La magia de la conversión de voltaje DC-DC (2023)
(lcamtuf.substack.com)- El voltaje de las baterías y los adaptadores económicos no coincide con el que requieren motores, retroiluminación LCD y chips digitales, por lo que la mayoría de los electrónicos de consumo dependen de la conversión de voltaje DC
- Los divisores resistivos y los reguladores lineales son simples, pero a medida que aumenta la corriente de carga o la caída de voltaje, los problemas de pérdida por calor y duración de batería crecen rápidamente
- Las bombas de carga pueden multiplicar o dividir voltajes solo con conmutación de capacitores y a veces superan el 90% de eficiencia, pero en estructuras simples tienen límites en regulación de voltaje y cargas de alta corriente
- Los convertidores Buck generan voltajes más bajos con precisión usando inductores e interruptores, y hasta dispositivos pequeños manejan corrientes de varios A, pero hay que considerar las pérdidas del inductor y la interferencia de radiofrecuencia
- Los convertidores Boost generan voltajes superiores al de alimentación mediante el colapso del campo magnético del inductor; como la salida puede llegar a cientos o miles de V, la regulación de salida es imprescindible
Por qué se necesita la conversión de voltaje
- Casi todos los dispositivos electrónicos de consumo del mercado realizan alguna forma de conversión de voltaje DC
- El voltaje de salida de una batería común o de un adaptador de pared económico no satisface los requisitos de todos los componentes de un circuito
- Motores
- Retroiluminación LCD
- Chips digitales de última generación
- La conversión de voltaje también puede ocurrir dentro de un microcontrolador
- Puede haber una pequeña bomba de carga interna que genera un voltaje más alto para la EEPROM y la memoria flash
- Puede haber un regulador separado que genera un voltaje más bajo para el núcleo de la CPU
- En circuitos electrónicos de hobby, IC lineales antiguos como LM7805 y LM317 a veces se usan junto con MCU modernos de 32 bits
- Incluso con la llegada de los reguladores conmutados, es común copiar otros diseños tal cual sin evaluar si son adecuados para la tarea
Divisores de voltaje basados en resistencias
- La forma más simple de generar un voltaje intermedio a partir de una fuente conocida y estable es un divisor resistivo
- Si no hay una carga significativa conectada entre R1 y R2, la corriente que atraviesa ambas resistencias es la misma
- El voltaje intermedio se calcula como la caída de voltaje sobre R2; si R1 = R2, el punto medio queda a la mitad del voltaje de alimentación
- La mayor restricción es que la corriente que sale hacia la carga debe ser despreciable frente a la corriente que atraviesa R1 y R2
- Si esta condición no se cumple, el voltaje intermedio cambia según el funcionamiento de la carga
- Para suministrar un voltaje estable a una carga de alto consumo, se necesitarían valores de resistencia imprácticamente bajos
- Como resultado, fluye una gran corriente desperdiciada por la ruta R1-R2
- En la práctica, se usa con frecuencia en redes de polarización para entradas de op-amp o compuertas FET
- En estos usos, prácticamente no hay carga y los valores de resistencia pueden estar en el rango de 10kΩ a 100kΩ
- La corriente desperdiciada se mantiene en el rango de los microamperios
Usar la carga como parte del divisor
- Si la carga se comporta casi como una resistencia constante bajo las condiciones del circuito, la carga misma puede usarse como parte del divisor en lugar de R2
- Este enfoque también sigue desperdiciando energía
- El proceso de reducir el voltaje de la carga consiste en que R1 obstaculiza el flujo de electrones y convierte parte de la energía de alimentación en calor
- El calor desperdiciado se calcula con la ley de Joule P = IV
- Si la corriente es alta y la reducción de voltaje necesaria es mayor que unas fracciones de volt, las pérdidas se vuelven severas
- No hay muchas cargas que hagan trabajo útil y a la vez se comporten como una resistencia constante
- Un circuito integrado que ejecuta un programa no entra en esta categoría
- Un motor bajo carga tampoco entra en esta categoría
- En estas cargas, la corriente requerida y la conductancia o resistencia aparente cambian con el tiempo, por lo que el voltaje de salida del divisor, que depende de la relación de resistencias, fluctúa
Reguladores lineales básicos
- Si se controla mediante retroalimentación un componente que actúa como una resistencia variable, se puede mantener un voltaje de salida constante aunque cambie la resistencia de la carga
- Un seguidor de voltaje basado en transistor se parece a este comportamiento
