Eficiencia del convertidor Buck y corriente de salida vs. corriente de entrada [cerrado]

Un convertidor de salida de 10W (2A a 5V) con una eficiencia del 80% atraerá 1.04A a una entrada de 12V.

\ $ \ eta = P_O / P_ {IN} = 0.8 \ $ así \ $ P_ {IN} = P_O / \ eta = 10 / 0.8 = 12.5W \ $

Sin embargo, a medida que el voltaje de la batería cae, la corriente debe aumentar. A 10.8 voltios (normalmente, el más bajo que desearía descargar una batería de plomo de 12V), la corriente será de hasta 1.16A. Este es un efecto de resistencia negativa (aumenta el voltaje y las caídas de corriente).

Asegúrese de no estar malinterpretando la especificación de la batería. No es común hablar de una 'batería 1A'. Por lo general, las baterías se clasifican en amperios-hora (Ah). El Ah real será un poco diferente para diferentes corrientes y para la condición y la temperatura de la batería.

Este es un típico conversor de dinero:

imagen de: Wikipedia

Ahora, mira el lado de la fuente primero. Cuando el interruptor está cerrado, la fuente está encendida. Por lo tanto, está suministrando una corriente de \ $ I_ {s} \ $. Cuando el interruptor está abierto, la fuente actual es \ $ 0 \ $. Entonces, la corriente de fuente promedio es:

$$ I_ {avgsource} = {T_ {on} * I_ {s} \ over T_ {on} + T_ {off}} $$

¿verdad?

Ahora, mira el lado de carga. Cuando el interruptor está cerrado, la carga actual es \ $ I_ {s} \ $. (Igual que la fuente actual). Cuando el interruptor está abierto, la carga actual es, digamos \ $ I_ {L} \ $. Por lo tanto, la corriente de carga promedio debe ser:

$$ I_ {avgload} = {(T_ {on} * I_ {s} + T_ {off} * I_ {L}) \ over T_ {on} + T_ {off}} $$

Como puede ver, ya que \ $ I_ {L} \ $ siempre es mayor que cero:

$$ I_ {avgload} > I_ {avgsource} $$

¡Y así es como la corriente de salida es más alta que la corriente de entrada para los convertidores Buck! El verdadero héroe aquí es el inductor! ¡Almacena energía en forma magnética para liberarla como corriente! ¿De dónde viene la energía? La fuente, por supuesto.

Los mismos principios se aplican a los voltajes de entrada y salida. El voltaje de entrada es igual al voltaje de la fuente en todo momento. El voltaje de salida es más bajo que el voltaje de la fuente porque está recortado por el interruptor.

Entonces, para un convertidor reductor, el voltaje de salida es más bajo, pero la corriente es más alta.

Ahora la eficiencia es un asunto completamente diferente. Depende de muchos, muchos parámetros, pero la cosa es que los resultados se mantendrán para un dólar totalmente eficiente, por lo que no es necesario tener en cuenta la eficiencia cuando se intenta visualizar esto.

Nota: las matemáticas utilizadas en esta explicación no siempre coinciden con la realidad.

Sí. Cuando reduce el voltaje, aumenta la corriente, menos un pequeño porcentaje de la eficiencia (disipada como una pequeña cantidad de calor). Al igual que un transformador hace para AC.

P = VI. Reducir V y I tiene que aumentar para que P permanezca constante.

Por ejemplo, 80% de eficiencia y 12V a 5V para el dibujo 1A desde la salida:

\ $ P_ {OUT} = V_ {OUT} \ veces I_ {OUT} = 5 \ veces 1 = 5W \ $

\ $ P_ {IN} = \ frac {P_ {OUT}} {0.8} = 6.25W \ $

\ $ I_ {IN} = \ frac {P_ {IN}} {V_ {IN}} = \ frac {6.25} {12} = 0.52A \ $

\ $ P_ {IN} - P_ {OUT} = 1.25W \ $ calor disipado.

Esto contrasta con un regulador de voltaje lineal que descarta el exceso de voltaje en forma de una gran cantidad de calor. Disminuye V, quedando I lo mismo y disminuye P (la diferencia en P es el calor disipado).

Por ejemplo, la misma entrada y salida que antes con un regulador lineal (con, por ejemplo, corriente de reposo de 20 mA):

\ $ P_ {OUT} = V_ {OUT} \ veces I_ {OUT} = 5 \ veces 1 = 5W \ $

\ $ I_ {IN} = I_ {OUT} + 0.02 = 1.02A \ $

\ $ P_ {IN} = V_ {IN} \ times I_ {OUT} = 12.24W \ $

\ $ P_ {IN} - P_ {OUT} = 7.24W \ $ calor disipado.