¿Qué es una calculadora de convertidor buck?
Un convertidor buck es un regulador conmutado DC-DC que reduce una tensión de entrada elevada a una tensión de salida más baja y regulada, con una eficiencia muy alta. Esta calculadora obtiene la tensión de salida en régimen estacionario a partir de la tensión de entrada y del ciclo de trabajo de conmutación y, además, dimensiona la bobina para un rizado de corriente concreto. Las fórmulas son válidas para un convertidor que opera en modo de conducción continua (CCM).
Cómo usarla
Introduce la tensión de entrada (Vin), el ciclo de trabajo del interruptor (D) en porcentaje, la frecuencia de conmutación en kHz, la corriente de carga de salida y el rizado de corriente de la bobina que deseas, expresado como porcentaje de la corriente de salida (un 30 % es un buen punto de partida). La calculadora devuelve la tensión de salida regulada, el rizado de corriente de la bobina en amperios y un valor de inductancia recomendado en microhenrios.
La fórmula explicada
Para un convertidor buck ideal en CCM, la relación de conversión es simplemente Vout = Vin × D, donde D es la fracción de cada ciclo de conmutación durante la cual el interruptor del lado alto permanece conduciendo. El valor de la bobina se deduce del equilibrio voltios-segundo: L = (Vin − Vout) · D / (f · ΔI_L), donde f es la frecuencia de conmutación en hercios y ΔI_L es el rizado de corriente pico a pico deseado en la bobina.
Ejemplo resuelto
Reducimos 12 V con D = 42 % (0,42): Vout = 12 × 0,42 = 5,04 V. Con Iout = 2 A y un rizado del 30 %, ΔI_L = 0,6 A. A f = 100 kHz, L = (12 − 5,04) × 0,42 / (100000 × 0,6) = 2,9232 / 60000 ≈ 48,72 µH.
Términos Clave y Variables
Un convertidor buck es un circuito CC-CC de modo conmutado que reduce un voltaje de entrada más alto a un voltaje de salida más bajo y regulado. Las variables que se presentan a continuación aparecen en las ecuaciones que definen el convertidor.
- Voltaje de entrada (Vin)
- El voltaje CC sin regular suministrado al convertidor, en voltios (V). Siempre debe ser mayor que el voltaje de salida deseado para que funcione la topología buck.
- Voltaje de salida (Vout)
- El voltaje CC regulado entregado a la carga, en voltios (V). En un convertidor buck ideal en conducción continua \(V_{out} = V_{in} \times D\).
- Ciclo de trabajo (D)
- La fracción de cada período de conmutación durante la cual el interruptor de alto lado está encendido, expresada como una relación (0–1) o porcentaje (0–100%). Establece directamente la relación de conversión: \(D = V_{out}/V_{in}\).
- Frecuencia de conmutación (f)
- La velocidad a la que el interruptor principal se enciende y apaga, en hertz (Hz), comúnmente expresada en kHz. Una f más alta permite inductores y capacitores más pequeños pero aumenta las pérdidas por conmutación.
- Corriente de rizado del inductor (\(\Delta I_L\))
- La variación de pico a pico de la corriente en el inductor durante un ciclo de conmutación, en amperios (A). Por lo general, se especifica como un porcentaje de la corriente de salida (carga).
- Modo de conducción continua (CCM)
- Un modo de operación en el cual la corriente del inductor nunca cae a cero durante un ciclo de conmutación. La relación simple \(V_{out}=V_{in}\,D\) se mantiene en CCM; con cargas ligeras, el convertidor puede entrar en modo de conducción discontinua (DCM), donde la relación también depende de la carga.
- Inductancia (L)
- El valor del inductor de potencia, en henrios (H), normalmente expresado en microhenrios (µH). Establece la corriente de rizado para una entrada/salida y frecuencia determinadas: \(L = \dfrac{(V_{in}-V_{out})\,D}{f \cdot \Delta I_L}\).
Preguntas frecuentes
¿La salida es siempre Vin × D? Esta relación ideal se cumple en modo de conducción continua e ignora las caídas en el interruptor y el diodo, así como las pérdidas resistivas, que reducen ligeramente la salida real.
¿Qué rizado de corriente debo elegir? Lo habitual es entre el 20 % y el 40 % de la corriente máxima de salida; un rizado menor exige una bobina más grande.
¿La frecuencia cambia la tensión de salida? No: Vout depende únicamente de Vin y del ciclo de trabajo. La frecuencia afecta al dimensionado de la bobina y del condensador, no a la tensión regulada.
