Calculadora de convertidor boost (elevador)
Diseña un convertidor boost (elevador): ciclo de trabajo, inductancia, rizado del inductor, corriente pico, corriente de entrada y condensador de salida mínimo según voltajes, corriente y frecuencia.
Cómo funciona
D = 1 − V_in × η ÷ V_out · ΔI_L = % de rizado × I_out × V_out ÷ V_in · L = V_in × (V_out − V_in) ÷ (ΔI_L × f_s × V_out) · I_L(media) = I_out ÷ (1 − D) · I_pico = ΔI_L ÷ 2 + I_out ÷ (1 − D) · C_out(mín) = I_out × D ÷ (f_s × ΔV_out)
Un convertidor boost almacena energía en un inductor mientras el interruptor está cerrado y la libera, sumada al voltaje de entrada, a través de un diodo o un interruptor síncrono cuando se abre. El ciclo de trabajo fija la elevación de voltaje; al incluir la eficiencia queda un poco mayor que el ideal 1 − V_in/V_out. Las ecuaciones siguen la nota de aplicación SLVA372C de Texas Instruments. Diseña con el voltaje de entrada mínimo, donde el ciclo de trabajo y la corriente son máximos, y elige un inductor cuya corriente de saturación supere la corriente pico con margen.
Ejemplo resuelto
Para elevar 5 V a 12 V con 1 A, conmutación a 500 kHz, 30% de rizado, 50 mV de rizado de salida y 90% de eficiencia: D = 1 − 5 × 0.9 ÷ 12 = 62.50%. ΔI_L = 0.3 × 1 × 12 ÷ 5 = 720 mA, L = 5 × 7 ÷ (0.72 × 500,000 × 12) = 8.102 µH, la corriente media de entrada es 2.667 A, la corriente pico del interruptor es 3.027 A y el condensador de salida necesita al menos 1 × 0.625 ÷ (500,000 × 0.05) = 25 µF.
Fuentes: Texas Instruments SLVA372C — Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage · Wikipedia — Boost converter
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula el ciclo de trabajo de un convertidor boost?
Idealmente D = 1 − V_in ÷ V_out. Con la eficiencia, D = 1 − V_in × η ÷ V_out: de 5 V a 12 V con 90% de eficiencia hace falta un 62.5% en lugar de 58.3%.
¿Cómo elijo el inductor?
Elige un valor estándar igual o mayor que la inductancia mínima y comprueba que su corriente de saturación supere la corriente pico con un margen del 20–30%. Un inductor mayor reduce el rizado, pero es más grande y responde más lento.
¿Por qué la corriente de entrada es mayor que la de salida?
La potencia se conserva: P_in = P_out ÷ η. Elevar 5 V a 12 V con 1 A requiere unos 12 W ÷ 0.9 = 13.3 W de la fuente, es decir, 2.67 A a 5 V.
¿Cuánto puede elevar un convertidor boost?
Las pérdidas crecen rápido cuando el ciclo de trabajo se acerca al 100%. Por encima de unas 5–6 veces (D mayor de 80–85%) conviene un flyback, un SEPIC o un diseño con inductor acoplado.
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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.