- Un MOSFET de canal n empieza a conducir cuando el voltaje entre la fuente y la compuerta es suficientemente positivo
- Es posible alimentar la compuerta con el voltaje deseado mediante un divisor resistivo y colocar la carga del lado de la fuente
- Se puede implementar con un MOSFET de propósito general como el 2N7000, pero no funciona tan bien como se esperaría
- Vth no es un umbral binario
- El Vth del BS170 se especifica como 2.1V a 1mA, pero para entregar 100mA, Vgs debe llegar aproximadamente a 3.2V
- Si se necesita una corriente de carga mayor con Vref fijo, aumenta la separación entre la fuente y el voltaje de referencia, y el voltaje de salida cae
- Si un diodo Zener interno proporciona una referencia absoluta de voltaje, Vref puede hacerse más estable incluso ante variaciones del voltaje de alimentación
- El diodo genera una caída de voltaje relativamente constante por la energía necesaria para atravesar la región de agotamiento de la unión p-n cuando circula una corriente controlada
- Si se usa un op-amp como seguidor de voltaje para monitorear directamente el voltaje de salida suministrado a la carga, se pueden reducir las limitaciones de un diseño de un solo transistor
- El dispositivo detecta la diferencia entre Vref y Vout
- Ajusta el voltaje de compuerta del transistor en la dirección opuesta para eliminar el error
- Esta retroalimentación elimina la relación no ideal entre el voltaje compuerta-fuente y la corriente de drenaje, y también elimina el offset de Vth
- Las dos resistencias de retroalimentación son opcionales y permiten ajustar el voltaje de salida en proporción al voltaje de referencia del diodo
- Si R1 = R2, Vout será 2 × Vref
- Al final, un regulador lineal es una resistencia variable sofisticada, por lo que resulta difícil de usar salvo que haya una razón especial
- La energía se desperdicia en proporción a I y V
- Esto trae problemas de gestión térmica y menor duración de batería
- Las excepciones son los casos que requieren corrientes muy pequeñas o caídas de voltaje muy pequeñas
- Polarización de entrada de op-amp
- Generación de voltaje de referencia para ADC
- Los reguladores lineales de precisión son adecuados para estos usos
Convertidores de capacitores conmutados y bombas de carga
- Los reguladores de modo conmutado parecen complejos, pero el principio básico de una bomba de carga es el movimiento de carga entre un capacitor volante y un capacitor de salida
- Si se conecta el capacitor volante Cf a los rieles de alimentación, aparece entre sus terminales un voltaje igual a Vsupply
- Este voltaje es resultado de la carga almacenada en el campo eléctrico interno del capacitor
- Se mantiene por un tiempo incluso si se desconecta de la fuente
- Si el Cf cargado se conecta al capacitor de salida Co, parte de la carga se transfiere a Co y aparece un voltaje positivo en los terminales del capacitor de salida
- Al repetir este proceso, Co se carga casi por completo
- El voltaje entre A y B se acerca a Vsupply
- Si el terminal B del capacitor de salida, de potencial más negativo, se ata al riel positivo de alimentación, entre A y C se puede medir 2 × Vsupply, convirtiéndolo en un multiplicador de voltaje
- En una bomba de carga real, no se mueven físicamente los capacitores: se conmutan eléctricamente alternando cuatro FET en una secuencia definida
- La frecuencia de conmutación suele ser de 100kHz a 2MHz
- Un circuito supervisor media la conmutación y entrega energía de forma casi ininterrumpida a la carga conectada
- Esta función de supervisión puede implementarse de varias maneras; también es cada vez más común una estructura simple de microcontrolador que ejecuta un pequeño código
- Cambiando la disposición de los capacitores de salida se pueden generar otros factores de multiplicación o voltajes negativos
- Si se cuelga Co del riel de tierra y se invierte Cf hacia adelante y hacia atrás, se puede generar un voltaje negativo
- Como la transferencia de carga es simétrica, el mismo enfoque también permite dividir voltaje
- Los capacitores confinan bien los campos eléctricos internos, y los MLCC modernos presentan baja impedancia a las frecuencias estándar de operación de las bombas de carga
- Los IC convertidores como LM2776 suelen mostrar eficiencias superiores al 90% en un rango amplio de cargas
- La interferencia de radiofrecuencia tampoco es grande
- La estructura es simple y no requiere lógica de control avanzada, por lo que también es fácil improvisarla sin un chip controlador dedicado
- La gran limitación de una bomba de carga simple es la falta de regulación de voltaje
