Como funcionan las fuentes reguladas de voltaje conmutadas.

1. Fuentes DC reguladas
conmutadas
Son fuentes DC que aprovechan el
aumento de eficiencia en el elemento
regulador al funcionar este, en régimen
de conmutación

2. Regulador conmutado básico:
Los dos tipos de reguladores lineales, serie y paralelo, tienen elementos de
control (transistores) que conducen la corriente todo el tiempo, en donde la
cantidad de conducción varía según sea requerida por cambios en el voltaje o
corriente de salida.
El regulador conmutado es diferente: el elemento de control opera como un
interruptor. Con este tipo de regulador de voltaje es posible obtener mayor
eficiencia que con los tipos lineales, debido a que el transistor no conduce todo
el tiempo. Por tanto, los reguladores conmutados pueden proporcionar
mayores corrientes de carga a bajos voltajes que los reguladores lineales,
debido a que el transistor de control no disipa tanta potencia.
Existen tres configuraciones básicas, de ascenso, de descenso e inversor de
voltaje.
Configuración de descenso de voltaje:
En esta configuración, el voltaje de salida siempre es menor que el de entrada.
En la fig. 1(a) se muestra un regulador conmutado básico de descenso de
voltaje, y en la fig. 1(b) se muestra el circuito equivalente simplificado.

3. V ent
3
2
2
E le m e n t o
de
C o n tr o l
Q1
V sal
C o
R L
1
D 1
L
1
+
Vent
PW M
2
7
R1
3
V re f
2
4
1
D 2
+
R2
6
D e te c to r
d e e rro r
C to d e
m u e s tr e o
R3
C o n tro l d e l
In te rru p to r
D1
V s a l+
L
Co
RL
F ig . 1 ( b )
F ig . 1 ( a )
El transistor Q1 (bipolar o FET) se usa para conmutar el voltaje de entrada a
un ciclo de operación basado en el requerimiento de carga del regulador. A
continuación se usa un filtro LC para promediar el voltaje conmutado.
Como Q1 está encendido (saturado) o apagado (cortado), la perdida de
potencia en el elemento de control es relativamente pequeña. Por
consiguiente, el regulador conmutado se usa esencialmente en aplicaciones
de alta potencia o en aquellas en donde la eficiencia es de prImordial
importancia.

4. Los intervalos de apagado y encendido de Q1 se muestran en la forma de
onda de la fig. 2. El capacitor se carga durante el tiempo de encendido (tenc), y
se descarga durante el tiempo de apagado (tapag).
Cuando el tiempo de encendido se incrementa con respecto al de apagado, el
capacitor se carga en exceso, aumentando así el voltaje de salida. En caso
contrario, el capacitor se descarga en exceso, reduciendo así el voltaje de
salida.
ta
te
ta
te
ta
te ta te ta te ta teta te ta te ta te
>
te
F ig . 2
Por tanto, ajustando el ciclo de trabajo (tenc/tenc +tapg) de Q1 es posible variar el
voltaje de salida. El inductor aplana más las fluctuaciones del voltaje de
salida originadas por la acción de carga y descarga.
Cuando el pulso está en nivel alto, el conmutador está cerrado. Esto polariza
en inverso el diodo, con lo que toda la corriente de entrada circula a través
de la autoinducción. La cantidad de energía almacenada en el campo
magnético viene dada por:

5. Energía = 0,5 Li 2
V in
L
D
M o d u la d o r
por anc ho
d e p u ls o
C
+
<
<
<
R L
R 2
V fb
R 3
V re f
( a)
-
+
( b)
-
+
( c)
+ V in
0 V
V in
V out
+ V dc
( d)
F ig 3
La corriente que atraviesa la autoinducción también carga el capacitor y
proporciona corriente a la carga. Mientras el conmutador esté cerrad, el
voltaje en la autoinducción tiene la polaridad como en la figura 3(b). Como
ya la corriente en la bobina aumenta, se va almacenando más energía en el
campo magnético.
Cuando cae el pulso, se abre el conmutador. En este instante, el campo

6. magnético en torno a la autoinducción comienza a caer e induce un voltaje
inverso en la misma, como en la figura 3(c).
Este voltaje inverso se llama golpe inductivo. Debido a este golpe
inductivo el diodo se polariza en directo y la corriente que circula por la
autoinducción continúa haciéndolo en el mismo sentido. En este momento,
la bobina está devolviendo al circuito la energía almacenada. En otras
palabras, la autoinducción actúa como una fuente y continúa suministrando
corriente a la carga.
La corriente circulará por la bobina hasta que ésta entregue toda la energía
al circuito. (funcionamiento discontinuo) o hasta que el conmutador se cierre
de nuevo (funcionamiento continuo), con lo que se volverá al principio. En
cualquier caso, el capacitor proporcionará también corriente a la carga
durante parte del tiempo que el conmutador esté abierto. De esta forma, se
minimiza el rizado en la carga.
El conmutador está abriéndose y cerrándose continuamente. La frecuencia
de conmutación va desde los 10 Khz a más de 100 Khz (algunos
reguladores integrados lo hacen a más de 1 Mhz). La corriente circula por la
autoinducción siempre en el mismo sentido saliendo del diodo o del
conmutador en momentos diferentes del ciclo.

7. Con el voltaje de entrada fijo y un diodo ideal, llegará un voltaje de forma
rectangular a la entrada del filtro de choque (inductivo), ver la figura 3(d).
Como se vio en Clase anterior, la salida de un filtro de choque (inductivo) es
igual a la corriente continua o valor medio de la entrada. El valor medio está
relacionado con el ciclo de trabajo de la forma.
El voltaje de salida se expresa como:
VSal
 t enc 
=
Vent
 T 
Donde T es el periodo del ciclo encendido-apagado de Q1 y se relaciona con
la frecuencia mediante la expresión T = 1/f. El periodo es la suma de los
tiempos de encendido y apaga
T = t enc + t apg
La razón DC = tenc/T se denomina ciclo de trabajo.
Cuanto mayor sea el ciclo de trabajo, mayor será el voltaje continuo de
salida.

8. Cuando la fuente se enciende por primera vez, no hay voltaje en la salida
que realimente el divisor de voltaje formado por R2 y R3. Entonces la salida
del comparador es muy alta y el ciclo de trabajo se aproxima al 100%.
Como el voltaje de salida aumenta, el voltaje de realimentación VFB aumenta
haciendo que disminuya la salida del comparador con lo que se reduce el
ciclo de trabajo. En algún punto, el voltaje de salida alcanzará el equilibrio
en el cual el voltaje de realimentación produzca un ciclo de trabajo que
tenga el mismo voltaje de salida.
Debido a la alta ganancia del comparador, una especie de cortocircuito
=
virtual hay entre los dos terminalesVdelVcomparador significando que:
FB
REF
V FB = V REF
De aquí se puede obtener la siguiente ecuación para el voltaje de salida:
VSal
R2 + R3
=
V REF
R3
Después de establecer el equilibrio cualquier intento de cambio en el voltaje
de salida, ya sea debido a cambios en la red o en la carga, serán
completamente compensados por la realimentación negativa.