Algo tendrán aquellos lodos en los que vivimos para necesitar sumergirnos en los mismos sitios. Y es que hace un tiempo comentaba cómo cambiar el voltaje de una fuente mediante divisores de tensión. Estos divisores de tensión lo que hacen es cambiar el voltaje a la baja, pero ¿Y si quisiésemos aumentar el voltaje de salida?

Para eso están los convertidores boost. Eso sí, solamente sirven para las tensiones que utilizamos normalmente… las continuas. Esto de continua significa que no es en alterna, alterna es lo que sale de los enchufes… Y eso sí que es una buena movida…

Qué hace un convertidor Boost

A veces no todo es bajar voltaje, sino que puede que lo queramos subir. Eso mismo es lo que hacen los convertidores boost, pasar de una tensión DC (continua) a otra DC pero aumentada. Para ello se utiliza un interruptor que es el que marca el estado del convertidor.

El circuito es el siguiente (Imagen de Wikimedia de CyrilB bajo una licencia Creative Commons BY-SA):

Como ves el circuito tiene una bobina al inicio, luego un diodo y al final un condensador y una carga. La carga es aquello que vamos a alimentar, ese aparato al que queremos enchufarle una tensión superior. Pongámonos en el caso de que el interruptor está abierto.

La corriente pasa por la bobina, luego por el diodo (que fuerza a que vaya en ese sentido la corriente) y luego se reparte entre el condensador y la carga. Entonces está alimentando a la carga y está cargando (secretamente y sin avisar) al condensador. Cuando el condensador está totalmente cargado se cierra el interruptor.

Entonces la energía pasa por la bobina y vuelve al inicio por lo que la bobina recibe toda la energía. Y parece que la carga (eso que vamos a alimentar) está ahí sola y desamparada… pero no es así, porque el condensador está cargado y se dedica a alimentar a la carga mientras tanto. Hasta que la energía del condensador se agote y se cambia al estado anterior del interruptor.

Y ya está, ¡Así funciona el circuito!

Estudiando el porqué del aumento de voltaje a la salida

Existen dos modos de funcionamiento: el continuo y el discontinuo. Veamos el continuo, que es en el que siempre hay corriente en la bobina, nunca se para. En el caso del discontinuo es que la corriente inicial se va encendiendo y apagando porque la carga demanda menos de lo que realmente puede dar el convertidor Boost y no necesita estar ahí repartiendo energía a tope.

Miremos el estado en el que el interruptor está cerrado. A este estado lo llamaremos ON. En este estado al enchufar la fuente lo que pasa es que el voltaje que hay en la bobina (que es el único elemento por el que pasa la corriente) es el de entrada, el que viene de la fuente inicial (digamos que es el voltaje menor).

Este voltaje creará un cambio de la corriente en la bobina con el tiempo que será este:

Las bobinas son seres complicados y su ecuación es una integral pero bueno, si despejas la diferencia de corriente y la integras quedaría así (Si no sabes integrar no te preocupes, esto es lo que hay y ya está):

Si te fijas aparece una D y una T. T es el tiempo que el interruptor está cerrado y abierto, el tiempo del ciclo. Por otra parte, D es lo que llaman el duty cycle, el ciclo de trabajo. Esto quiere decir qué porcentaje del tiempo T el interruptor está cerrado (en el estado ON), vamos que es el tiempo que le cuesta al condensador cargarse.

Pero cuidado, he dicho porcentaje, D es un porcentaje. Si mi tiempo son 10ms, un D=10%=0.1 que será 1ms de tiempo con el interruptor cerrado. Es por eso que D tiene un valor que va de 0 a 100% o lo que es lo mismo, de 0 a 1.

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¿Qué esta pasando con el interruptor en OFF?

Ahora abrimos el interruptor y pasamos al estado OFF (Se le llama así porque realmente el interruptor está apagado o sin uso). En este caso la corriente ya no pasa solamente por la bobina sino que recorre todo el circuito. Entonces ahora, se puede utilizar la primera ecuación (la no integral) pero cambiando el voltaje.

Ahora el voltaje de la bobina no es el de entrada sino que es el de entrada menos el de salida. Si te fijas en el circuito verás que si cuentas que el diodo no tiene caídas (pérdidas) de voltaje ni nada de eso, en un lado el voltaje de la bobina es el de entrada y en el otro lado es el de los condensadores, que es el mismo que el de la carga. Es decir, el de salida…

Por lo que ahora solo hay que integrar como hacíamos antes:

Con lo que aparecen D y T de nuevo… Pero bueno, veamos como está nuestra querida bobina que está siendo la reina de la fiesta. Si sabemos que la energía que entra será la misma que sale en cada uno de los componentes y uno de ellos es la bobina… Podemos deducir algunas cosas.

Esta energía depende justamente del valor de la bobina y de la corriente. Es decir, solamente va a variar la corriente que deberá ser igual cuando varío en ON que cuando varía en OFF. Es decir, que las dos diferencias de corrientes de antes deben de ser iguales o que deben de sumar cero. Hagamos esto de que sumen cero:

Si simplificas para sacar el valor de D tienes que:

Justamente sabemos que D está entre 0 y 1 por lo que el voltaje de entrada dividido entre el de salida tiene que ser más pequeño que 1 (sino se haría negativo). Y esto quiere decir que el valor de abajo debe de ser más grande que el de arriba. Es decir: El voltaje de salida es mayor que el de entrada. ¡Lo conseguimos!

Gracias por dejarme equivocarme a mi manera…

Bueno, después de este lío creo que está claro cómo funcionan y que te va a servir para aumentar el voltaje en alguna aplicación. A la hora de elegir un boost hay que tener en cuenta la corriente, mirar que sea adecuada. Es decir, hay cuatro factores: Corriente de entrada, voltaje de entrada, corriente de salida y voltaje de salida.

Deberás conocer qué voltaje y corriente necesitas a la salida y tener la fuente que sea capaz de darle la corriente de entrada y el voltaje de entrada que necesita el boost. Normalmente lo más difícil es tener la corriente porque para transformar a más voltaje necesitarás un poco de corriente extra. Pero no hay que asustarse demasiado 😉

Y bueno, creo que aún no he explicado para qué sirve el circuito boost. Sobretodo es por si tienes un aparato que quieres alimentar pero la fuente que tienes en casa es para un voltaje menor. Si tuvieses que alimentar algo con 12V pero solo tuvieses una fuente de alimentación de 5V, el circuito boost sería tu cómplice perfecto 😉

Te dejo el tema de la semana, que hay nuevo disco y hay que ponerse las pilas con este grupo. ¿Nos vemos en los comentarios?

P.D. Eso de equivocarme del título es de la canción XD