Fuente Alimentación Conmutada (SMPS)

Análisis de un convertidor Boost DC-DC, PWM y comportamiento del MOSFET.

Contacto: tecnologia.profe.javier@gmail.com
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1. Selección de Componente
2. Parámetros Eléctricos
Potencia en la Carga: 0.00 W
Resistencia Equivalente: 0.00 Ω
3. Red de Filtrado (Salida)
(El cerámico filtra el ruido "Ringing" y los picos de alta frecuencia).
Controles Osciloscopio
Telemetría del Sistema
Estabilidad y Ruido (V_out)
Estable
Estrés de Corriente (I_in)
0%
Estrés Térmico MOSFET
0%

¿Cómo eleva el voltaje? Imagina el inductor (L) como un resorte magnético.
1. Fase ON (Carga): El MOSFET se cierra. La corriente viaja de la fuente a tierra cruzando el inductor, cargándolo de energía.
2. Fase OFF (Descarga): El MOSFET se abre abruptamente. El inductor se opone al corte y libera su energía acumulada, sumándose en serie a la fuente original. Esto carga el capacitor a un voltaje superior.


¿Qué es el Estrés de Corriente (I_in) y por qué es una trampa mortal?

El error más común al diseñar un convertidor Boost es olvidar la Ley de Conservación de la Energía (P_in = P_out). No se puede crear energía de la nada; si quieres elevar el voltaje a la salida, debes sacrificar corriente a la entrada.

  • El Peligro: El MOSFET está en la entrada. Si tu carga pide 2A, pero elevaste el voltaje al doble, el MOSFET tendrá que soportar 4A. Si compraste un transistor límite de 3A... ¡Explotará fundiendo sus cables de oro internos!
  • 🧪 Experimento físico sugerido:
    1. Usa el 4N60, carga de 1.00 A y V_in a 12.0 V. Pon el Ciclo de Trabajo en 50% (Tu voltaje de salida será sano, aprox. 23V).
    2. Simula que la batería se agota: baja V_in a 5.0 V. Verás que tu V_out colapsa dramáticamente a menos de 9V.
    3. Para recuperar tus 23V originales en la carga, deberás **subir manualmente el Ciclo de Trabajo a casi el 80%**.
    4. ¡Observa la Telemetría! Al forzar tanta elevación, la corriente de entrada se disparará violentamente superando el límite del 4N60 y provocando su destrucción.

Otros Parámetros vitales y Destrucción:

  • Rds(on) (Resistencia Interna): Cuando el MOSFET está cerrado no es un conductor perfecto, tiene resistencia. A mayor corriente, genera calor (P = I² × R).
  • P_max (Avalancha Térmica): Si el calor generado por la corriente supera lo que el disipador puede enfriar, el silicio alcanza temperaturas críticas, entra en cortocircuito y se destruye.

¿Por qué usamos MOSFETs y no Transistores Bipolares (BJT)?

  • Método de Control: El BJT requiere una corriente continua para mantenerse cerrado (ON), desperdiciando energía. El MOSFET es controlado por voltaje (actúa como capacitor). No consume corriente para mantenerse encendido.
  • Velocidad de Conmutación: Los BJTs son lentos (< 50 kHz). Los MOSFETs son extremadamente rápidos (cientos de kHz). ¡Esta alta velocidad es lo que permite que el inductor y capacitores sean físicamente diminutos!
  • Pérdidas por Conducción: El BJT tiene una caída de voltaje fija al conducir. El MOSFET moderno se comporta como un cable con resistencia casi nula (Rds(on)), maximizando eficiencia.

¿Qué papel juegan los capacitores en la salida? (Las Redes de Filtrado)

  • El Capacitor Electrolítico (El "Tanque"): Durante la fase ON del MOSFET, la fuente se desconecta y este capacitor es el único que alimenta la carga. Si pones uno muy chico (10 µF), se vaciará al instante, generando un rizado inmenso.
  • El Capacitor Cerámico (El "Escudo"): Los electrolíticos son "lentos" a altas frecuencias (por su ESL). Si omites el cerámico, verás peligrosas agujas de voltaje (spikes/ringing) en los bordes de conmutación del osciloscopio que causan interferencia EMI y queman chips.

¿Cuánto rizado (Ripple) es tolerable?

Depende de qué vas a alimentar. Regla general: entre el 1% y el 5%.

Tipo de CargaTolerancia TípicaEjemplo a 12V
Circuitos Analógicos (Audio/RF)< 0.5%< 50 mV
Lógica Digital (CPUs, Microcontroladores)1% a 2%120 - 240 mV
Iluminación LED3% a 5%360 - 600 mV
Cargas Electromecánicas (Motores)5% a 10%600 - 1.2 V
CH3: FLUJO Y ESTADO DE COMPONENTES
ESTADO: -
MOSFET FUNDIDO
CH1: SEÑAL PWM (GATE)
...
FALLO DE SISTEMA
CH2: VOLTAJE SALIDA (V_out)
...
0.00 V - CIRCUITO ABIERTO
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