Un convertidor elevador es un convertidor de potencia DC-DC que eleva el voltaje de un nivel inferior a uno superior. Es una de las topologías fundamentales de fuentes de alimentación conmutadas utilizadas en innumerables dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta vehículos eléctricos. El convertidor opera almacenando energía en un inductor durante una fase del ciclo de conmutación y liberándola a la salida durante otra fase, creando efectivamente un voltaje más alto que el de entrada.
La Física Detrás de la Elevación de Voltaje
El convertidor elevador se basa en el principio de inducción electromagnética y almacenamiento de energía. Cuando el interruptor está cerrado (estado ON), la corriente fluye a través del inductor, almacenando energía en su campo magnético. Cuando el interruptor se abre (estado OFF), el inductor intenta mantener el flujo de corriente, pero como el interruptor está abierto, el voltaje a través del inductor invierte la polaridad y se suma al voltaje de entrada, creando un voltaje de salida más alto. Este proceso se repite a la frecuencia de conmutación, manteniendo un voltaje de salida estable.
Componentes Clave y Sus Roles
Los componentes esenciales de un convertidor elevador incluyen: el transistor de conmutación (generalmente un MOSFET), el inductor (elemento de almacenamiento de energía), el diodo (rectificador), el capacitor de salida (suavizado de voltaje), y el circuito de control (regula el ciclo de trabajo). Cada componente juega un papel crítico en la operación y eficiencia del convertidor. El valor del inductor determina la corriente de rizado, la frecuencia de conmutación afecta los tamaños de los componentes y las pérdidas, y el ciclo de trabajo controla la relación de conversión de voltaje.
Modo Continuo vs. Discontinuo
Los convertidores elevadores pueden operar en dos modos: modo de conducción continua (CCM) y modo de conducción discontinua (DCM). En CCM, la corriente del inductor nunca llega a cero durante el ciclo de conmutación, proporcionando mejor eficiencia y menor rizado de salida. En DCM, la corriente del inductor llega a cero antes de que comience el siguiente ciclo de conmutación, lo que puede simplificar el control pero puede aumentar el rizado de salida. El modo de operación depende de la corriente de carga, la frecuencia de conmutación y el valor del inductor.