- Puede generar múltiplos arbitrarios de Vsupply, pero si el voltaje de alimentación fluctúa, la salida también fluctúa
- Es posible hacer una regulación burda monitoreando el voltaje de salida y deteniendo la transferencia de carga al alcanzar el punto de ajuste
- También se puede agregar un regulador lineal a la salida, pero hay que aceptar la pérdida de eficiencia
- LTC3240 es un ejemplo de bomba de carga elevadora regulada alrededor de ±5%
- La transferencia de carga de una bomba de carga es inherentemente discontinua y depende de la diferencia de voltaje entre capacitores
- A medida que el voltaje de salida se acerca al objetivo, disminuye la carga que puede transferirse en un ciclo
- Es menos adecuada para aplicaciones de alta corriente
- Es raro usar bombas de carga con cargas mayores a unos 200mA
- Por encima de eso, las soluciones basadas en inductores llevan la ventaja
Convertidores Buck
- El regulador de voltaje basado en inductor más simple es el convertidor Buck, que genera un voltaje de salida controlado menor que el voltaje de alimentación
- El controlador monitorea el voltaje de salida y, cuando la salida cae por debajo de un nivel preestablecido, cierra el interruptor para recargar el capacitor de salida desde el riel de alimentación
- Si no hay forma de limitar la corriente de irrupción, el capacitor puede cargarse demasiado rápido y Vout puede sobrepasarse de inmediato hasta Vsupply
- Se podría poner una pequeña resistencia en la ruta de carga, pero parte de la energía se disipa como calor y se desperdicia
- Un inductor es una mejor opción porque inhibe los cambios de corriente y almacena reversiblemente parte de la energía en su campo magnético interno
- Cuando el interruptor se cierra, la corriente del inductor aumenta gradualmente, lo que hace más fácil controlar el nivel de carga del capacitor
- Cuando el interruptor se abre, el campo magnético en colapso del inductor intenta mantener el flujo de corriente existente
- Si no hay una nueva ruta, aparece un pico de voltaje peligroso en los terminales del inductor
- El lado del interruptor queda a potencial negativo y el lado del capacitor a potencial positivo
- La energía almacenada se consume de forma improductiva, haciendo que el inductor no sea muy distinto de una resistencia
- Para evitarlo, un convertidor Buck simple necesita un diodo con polarización inversa o un interruptor auxiliar
- Si el lado izquierdo del inductor queda a un potencial más negativo que el riel de 0V, el diodo conduce
- El campo magnético en colapso toma electrones del riel de 0V y los empuja hacia el capacitor y la carga
- El diseñador debe considerar también la corriente que fluye mientras el interruptor está apagado para evitar sobrecargar el capacitor
- La energía almacenada en el campo magnético es casi proporcional al tiempo de encendido del inductor
- Por lo tanto, la magnitud del fenómeno es fácil de predecir y controlar
- Los convertidores Buck presumen una alta eficiencia de conmutación, pero el rendimiento óptimo suele darse solo en un rango específico de carga
- Una de las principales fuentes de pérdida es la resistencia de la bobina del inductor
- Si se eligen componentes baratos y de huella pequeña, esa resistencia puede ser alta
- El campo electromagnético que escapa del inductor provoca pérdidas e interferencia de radio en las bandas MF y HF
- En algunas aplicaciones, como receptores de radio o amplificadores de precisión, las fuentes conmutadas pueden ser problemáticas
- En cambio, los convertidores Buck operan de manera semicontinua y son fuertes en la entrega de alta corriente y regulación de voltaje
- Hay una ruta directa de corriente desde la fuente hacia la carga
- Hay una diferencia de voltaje constante entre los terminales del inductor
- Incluso dispositivos pequeños como AP63203 pueden manejar varios A
- Como la corriente del inductor aumenta gradualmente, se logra una buena regulación de voltaje
- Además de los IC que requieren un inductor externo, también hay módulos integrados de bajo costo que simplifican el diseño del circuito
- CUI VXO7803-500
- MPS mEZD71202A-F
- Con precios minoristas de alrededor de $1 a $2, pueden ahorrar tiempo en circuitos de hobby
Convertidores Boost
- Los reguladores Buck solo pueden generar voltajes por debajo del riel de alimentación, porque si el voltaje del capacitor de salida supera el voltaje de alimentación, al cerrarse el interruptor la corriente del inductor fluye en sentido inverso
- La forma habitual de generar voltajes más altos es la topología Boost
