Tutorial Convertidor Buck DIY: Construye una Fuente de Alimentación Conmutada Eficiente

Si usas a menudo fuente de alimentación lineal de corriente de salida tradicional, acordarás que no es muy eficiente. Un convertidor buck es mejor opción de potencia de salida al reducir voltaje de entrada eficazmente. ¿Hay más en un convertidor buck DIY?

Sí, hay más. Primero, tiene al menos dos semiconductores que actúan como diodo y resistencia. Pero puedes reemplazar diodo por segundo transistor – útil para rectificación simultánea.

Segundo, el convertidor buck es muy competente en tareas como cambiar voltaje de salida de fuente de alimentación de computadora a voltajes menores que CPU, USB y DRAM necesitan.

Aprenderás más sobre convertidor buck aquí: qué es, cómo funciona y cómo hacer uno.

¡Vamos!

¿Qué es un Convertidor Buck?

Antes hablamos brevemente. Aquí extensamente: convertidor buck es como convertidor DC-DC o reductor de potencia. Su función principal: reducir voltaje de la fuente (entrada) a la carga (salida).

Al tener al menos dos semiconductores, pertenece a clase SMPS (fuente de alimentación conmutada).

Fuente de alimentación conmutada

Además de dos semiconductores, trae al menos un elemento de almacenamiento de energía.

Elemento de almacenamiento: generalmente inductancia, condensador o combinación. Para reducir rizado de voltaje en transistores de potencia, crucial que convertidor buck tenga filtros de condensadores promedio simples (o combinados con inductores) en filtro lado fuente y lado carga.

No sorprende que convertidores buck hagan excelente trabajo dando eficiencia energética como convertidores DC-DC vs fuentes lineales. Vale mencionar: dispositivo >90% eficiente – impulsa efectividad para tareas como cambiar voltaje de cargador solar o fuente bulk de computadora.

¿Cómo Funciona un Convertidor Buck?

En convertidores buck, operación del circuito sujeta a estado de conducción del MOSFET. Funciona según estado (apagado/encendido).

Corriente en circuito es cero si dispositivo en estado OFF o interruptor abierto. Si interruptor cerrado (ON), corriente aumenta. Inductancia crea voltaje opuesto en terminales – reacción a cambio de corriente.

Resultado: rango voltaje entrada cae, oponiéndose a voltaje de fuente y disminuyendo voltaje neto en carga.

Con tiempo, voltaje en inductancia y tasa de cambio de corriente reducen. Voltaje en carga aumenta. Mientras, inductancia almacena energía. Si interruptor abre mientras corriente cambia, inductancia experimenta caída de voltaje. Fuente de voltaje filtro entrada > voltaje en carga.

Si interruptor entra en estado OFF de nuevo, fuente de voltaje sale del circuito

Causa disminución de corriente. Voltaje en inductancia reduce por corriente decreciente. Inductancia se vuelve fuente de corriente.

Circuito convertidor buck opera en dos modos: continuo y discontinuo. Continuo: valor corriente por inductancia nunca cae a cero en ciclo de conmutación.

Resultado: al cerrar interruptor, voltaje en inductancia V_L = V_i – V_o. Mientras caída voltaje casi constante, corriente por inductancia sube linealmente.

Al abrir interruptor, diodo polarizado directo. Corriente disminuye y voltaje en inductancia V_L = -V_o. Energía almacenada en inductancia L:

E = ½ LI²_L

Energía en inductancia disminuye en OFF y aumenta en ON. Inductancia L conduce energía de entrada a salida del convertidor. Modo discontinuo: carga requiere energía muy pequeña.

Corriente por inductancia cae a cero. Condensador de salida descarga cada ciclo – causa pérdidas de conmutación mayores.

Cómo Hacer un Convertidor Buck Simple

Antes de hacer convertidor buck simple, crucial referenciar diagrama de circuito. Usa el de aquí.

Lista de Cosas Necesarias

Diodo Schottky

Sección Diodo Schottky

Potenciómetro

Potenciómetro

Batería entrada 12V

12v Batería plomo

Panel simple

Resistencia (10k, 100ohm)

Resistencia 10K

Arduino UNO

Placa Arduino UNO

IRF540N

Motor (carga)

Condensador (100uf)

Condensadores 100uf

Inductancia (100Uh)

Pequeñas inductancias 100uh

Pasos para hacer convertidor buck:

1. Conecta terminales finales del potenciómetro a pin rail 5V. Conecta pin tierra Arduino UNO respectivamente; terminal wiper a pin analógico A1.
2. Une pin PWM 6 Arduino a gate de MOSFET.
3. Conecta terminal positivo batería a drain MOSFET. Repite para negativo a terminal-p diodo Schottky.
4. Conecta motor desde terminal-p diodo Schottky en serie con inductancia a terminal source MOSFET.
5. Une terminal-n diodo Schottky a terminal source MOSFET.
6. En motor, coloca condensador 47uf.
7. Finalmente, conecta pin tierra Arduino a terminal source MOSFET.

Objetivo del MOSFET: cambiar voltaje entrada alta frecuencia. Ofrece menos disipación calor con alta corriente. Inductancia protege MOSFET de picos alto voltaje (típico en este proyecto electrónico).

Arduino útil para alta velocidad conmutación MOSFET. Función diodo Schottky: completar bucle para flujo corriente. Sin diodo al apagar MOSFET, inductancia libera energía al motor. Poco o ningún efecto en carga por bucle incompleto.

Potenciómetro vital: da valor analógico a Arduino según voltaje PWM que gate MOSFET recibe de pin PWM 6 Arduino. Con este valor, controlas voltaje salida en carga.

Aplicaciones del Convertidor Buck

Útil para aplicaciones comunes:

Cargadores de Batería

Cargador solar batería

Typico: querer cargar rápido batería portátil o smartphone sin calentar dispositivos. Convertidor buck es la respuesta, suele estar dentro del móvil – puerto carga es micro USB.

Amplificadores de Audio de Potencia

Control potencia y amplificadores audio

Etapa potencia de amplificador audio es convertidor buck. Ejemplo: amplificadores clase D.

Quadcopters

Dji Phantom Quadcopter

Quadcopters usan packs batería litio multi-celda. Configuración típica: 2-6 celdas serie. Packs producen rango voltaje ~6V-25V. Convertidor buck reduce voltaje batería a ~5V o 3.3V para controlador de vuelo.

Encuentras convertidor buck en PCB distribución potencia que dirige potencia batería o controladores velocidad electrónicos.

Conclusión

Convertidor buck DIY es proyecto ideal si buscas convertidor DC-DC que eficientemente cambia alto voltaje a bajo. Útil para electrónica consumo que requiere estabilizar voltaje caído de batería bajo carga.

¿Qué piensas de convertidores buck? ¿Planeas intentarlo? ¿Preguntas? Contáctanos.