sintonizado en \ $ \ omega_0 \ $. Si la inductancia es pequeña, aumenta la corriente de ondulación (y la tensión de ondulación) porque la frecuencia de corte es alta. El pico y las corrientes inductoras del valle aumentan pero no la corriente promedio. Por otro lado, si aumenta \ $ L \ $, filtra más y reduce el voltaje de salida y la ondulación del inductor, pero aumenta las pérdidas óhmicas. La siguiente imagen muestra la corriente de ondulación del inductor para 3 valores de inductancia diferentes en un convertidor Buck operado en lazo abierto: la ondulación cambia pero el valor promedio permanece constante (\ $ r_L \ $ es constante aquí). Tenga en cuenta que todavía estamos en CCM.

Ahora,sisudineroesimpulsadoporuncontroladorquepresentaunlímitemáximodecorrientemáxima,entoncesdebeobservarmásdecercalasformasdeondaoperativas.Lacorrientedesalidamáximaqueobtendráeslacorrientemáximadelinductormenoslamitaddelaondulación:\$I_{out}=I_{L,peak}-\frac{\DeltaI_L}{2}\$enlaquelaondulacióndelinductor\$\DeltaI_L\$actualsedefineporladiferenciaentreelpicoinductorylosvaloresdevalle:\$\DeltaI_L=I_{L,pico}-I_{L,valle}\$(vealaimagendeabajo).Elvalordelvallesealcanzaalfinalde\$t_{off}\$ysedefinepor\$I_{L,valley}=I_{L,peak}-t_{off}S_{off}\$enelquelapendienteestádefinidapor\$S_{off}\approx\frac{V_{out}}{L}\$.Entonces,veráqueconuncontroladordeterminadoquedefineunacorrientepicomáxima\$I_{peak,max}\$nopodráentregarunacorrientedesalidacontinuamayorqueestevalorpicomenos\$\frac{\DeltaI_L}{2}\$.El"mejor" caso es con una inductancia muy grande que conduce a una ondulación muy pequeña y da \ $ I_ {out} \ approx I_ {peak, max} \ $. Sin embargo, nunca diseña un convertidor de buck con una corriente de ondulación de inductor tan baja por muchas razones y una de ellas es la velocidad de reacción: como una inductancia se opone a los cambios de corriente, si su buck presenta un gran valor de inductancia, cualquier demanda de corriente de salida se responderá lentamente , el tiempo que la corriente en el inductor se acumula ciclo a ciclo. La pendiente ascendente en este tiempo es \ $ S_ {on} \ approx \ frac {V_ {in} -V_ {out}} {L} \ $ y será pequeña si \ $ L \ $ es grande. El segundo argumento es, por supuesto, la eficiencia: como se señaló, una gran inductancia implicará un inductor voluminoso con muchos giros y, en consecuencia, un componente grande \ $ r_L \ $ que conduce a pérdidas adicionales. Como tales, los diseñadores generalmente adoptan el 30-40% de la corriente de rizado en \ $ L \ $ como primer punto de partida. Hay mucho que decir al respecto y una buena fuente podría ser este libro .