explicando el funcionamiento de una fuente conmutada Step Buck Converter síncrona

 hola que tal a todos y sean nuevamente bienvenidos a este pequeño blog en esta ocasión les presento esta nueva entrada en la cual trataremos de explicar el funcionamiento funcionamiento de una fuente conmutada reductora de voltaje " Step Buck Converter " síncrona, sinceramente no se si me supe explicar bien, pero espero que si y que se haya entendido, si no mas adelante trataremos de mejorar el tema un poco mas  

como todos saben las fuentes conmutadas Step Buck Converter no es nada mas y nada menos que una fuente conmutada Step Buck Converter  convencional, pero con algunos cambios que le permitirá ser muchos mas eficiente que el circuito convencional con menores perdidas en temperatura  y sobre todo el poder trabajar con grandes cargas sin problemas manteniendo el voltaje de salida sumamente estable en todo momento a pesar de que el consumo varié, a continuación un circuito básico en papel de una fuente conmutada Step Buck converter convencional y una sincrona       

como podemos apreciar a la derecha tenemos el circuito de la fuente conmutada Step Buck Converter convencional y a la izquierda tenemos el circuito de la fuente conmutada Step Buck Converter sincrona, entonces primero expliquemos el funcionamiento de una fuente conmutada convencional, cuando el interruptor esta cerrado la corriente fluye hacia el inductor el cual genera un campo magnético que a su vez se opone al paso de la corriente la cual fluye hacia la carga, pero de manera mas lenta, entonces cuando el interruptor se abre el campo magnético generado en el inductor colapsa induciendo ce una corriente que fluye hacia carga, ahora en el momento en que el interruptor esta cerrado el diodo bloquea el paso de la corriente circulando solamente hacia el inductor el cual como se menciono antes genera un campo magnético que se opone al paso de la corriente y cuando el interruptor se habré este colapsa induciendo ce una corriente en el mismo que circula hacia la carga y a su vez a través del diodo para cerrar el circuito, pero esto solo ocurre por un periodo de tiempo muy corto así que para mantener la carga alimentada se utiliza un capacitor el cual se cargara y alimentara la carga mientras el ciclo se repite una y otra vez a lo largo del funcionamiento del circuito, ahora para lograr que el voltaje de salida hacia la carga sea muy estable se utiliza un controlador el cual variando el ciclo de trabajo puede regular el voltaje de salida entre 0 voltios hasta el voltaje máximo de entrada de la fuente, en este caso de ejemplo supongamos que el voltaje de entrada es de 12 voltios DC, entonces dependiendo del ciclo de trabajo que le aplique nuestro controlador al circuito podremos regular un voltaje desde 0 voltios hasta 12 voltios a la salida de la fuente 

bueno ya explicamos un poco el funcionamiento, ahora tenemos otro tipo de fuente Step Buck Converter muy similar a esta y que puede lograr una eficiencia mas alta y esta fuente es la Step Buck Converter sincrona, el cual si miramos el circuito en papel a la izquierda de la foto podemos apreciar que el circuito es muy similar, pero con la diferencia de que ahora el diodo lo hemos reemplazado por un interruptor que en la practica es un mosfet, el funcionamiento del circuito es igual al del Step Buck Converter convencional, entonces cuando el interruptor alto esta cerrado la corriente fluye hacia el inductor el cual genera un campo magnético que a su vez se opone al paso de la corriente la cual fluye hacia la carga, pero de manera mas lenta, entonces cuando el interruptor se abre el campo magnético generado en el inductor colapsa induciendo ce una corriente que fluye hacia carga, ahora en el momento en que el interruptor alto esta cerrado el interruptor del lado bajo se encuentra abierto por lo que la corriente circula solamente hacia el inductor el cual como se menciono antes genera un campo magnético que se opone al paso de la corriente y cuando el interruptor se habré este colapsa induciendo ce una corriente en el mismo que circula hacia la carga en este momento el interruptor del lado bajo se cierra para permitir el paso de corriente y de este modo cerrar el circuito, pero esto solo ocurre por un periodo de tiempo muy corto así que para mantener la carga alimentada se utiliza un capacitor el cual se cargara y alimentara la carga mientras el ciclo se repite una y otra vez a lo largo del funcionamiento del circuito

pero que ventaja presenta el circuito al reemplazar el diodo por un mosfet?, pues reemplazar el diodo por un mosfet hace que el circuito sea mucho mas eficiente debido a que los mosfet N al poseer una resistencia de encendido muy baja " RSon " el voltaje que cae en el mismo es mucho menor comparado con la caída de voltaje que presenta un diodo, lo que se traduce en menos disipasion de calor y menores perdida lo que aumenta por mucho la eficiencia de la fuente conmutada, aparte al usar un mosfet en vez de un diodo la fuente conmutada es capaz de manejar altas corrientes sin problemas, ya que un mosfet es capaz de manejar altas corriente mientras que un diodo no, pero para que esta fuente conmutada sea realmente eficiente se deben utilizar mosfets N tanto en el lado alto como en el lado bajo y con una resistencia de encendido lo mas baja posible, pero ahora hay un detalle utilizar un mosfet N en el lado alto trae una pequeña complicación en el circuito ya que usar un mosfet en el lado alto, se requiere de una fuente flotante o boostrap para poderlo activar correctamente, ya que si no se usa la fuente flotante el mosfet N del lado alto podría activarse de forma lineal con lo cual traería como consecuencia mucha disipación de calor en el mosfet alto y esto arruinando la eficiencia de fuente conmutada por la perdida que presenta el mosfet si se activara de forma lineal, por suerte hoy en día hay circuitos integrado que en su interior poseen los driver adecuado para controlar el mosfet alto como el bajo       

ahora para controlar el funcionamiento de la fuente tanto como la activación de los mosfets y la estabilización del voltaje de salida de la fuente conmutada para que sea lo mas estable posible, necesitamos un circuito de control, en este caso de ejemplo y para el montaje de un circuito practico utilizaremos un chip UP6103, el cual en su interior como se menciono antes cuenta  con los driver adecuado para controlar tanto el mosfet alto como el bajo, aparte cuenta con un pin de retro alimentación  o feeback el cual es el encargado de tomar un voltaje de muestra comprendida ente 0.4 a 3 voltios " segun como se configure el feeback " del voltaje de salida de la fuente para mantener el voltaje de salida lo mas estable posible a pesar de que la carga presente un alto consumo o que la carga varié su consumo en algún momento dado a lo lago de su  funcionamiento, aparte                   

a continuación les dejare el diagrama del circuito practico