- Cuando el interruptor se cierra, en principio se produce un cortocircuito entre los rieles de alimentación, pero durante un breve tiempo el inductor inhibe el flujo de corriente y deriva la energía de alimentación hacia su campo magnético interno
- Este efecto disminuye rápidamente si el núcleo se satura
- Para evitar destruir el inductor o desperdiciar energía, el interruptor no debe permanecer cerrado demasiado tiempo
- Cuando el interruptor se abre, el campo magnético en colapso del inductor intenta mantener el flujo de carga en la dirección existente
- El terminal izquierdo de la bobina queda a un potencial más negativo
- El terminal derecho queda a un potencial más positivo
- El lado de potencial más negativo sigue conectado al riel positivo de alimentación, por lo que el potencial de referencia de la fuente se mantiene constante
- En el otro terminal aparece un voltaje mayor que Vsupply
- Este pico de voltaje hace conducir al diodo y transfiere energía al capacitor
- La fuerza electromotriz máxima que puede generar la bobina puede superar ampliamente Vsupply, por lo que el capacitor también puede cargarse a un voltaje más alto
- Si la conmutación es suficientemente rápida y el proceso continúa indefinidamente, puede llegar a cientos o miles de V
- Por eso la regulación de salida es imprescindible
- Se puede ajustar la cantidad de energía transferida en cada etapa cambiando el tiempo de encendido del inductor
- Los convertidores Boost como MCP1642B/D se usan con frecuencia para alimentar dispositivos de mayor voltaje desde una sola celda alcalina, o para generar más de 10V en dispositivos como retroiluminación LCD
- Los convertidores Boost comparten la mayoría de las ventajas y desventajas de la topología Buck
- Requieren un inductor
- Dejan una huella notable de interferencia de radiofrecuencia
- Pueden entregar corrientes considerables con relativa facilidad
Sustitución de diodos en implementaciones reales
- En convertidores Buck y Boost reales, el diodo suele reemplazarse por un interruptor MOSFET que opera de forma síncrona
- Este cambio no produce una diferencia funcional, pero permite evitar la caída de voltaje inherente de una unión p-n
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Los convertidores DC-DC son difíciles, pero divertidos. La idea básica es que, si haces pasar corriente por un inductor durante un instante y luego la cortas, se produce un gran pico de voltaje; así funciona el sistema clásico de encendido de los autos.
Si envías ese pico a través de un diodo para cargar un capacitor, puedes obtener una salida de corriente continua. La ventaja de las fuentes de alimentación conmutadas es que tienen muy poca resistencia en la ruta de potencia, por lo que son eficientes; la desventaja es que durante parte del ciclo prácticamente ponen en cortocircuito la entrada, así que si fallan pueden provocar un incendio y podrían necesitar un limitador de corriente de irrupción o un fusible.
Hay topologías elevadoras, reductoras y basadas en transformador; si usas un transformador, puedes aislar la entrada de la salida, lo cual es indispensable por seguridad cuando se alimentan desde la red de AC. Algo que hice hace tiempo fue un circuito que tomaba una entrada USB de 5 V DC y generaba 120 V DC para manejar un teletipo antiguo que necesitaba 60 mA a 120 V DC: https://github.com/John-Nagle/ttyloopdriver/blob/master/boar...
El circuito básico era simple, pero incluía varias perlas de ferrita de montaje superficial y capacitores pequeños para evitar que los picos se filtraran hacia el USB de entrada, la salida y las radiofrecuencias; además, hubo que elegir los valores mediante simulaciones en LTspice para reducir el ruido de voltaje y corriente.
Una mejor forma de entenderlo es que haces pasar corriente desde la fuente hacia el inductor para almacenar energía en un campo magnético, y cuando detienes eso, el campo magnético disminuye y la energía vuelve a convertirse en corriente que entra al circuito.
La clave es que, si eliges bien los tiempos y los parámetros, puedes escoger el voltaje de la corriente aguas abajo. El voltaje en los terminales del inductor depende de la pendiente de la intensidad del campo magnético alrededor del cable del inductor, así que al elegir una pendiente distinta puedes producir un voltaje distinto. Si quieres un voltaje estable, la gráfica de intensidad del campo magnético será aproximadamente una onda de diente de sierra, y la gráfica del voltaje inducido será aproximadamente una onda cuadrada. Es una explicación simplificada para entenderlo, pero la onda de diente de sierra produce una pendiente de corriente constante, y eso conduce a un voltaje constante.
