¿Puede una bomba de carga ser 100% eficiente, dados los componentes ideales?

Se trata de dualismo. Con los componentes ideales, puede hacer un convertidor de voltaje de tipo SMPS ideal (= usando un inductor para hacer el trabajo). No se puede hacer un convertidor de voltaje ideal usando condensadores conmutados (volantes). Ese no es el universo injusto para los condensadores: puede hacer un convertidor ideal de corriente usando condensadores conmutados, lo que no es posible con inductores.

No puedo hacer cálculos matemáticos, pero el problema con los condensadores y una fuente de voltaje es así: tome una fuente de voltaje con una cierta impedancia de fuente (= resistencia en serie). Conecte un condensador a él y cárguelo durante un tiempo infinito (cualquier tiempo finito también lo hará). Calcule la cantidad de energía perdida en la resistencia en serie en función de su resistencia. Ahora, matemáticamente tome el límite de esa fórmula de dos y cero resistencia. Encontrarás que la pérdida de energía seguirá siendo la misma. Intuitivamente esto se debe a que una resistencia más pequeña causa una mayor corriente de carga inicial y, por lo tanto, una mayor pérdida de RI ² .

resumen de gestión: No se puede conectar una fuente de voltaje ideal a un capacitor, ya que eso resultaría en una corriente infinita que es imposible en sí misma y causaría un campo magnético infinito que destruiría el universo (solo bromeo, recuerde que este es el resumen de la administración). Pero puede acercarse a este ideal tan cerca como desee, y el resultado seguirá siendo el mismo: se pierde una cantidad fija de energía al cargar el capacitor. Por lo tanto: lo siento jefe, no hay convertidor de voltaje de capacitor de vuelo ideal.

Una bomba de carga sin inductor no puede ser 100% eficiente cuando alimenta una carga de voltaje constante desde una fuente de voltaje constante. Una bomba de carga sin inductor hecha con componentes ideales puede ser 100% eficiente si las formas de onda de corriente y voltaje de la fuente tienen la relación adecuada con las formas de onda de voltaje y corriente de carga. Es posible que la fuente o la tensión de carga sean de CC constante, pero no ambas (excepto en el caso trivial en el que ambas tensiones son iguales y la bomba de carga no tiene que hacer nada).

Nota: una bomba de carga que contenía una fuente de corriente interna podría ser 100% eficiente para convertir la potencia de entrada de una fuente de voltaje constante a una carga de voltaje constante externa, con cualquier energía extraída de la fuente de corriente interna en un ciclo siendo reemplazado en el siguiente. Por otro lado, tal fuente actual simplemente estaría tomando el lugar de un inductor.

Para un convertidor elevador, puede diseñar uno con componentes idealizados y todas las ecuaciones aún tienen sentido, los voltajes y las corrientes siguen siendo finitos. De estos voltajes y corrientes se obtiene una eficiencia del 100%.

Una bomba de carga con resistencia a la desviación cero simplemente no puede analizarse de esta manera. Intentar hacerlo da como resultado respuestas absurdas. ¿Qué sucede cuando conecta un capacitor perfecto a una fuente de voltaje perfecta a través de un interruptor perfecto? Tratando de calcular los resultados actuales en una división por cero. El mismo problema se aplica a la conexión de dos capacitores perfectos.

Digamos que tenemos un condensador cargado a un voltaje dado y lo conectamos a una fuente de voltaje de un voltaje más alto a través de una resistencia. Asumamos por ahora que lo dejamos cargar completamente (ignorando por un momento que hacerlo tomaría un tiempo infinito). Encontramos que al cambiar el valor de la resistencia no cambia la eficiencia, la energía total extraída de la fuente de voltaje permanece igual. Sin embargo, la eficiencia depende de la relación entre la tensión de arranque del capacitor y la tensión de la fuente de tensión. Una diferencia de voltaje más pequeña conduce a una mayor eficiencia que tiende al 100%, ya que la diferencia de voltaje tiende a cero.

En nuestra bomba de carga no hay un tiempo de carga / descarga infinito, por lo que la resistencia afecta la eficiencia, pero la resistencia tiende a ser cero (para una diferencia de tensión finita) tiende a un número finito inferior al 100%.

La carga transferida en cada ciclo de conmutación está relacionada con el cambio de voltaje en el capacitor por la capacitancia. Para transferir una corriente promedio finita a la carga, o bien necesitamos transferir una carga finita por ciclo o necesitamos tener un número infinito de ciclos.

Por lo tanto, hacer que su bomba de carga sea 100% eficiente requeriría un capacitor infinitamente grande o una frecuencia de conmutación infinitamente alta.

Bueno, realmente depende de lo lejos que vayamos con los "componentes ideales". Si los diodos tuvieron una caída de tensión directa de 0 voltios, los BJT tuvieron un umbral base de 0 voltios, una saturación de 0 voltios y una ganancia de corriente infinita, y los FET tienen un umbral de compuerta de 0 voltios y un Rds de 0 ohmios, entonces es muy probable que sea posible realizar una bomba de cambio 100% eficiente.

Incluso en el caso del convertidor boost, no será 100% eficiente a menos que el interruptor FET y el diodo de retorno sean ideales en el sentido que describí anteriormente. Del mismo modo, el inductor debe tener un DC _R que sea igual a 0.