¿Qué es una calculadora de convertidor boost?
Un convertidor boost es una fuente de alimentación conmutada CC-CC que eleva una tensión de entrada baja a una tensión de salida más alta. Esta calculadora aplica la relación ideal en modo de conducción continua (CCM) para obtener la tensión de salida a partir de tu tensión de entrada y del ciclo de trabajo del interruptor. Es una herramienta universal de electrónica, muy útil para diseñar dispositivos alimentados por batería, drivers de LED y fuentes de alimentación.
Cómo usarla
Introduce la tensión de entrada (Vin) en voltios y el ciclo de trabajo (D) como un porcentaje entre 0 y 99 %. La calculadora te devuelve la tensión de salida ideal y la ganancia de tensión. Como la fórmula divide entre (1 − D), un ciclo de trabajo del 100 % no está definido (ganancia infinita), así que mantén D por debajo del 100 %.
La fórmula explicada
El convertidor boost ideal responde a Vout = Vin / (1 − D), donde D es la fracción de cada ciclo de conmutación en la que el interruptor principal permanece cerrado. Cuando el interruptor está activado, la bobina almacena energía; al abrirse, esa energía se entrega a la salida en serie con la entrada, generando una tensión superior a Vin. A medida que D se acerca a 1, la ganancia se dispara. Los convertidores reales no alcanzan este ideal debido a las pérdidas del interruptor, el diodo y la bobina.
Ejemplo resuelto
Supongamos Vin = 5 V y D = 60 % (0,60). Entonces Vout = 5 / (1 − 0,60) = 5 / 0,40 = 12,5 V, es decir, una ganancia de tensión de 2,5×. Así, una fuente de 5 V elevada con un ciclo de trabajo del 60 % entrega unos 12,5 V.
Interpretación de Su Resultado
El número que devuelve esta calculadora es el techo ideal de voltaje de salida asumiendo un convertidor sin pérdidas operando en modo de conducción continua (MCC). Úselo como punto de partida de diseño, no como una predicción exacta de resultados de banco.
- La salida real es menor que la ideal. La resistencia del interruptor, la caída del diodo, la pérdida de cobre del inductor y la ESR consumen energía. Multiplique la cifra ideal por una eficiencia típica del convertidor de aproximadamente 0,80 a 0,95 para estimar la salida realista. Por ejemplo, un ideal de 30 V a 88% de eficiencia da lugar a aproximadamente \(30 \times 0,88 \approx 26,4\,\text{V}\), por lo que los diseños prácticos ejecutan un ciclo de trabajo ligeramente más alto (con regulación de lazo cerrado) para compensar.
- Los ciclos de trabajo muy altos son frágiles. A medida que \(D\) se acerca a 1, el denominador \(1-D\) se reduce hacia cero y la ganancia teórica explota. En la práctica, los ciclos de trabajo superiores a aproximadamente 0,8 se vuelven ineficientes e inestables: las corrientes máximas, las pérdidas de conducción y la sensibilidad a las tolerancias de componentes aumentan significativamente. Si su aplicación necesita una ganancia superior a aproximadamente 4–5×, considere una topología diferente (por ejemplo, un flyback o un enfoque en cascada/dos etapas).
- La ganancia es siempre \(\ge 1\). Porque \(0 \le D < 1\), el factor \(1/(1-D)\) nunca es menor que uno. Un convertidor elevador solo puede elevar el voltaje hacia arriba (o pasarlo a través de en \(D = 0\)); no puede producir una salida inferior a su entrada. Si necesita una salida más baja, utilice un convertidor buck en su lugar.
Esta es información de ingeniería general; siempre valide con las hojas de datos de componentes específicos, los límites térmicos y el diseño del lazo de control antes de comprometerse con el hardware.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el ciclo de trabajo no puede ser del 100 %? Con D = 1, el denominador (1 − D) se hace cero, lo que daría una tensión teóricamente infinita: físicamente imposible y peligroso. Los diseños prácticos mantienen D muy por debajo de 1.
¿Tiene en cuenta las pérdidas? No. Esta es la ecuación ideal en modo CCM. La salida real es menor; cabe esperar una eficiencia de en torno al 80-95 % según el diseño.
¿Puede un convertidor boost reducir la tensión? No: un boost solo eleva la tensión (ganancia ≥ 1). Para reducirla, usa un convertidor buck (reductor).
