Al seleccionar un regulador de conmutación, la eficiencia es el criterio más importante. Los dispositivos compactos modernos deben lograr un suministro de energía confiable en un espacio reducido. La capacidad de generar voltajes estables a la vez que suministra una corriente considerable es un requisito fundamental en el diseño de componentes electrónicos. Los reguladores de conmutación son dispositivos esenciales para generar voltajes de suministro estables y aumentar o disminuir los voltajes. Los reguladores de conmutación se conocen con diversos nombres: convertidores o interruptores, fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) y reguladores o convertidores CC/CC. Su popularidad sigue en aumento gracias a ventajas como el cumplimiento de requisitos de alta eficiencia de conversión de potencia, la flexibilidad para obtener salidas estables a partir de una única fuente de tensión de entrada y la adaptabilidad a configuraciones de múltiples salidas con polaridades variables. Los tipos más comunes de convertidores de conmutación incluyen:

Tipo de impulso:Aumenta el voltaje de entrada y proporciona una salida regulada.

Tipo Buck:Reduce el voltaje de entrada y proporciona una salida regulada.

impulso de dinero:Aumenta o reduce el voltaje de entrada, con polaridad negativa opcional.

Tipo de retorno:Una variante reductora-elevadora que proporciona aislamiento eléctrico.

Reguladores de voltaje constante y lineal ajustable

Durante años, los diseños de fuentes de alimentación se han basado en reguladores lineales. Los reguladores lineales se destacan por proporcionar voltajes de salida fijos y continuos. Además, otros reguladores lineales (p. ej., el LM317) ofrecen ajustabilidad. Los reguladores de voltaje de salida constante y lineal más comunes incluyen las series 78xx (salida positiva) y 79xx (salida negativa). Estos reguladores proporcionan salidas estables de 5 V a 24 V. Los reguladores lineales no son fuentes de alimentación conmutadas. Sus ventajas incluyen simplicidad, bajo costo, bajo ruido y baja ondulación. Sin embargo, su potencia de salida suele ser inferior a 10 W y su eficiencia suele ser baja, lo que genera calor. Los reguladores lineales solo pueden realizar regulación reductora, mientras que las fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) pueden utilizar topologías reductoras, elevadoras o reductoras-elevadoras para aumentar o reducir el voltaje, o invertir la polaridad.

Sistemas de suministro de energía de modo conmutado

La mayoría de los televisores, ordenadores personales, controladores de motores de CC y amplificadores de potencia modernos requieren dispositivos SMPS avanzados y de alta eficiencia. Estos dispositivos utilizan tecnología de conmutación de semiconductores en lugar de métodos lineales convencionales para suministrar voltajes de salida. Un convertidor de conmutación básico consta de una etapa de conmutación de potencia y un circuito de control. Las SMPS ofrecen una menor disipación de potencia y una mayor eficiencia al operar transistores internos (o MOSFET de potencia) en estados saturados "ON" y cortados "OFF".

Reguladores de conmutación Buck

La serie LM2596x de SLKOR Semiconductor ofrece convertidores reductores CC/CC de alta eficiencia, lo que los convierte en una solución compacta para aplicaciones que requieren una conversión de energía eficiente, como en diseños automotrices e industriales. El LM2596x integra un oscilador de frecuencia fija y un módulo de compensación de frecuencia.

Su diseño simple requiere un mínimo de componentes externos. El chip también incorpora habilitación con histéresis, protección contra sobretemperatura, sobrecorriente y sobrecorriente secundaria. Durante eventos de sobrecorriente secundaria, el chip reduce la frecuencia de operación de 150 kHz a 50 kHz. Un ejemplo es el regulador reductor de conmutación LM2596S-ADJ (Figura 1).

Figura 1: LM2596S-ADJ El regulador reductor de conmutación proporciona una tensión de salida estable. (Crédito de la imagen: SLKOR Semiconductor)

El regulador reductor de conmutación LM2596SX-12 (Figura 2) es un convertidor CC/CC PWM de frecuencia fija de 150 kHz. Ofrece una capacidad de control de corriente de salida de 3 A con alta eficiencia, baja ondulación y excelente regulación de línea/carga. Mediante modulación PWM, el chip admite un rango de ciclo de trabajo lineal de 0 a 100 %.

Este dispositivo no solo ofrece una excelente respuesta transitoria, sino que también ocupa un área mínima en la placa de circuito impreso (PCB). Su diseño compacto y alta densidad de potencia lo hacen ideal para pantallas LCD, televisores, marcos de fotos digitales, decodificadores, módems, dispositivos de telecomunicaciones y equipos de red.

Figura 2: LM2596SX-12 El regulador reductor de conmutación cumple con los requisitos de bajo voltaje. (Crédito de la imagen: SLKOR Semiconductor)

Reguladores de conmutación de impulso

El SL2733 es un convertidor elevador CC/CC diseñado para suministrar una corriente constante y precisa para alimentar múltiples LED. Con una frecuencia de conmutación fija de 1 MHz, el SL2733 puede combinarse con pequeños condensadores e inductores cerámicos externos. La corriente de salida se ajusta mediante una resistencia externa (R1), lo que permite alimentar múltiples LED en serie. El SL2733 es apto para alimentar LED idénticos, con hasta nueve LED blancos en serie o una tensión de alimentación máxima de 32 V. El brillo del LED se puede ajustar mediante tensión CC, señal lógica o señal de modulación por ancho de pulsos (PWM). El pin de apagado (SHDW) permite que el dispositivo funcione en modo de apagado con baja corriente de reposo. Además de la protección térmica y la limitación de corriente de sobrecarga, el chip entra en modo de ultrabajo consumo durante fallos de circuito abierto del LED. Está alojado en un encapsulado compacto SOT23-5.

