Estoy diseñando un convertidor reductor de 10V a 3,3V. Mirando el LT8610 , el ejemplo de aplicación muestra dos circuitos similares que tienen frecuencias de conmutación diferentes.
El gráfico de eficiencia frente a frecuencia muestra que una frecuencia de conmutación más baja es ligeramente más eficiente. ¿A qué se debe?
Alternativamente, ¿cuáles son las ventajas de una frecuencia de conmutación más alta?
Hay pérdidas de encendido y apagado en cada ciclo de conmutación, tanto en el accionamiento de los propios elementos de conmutación (pérdida de accionamiento de puerta si hablamos de MOSFET) como en el tren de potencia si estás considerando una topología de conmutación dura como los convertidores reductores que aparecen en tu pregunta.
La reducción de la frecuencia de funcionamiento disminuye el número de estos eventos por unidad de tiempo, todos ellos con pérdidas. Voilà, ahora ahorras energía.
Sin embargo, las ventajas de la conmutación a baja frecuencia no son gratuitas. El resultado de una menor frecuencia de conmutación es una mayor corriente de pico por ciclo de conmutación.
Por lo general, existe un punto de equilibrio entre las pérdidas de conmutación/puerta y las pérdidas de conducción debidas a la corriente. Encontrar el equilibrio forma parte de la "magia" del diseño de fuentes de alimentación.
El funcionamiento a frecuencias más altas reduce la corriente de pico (lo que significa menor magnetismo) pero aumenta las pérdidas en la puerta y en la conmutación. Una vez más, todo es cuestión de equilibrio.
Los MOSFET pueden ser interruptores bastante buenos: pueden tener una corriente de fuga baja cuando están apagados y una resistencia de encendido baja, por lo que en cualquiera de las dos situaciones disipan muy poca potencia; o la corriente es baja, o la tensión. Pero para encender y apagar el FET tiene que pasar por su región activa, y ahí ni la tensión ni la corriente son despreciables, y su producto es la potencia disipada. Cuanto mayor es la frecuencia, más veces por segundo se producen estos pérdidas de conmutación por lo que cabe esperar 5 veces más pérdidas de conmutación a 2 MHz que a 400 kHz.
Una frecuencia más alta es útil porque el inductor tiene que almacenar menos energía y puede hacerse más pequeño. (La energía es potencia \$\times\$ tiempo, y a mayor frecuencia el periodo de conmutación es más corto).
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