El práctico circuito convertidor reductor que se explica aquí usa solo 3 transistores y es extremadamente fácil de construir. Aunque el circuito es simple, tiene una alta eficiencia.
El circuito se puede utilizar para controlar LED de 3,3 V desde suministros de entrada más altos, como desde entradas de suministro de 12 V o 9 V.
El diseño del convertidor reductor también se puede actualizar fácilmente para operar cargas nominales más altas en lugar de un LED.
Contenido
Funcionamiento básico de una topología de convertidor Buck
Con referencia a la figura a continuación, tratemos de entender cómo funciona un convertidor 'buck' o 'step-down' . Con un circuito convertidor reductor, un voltaje de entrada más alto se puede transformar en un voltaje de salida más bajo. Su modo básico de operación se describe a continuación.
Tan pronto como se presiona el interruptor S, se desarrolla un voltaje positivo a través del inductor L. Esto se debe a que Uin es mayor que Uout. La bobina inicialmente intenta resistir el flujo de corriente instantáneo. Como resultado, la corriente en la bobina aumenta linealmente y la energía comienza a almacenarse en la bobina.
Luego, tan pronto como se abre el interruptor S, la corriente almacenada fluye a través de la bobina hacia el capacitor de salida a través del diodo D.
Dado que el voltaje UL a través de la bobina ahora es negativo, la corriente a través de la bobina se reduce linealmente. La salida recibe la energía que fue capturada y almacenada en la bobina. Ahora, si el interruptor S se cierra una vez más, el procedimiento comienza de nuevo y continúa repitiéndose a medida que se enciende/apaga el interruptor.
Modos de operacion
El voltaje que aparece en la salida está determinado por cómo se opera el interruptor S. De acuerdo con la figura a continuación, hay tres tipos básicos de flujo de corriente.
- Suponga que el interruptor S se cierra en un punto donde la corriente que fluye dentro de la bobina no ha llegado a cero, siempre se experimentará un flujo de corriente a través de la bobina. Esto se conoce como 'modo continuo' (CM).
- Si la corriente puede llegar a cero durante parte del ciclo, como se ilustra en la Figura 2(b), entonces el circuito está operando en 'modo discontinuo' (DM).
- Cuando el interruptor se cierra exactamente cuando la corriente de la bobina ha llegado a cero, lo llamamos operación de límite CM/DM.
Esto significa que, en un convertidor reductor, tanto el voltaje de salida como la potencia se pueden cambiar ajustando los períodos de 'encendido' del interruptor. Esto también se llama la relación marca-espacio.
Esa es suficiente teoría; ahora examinemos un circuito sencillo del mundo real.
Hacer un diseño práctico de convertidor Buck
La siguiente figura muestra un circuito convertidor reductor práctico y simple que utiliza solo 3 transistores y algunos otros elementos pasivos.
Funciona de la siguiente manera:
El interruptor S en este circuito está representado por el transistor T1. Los otros componentes del convertidor reductor son el diodo D1 y la bobina L1.
Tan pronto como se enciende el circuito, R3 suministra una corriente base a T2 (porque la especificación de voltaje directo de D2 es mayor que 0,7 V) y T2 se enciende.
Con T2 conduciendo, T1 obtiene un sesgo de base y también comienza a conducir. En esta situación, el punto P experimenta un aumento de voltaje, lo que hace que T2 conduzca aún más.
Ahora que el voltaje del punto P alcanza los 9 V, la corriente a través de L1 comienza a aumentar. El voltaje a través de la bobina y su inductancia influyen en la rapidez con la que aumenta la corriente en su interior.
A medida que aumenta la corriente a través de la bobina, disminuye el voltaje a través de R1. Tan pronto como este potencial alcanza los 0,7 V (alrededor de 70 mA), hace que T3 se encienda. Esto elimina rápidamente la corriente base de T1.
Dado que la corriente en L1 ya no puede aumentar, el voltaje en el punto P comienza a disminuir. Como resultado, T2 se apaga, seguido de T1.
La corriente a través de L1 ahora viaja a través de D1 hasta que cae a cero. Esto hace que el voltaje en T2 aumente nuevamente y el proceso se repite de nuevo.
Los transistores funcionan como un tiristor con retroalimentación positiva, lo que resulta en una oscilación. T3 se asegura de que T1 se apague a la corriente predeterminada y que el circuito opere en modo de límite CM/DM.
Actualización del circuito para cargas más altas
En lugar de iluminar un LED, podría emplear este circuito para operar una carga nominal más alta. Pero con una carga más alta, encontrará que el convertidor reductor no oscila.
Esto se debe a que la carga impide que R3 encienda T2 al inicio.
Este problema se puede evitar colocando un capacitor (0.1uF) entre el punto P y la base de T2.
Otro movimiento inteligente sería suavizar el voltaje conectando un condensador electrolítico de 10 F en la salida.
El convertidor reductor funciona como una fuente de corriente en lugar de una fuente de voltaje y no está regulado. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones sencillas, esto será más que suficiente.
Cómo construir
- Paso n.º 1: tome un tablero de tiras de uso general de 20 mm por 20 mm.
- Paso #2: Limpie el lado de cobre con un papel de lija.
- Paso #3: Tome las resistencias y los diodos y doble sus cables dejando una distancia de 1 mm entre su cuerpo y los cables.
- Paso #4: Inserte las resistencias en la PCB y suéldelas. Cortar el exceso de longitudes de plomo.
- Paso 5: inserte los transistores según la misma posición de diseño que se indica en el esquema. Suelde sus cables y recorte los cables extendidos.
- Paso #6: Ahora, inserte el inductor, suéldelo y recorte sus cables.
- Paso #7: Finalmente inserte, el capacitor y el LED, suelde los cables. Cortar el exceso de clientes potenciales
Una vez realizado el montaje anterior, interconecte con cuidado los cables de los distintos componentes consultando el diagrama esquemático. Para ello utilice los trozos de los hilos conductores recortados, previamente cortados.
Si no puede conectar los cables directamente desde el lado de cobre, puede usar un cable de puente desde el lado del componente de la PCB.
Cómo probar
- Mantenga el LED desconectado al principio.
- Aplique 9 V CC al circuito.
- Mida el voltaje en los puntos donde se supone que debe conectarse el LED.
- Debe ser alrededor de 3 V a 4 V.
- Esto confirmará que ha construido correctamente el convertidor reductor y que funciona correctamente.
- Puede desconectar la alimentación y volver a conectar el LED en su posición.
- Ahora encienda la CC nuevamente, encontrará que el LED se ilumina intensamente desde la entrada de CC de 9 V con la máxima eficiencia.
Cómo medir la eficiencia
Para medir la eficiencia se puede conectar un amperímetro en serie con la línea positiva de 9 V DC.
Luego puede multiplicar la lectura actual con el voltaje (9 V).
El resultado podría ser alrededor de un 20 % más alto que la especificación de vatios del LED.
Esto podría resultar en una eficiencia del 80% para el circuito del convertidor reductor, y así mismo.