Más pequeño es mejor

Usando el  SL2188 Reduce la cantidad de componentes externos. Este dispositivo admite componentes externos compactos, mientras que su función de arranque suave minimiza la corriente de entrada. Admite una amplia gama de cargas de corriente e integra un MOSFET de potencia capaz de soportar corrientes de conmutación pico superiores a 1 A, con una tensión de salida de hasta 3.6 V. Este diseño versátil, compacto y de alta potencia es ideal para productos de batería de litio de una sola celda, incluidos sistemas de baterías alcalinas, NiMH o NiCd de dos y tres celdas. Convertidores Boost como el SL2188 Son ideales para periféricos inalámbricos, accesorios de juegos, dispositivos médicos personales y reproductores multimedia portátiles. Los rápidos avances tecnológicos impulsan formatos más pequeños. En comparación con el SOP-J8, el SL23 con encapsulado SOT2188 reduce significativamente el área de PCB requerida.

Figura 3: A medida que los diseños de componentes se reducen, los encapsulados miniaturizados (p. ej., SOT23) se vuelven esenciales. (Crédito de la imagen: SLKOR Semiconductor)

Maximizar la eficiencia y reducir el consumo de energía

La demanda de miniaturización sigue siendo un factor clave, junto con la necesidad de mantener la fiabilidad y la eficiencia energética. El regulador reductor de conmutación SY8120B (Figura 4) ofrece un diseño compacto con salida ajustable y un suministro de potencia fiable.

Figura 4: El SY8120B es un regulador reductor de conmutación que suministra potencia de forma fiable en un diseño más pequeño y compacto. (Crédito de la imagen: SLKOR Semiconductor)

Algunos pueden asumir que la miniaturización sacrifica la capacidad de carga o el suministro confiable de energía, pero este no es el caso. El SY8120B logra una alta eficiencia de conversión a la vez que reduce el consumo de energía (Figura 5). Al proporcionar una baja corriente de espera, los dispositivos alimentados por batería minimizan el consumo de energía en estado de inactividad. Además, el control constante del tiempo de encendido permite un funcionamiento eficiente con cargas ligeras.

 
Figura 5: Los diseñadores buscan convertidores reductores CC/CC de alta eficiencia que suministren energía de forma fiable. (Crédito de la imagen: SLKOR Semiconductor)

Convertidores Flyback para aplicaciones CA/CC y CC/CC

Un convertidor flyback es una topología reductora-elevadora que incorpora un transformador flyback. Es apto tanto para la conversión CA/CC como CC/CC, proporcionando aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida. También ofrece ventajas de multiplicación de la relación de tensión y aislamiento. Los convertidores de potencia aislados emplean dos esquemas de control: control en modo tensión y control en modo corriente. Para un funcionamiento estable, generalmente se prefiere el control en modo corriente.

Convertidores CC/CC Buck-Boost

Un convertidor reductor-elevador es un convertidor CC/CC clásico cuya tensión de salida puede ser mayor o menor que la tensión de entrada. También puede generar tensiones negativas. Similar a un convertidor flyback, utiliza un solo inductor en lugar de un transformador. Específicamente, el convertidor reductor-elevador consta de dos topologías distintas capaces de generar tensiones de salida que van desde valores superiores a la tensión de entrada hasta cero. Las fuentes de alimentación CC/CC, a veces llamadas "choppers", incluyen un circuito reductor-elevador que funciona como convertidor elevador o reductor, según el ciclo de trabajo.

Conclusión

La conversión de energía de alta eficiencia en los diseños automotrices e industriales modernos se basa en reguladores de conmutación. A medida que los diseños se vuelven cada vez más compactos, la demanda de dispositivos versátiles y de alta eficiencia capaces de mantener niveles de potencia estables nunca ha sido mayor. Si bien los reguladores de conmutación pueden tener varios nombres (SMPS, reguladores de conmutación CC/CC, convertidores o reguladores),SLKOR ofrece una amplia gama de soluciones compactas para aplicaciones que requieren una conversión de energía eficiente.

Los reguladores de conmutación son de gran importancia en el diseño de sistemas electrónicos, ya que proporcionan una conversión de potencia estable y eficiente con miniaturización y multifuncionalidad. Su adopción es generalizada en numerosos campos. Gracias a este artículo, hemos profundizado en los conceptos y tipos fundamentales de reguladores de conmutación, las diferencias entre reguladores lineales y fuentes de alimentación conmutadas (SMPS), y... SLKORProductos reguladores de conmutación de alta eficiencia y sus aplicaciones. 

¿Tienes alguna experiencia o pregunta sobre el diseño y las aplicaciones de reguladores de conmutación? ¡Comparte tu opinión en los comentarios!