Los convertidores DC-DC boost que aceptan un amplio rango de tensión, ¿necesitan siempre realimentación para mantener constante la tensión de salida?

Question

Nunca he hecho un curso formal de electrónica de potencia y estoy tratando de aprender un poco sobre los convertidores boost.

Asumo que hay diferentes diseños de convertidores boost basados en lo que estás intentando hacer, y creo que entiendo el principio básico para un simple convertidor DC-DC step up, sin embargo estoy luchando por entender cómo funcionan las diferentes variaciones. En concreto, estoy tratando de entender cómo un convertidor elevador que tiene diferentes niveles de tensión de CC y es capaz de mantener una tensión de salida constante.

En referencia a este Texas Instruments DC-DC boost converter, verás que puede tomar una entrada que oscila entre 0,9 - 6V. Hay varios convertidores diferentes aparte de la familia TPS6102x, y estoy específicamente interesado en el TPS61025 que acepta un voltaje de entrada de 0,9 - 6V, pero dará salida a una constante de 3,3V. Otros chips de la familia permiten una salida de tensión variable en la que se puede utilizar un divisor de resistencias para "programar" la tensión de salida.

En mi caso de utilizar el TPS61025, no voy a utilizar el pin 'FB' ya que el chip no puede ser programado para dar salida a un determinado voltaje.

Volviendo a mi pregunta, cuando un convertidor elevador CC-CC acepta tensiones de entrada variables, ¿se puede suponer que siempre habrá algún tipo de realimentación interna para mantener esa tensión de salida? Si se diseñara un chip para elevar una tensión precisa de 1,5 V a 3,3 V, supongo que podría implementarse en bucle abierto o en bucle cerrado, ya que el chip puede asumir que SÓLO tendrá que preocuparse de una tensión (1,5 V). Sin embargo, en el caso de aceptar una gama más amplia de entradas de tensión, el chip no puede hacer asssumption.

TLDR: ¿Los convertidores elevadores CC-CC que aceptan un amplio rango de tensión de entrada dependen siempre de la realimentación interna para mantener una tensión de salida constante?

Answer 1

Esencialmente, sí. Aunque la tensión de entrada sea fija, sigue siendo necesaria la realimentación debido a las variaciones de tolerancia de los componentes y a los cambios en la carga de corriente de salida: la regulación sería deficiente sin algún tipo de realimentación.

Los convertidores CC-CC (o CA-CC) aislados, como la topología flyback, pueden dificultar la implementación de la realimentación, ya que tradicionalmente la señal de realimentación tendría que atravesar la barrera de aislamiento. Esto se puede hacer con optoaisladores, pero la detección del lado primario también es una opción, para reducir el número de piezas a expensas de un poco de regulación de carga (que se puede compensar con un regulador lineal de salida).

Answer 2

En su forma más básica, un convertidor elevador de CC almacena la energía de entrada en una mitad del ciclo de conmutación y libera esa energía a la salida en la segunda mitad del ciclo. Esta energía, multiplicada por el número de conmutaciones por segundo, equivale a una transferencia de potencia.

Esto convierte a un convertidor boost sin refinar en un regulador de potencia y no en un regulador de tensión. Esto significa que si almacena 1 uJ cada ciclo y lo libera a la salida 100.000 veces por segundo, la potencia que entrega a la carga es de 0,1 vatios. Si la carga es una resistencia de 1 kohm, la tensión de salida será de 10 voltios. Si la resistencia de carga es de 10 kohmios, la tensión de salida es de 31,6 voltios. En situaciones sin carga, la salida aumenta (cargando el condensador de salida) hasta que falla el condensador o falla el diodo o falla el transistor de conmutación.

Por eso, con cargas bajas se necesita un sofisticado sistema de realimentación para controlar el ciclo de trabajo de la conmutación y, normalmente, se necesita un valor mínimo de carga para garantizar la regulación. Ese sofisticado sistema de realimentación convierte un regulador de potencia en un regulador de tensión.

Información adicional sobre el modo discontinuo

Lo descrito anteriormente se denomina modo de funcionamiento discontinuo y representa el escenario de control más problemático para un convertidor elevador: los cambios tanto en la tensión de alimentación de entrada como en la carga tienen que provocar modificaciones en el ciclo de trabajo o la salida no estará regulada y podría dañar la carga debido a las sobretensiones.