Si el interruptor queda encendido demasiado tiempo y el inductor alcanza la corriente de saturación, o si ocurre alguno de varios modos de falla en cadena, la entrada sí puede quedar prácticamente en cortocircuito. Es algo que también puede pasar en muchos circuitos electrónicos, como con un simple capacitor de desacoplamiento de tantalio o un latch-up SCR en un IC, pero es un buen modo de falla a tener en cuenta al diseñar topologías de fuente de alimentación.
Dicho eso, si el caso es elevar de 5 V a 120 V usando USB como fuente, entiendo de dónde salió la intuición del “cortocircuito”.
A través de componentes parásitos puede ocurrir por un instante algo parecido a un cortocircuito, pero en el caso ideal no.
Hoy los chips normalmente hacen soft start por su cuenta, pero el problema es que necesitan un capacitor de entrada, y ese capacitor, cuando se conecta por primera vez, sí se ve como un verdadero cortocircuito.
Si es un capacitor cerámico pequeño, normalmente no es un gran problema, pero la inductancia del cable puede formar por accidente un convertidor elevador e intentar meterle un pico de voltaje al convertidor real.
Hay una conexión interesante entre un convertidor elevador y una bomba de ariete hidráulico.
Una bomba de ariete hidráulico es un dispositivo que usa la energía cinética de un flujo de agua para bombear agua de un arroyo a un lugar más alto, sin una fuente de energía aparte. Las ecuaciones de ambos dispositivos son en la práctica las mismas; solo cambian las unidades.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Recomiendo mucho el curso MIT 6.622 Power Electronics, publicado recientemente en OCW.
https://youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP62UTc77mJoubhDE...
https://ocw.mit.edu/courses/6-622-power-electronics-spring-2...
El profesor David Perreault es excelente. Entra en temas avanzados que probablemente no necesites salvo que diseñes sistemas de varios kW, pero cubre todos los fundamentos y construye la comprensión desde cero para que puedas saber qué conviene usar y cuándo.
Hay muchos aficionados, como audiófilos o entusiastas de trenes a escala, que logran diseñar e implementar sus propios circuitos, así que claramente debe haber un camino alcanzable. De verdad quería aprender electrónica, pero todavía no he logrado dominarla bien.
Conozco los fundamentos de resistencias, diodos, capacitores y transistores, y puedo explicar la fuente de alimentación clásica más simple con transformador, rectificación de onda completa y capacitor. He armado circuitos digitales básicos como LDO + Arduino/ESP + LED, y sé algo de física básica. Sueldo bien.
Veo más bien lo contrario de la afirmación de que “la regulación lineal casi no vale la pena por los problemas de gestión térmica y la reducción de la vida de la batería”. Si el texto está dirigido a desarrolladores aficionados, es muy probable que una buena parte de los proyectos se alimente con un cargador USB de 5V y consuma apenas unos cientos de mA
Los LDO son muy baratos, fáciles de conseguir, tienen características de salida bastante decentes y son muy fáciles de usar. Si en la práctica tienes 5V ilimitados y necesitas 3.3V a 100mA, ¿por qué no usarlo?
En cambio, un convertidor reductor requiere trabajo de ingeniería real. No puedes simplemente poner un IC cualquiera y esperar que funcione perfecto al primer intento. O usas un módulo caro totalmente integrado, o haces bastantes cálculos y compras de componentes por tu cuenta. Para un desarrollador aficionado que hace una PCB simple y única, ninguna de las dos opciones resulta muy atractiva
Incluso si tienes un componente como un ESP32 que necesita 250mA, alcanza de sobra; y para un proyecto de aficionado, 2.40 dólares también es razonable
Los convertidores reductores baratos son ruidosos, así que resultan bastante molestos si estás haciendo proyectos de audio o radio, o si ese tipo de dispositivos está cerca
Pero si, por ejemplo, tienes que bajar de 24V a 3.3V, un LDO puede calentarse bastante, y aun a 100mA la pérdida supera los 2W. Al final, lo correcto es “depende de la situación”
Desde el punto de vista de un principiante, es muy frustrante que muchos tutoriales pasen de largo con algo del estilo: “aquí hay un interruptor u oscilador mágico esencial para que funcione el convertidor elevador, pero no voy a explicar cómo implementarlo de verdad”
Además, ese circuito tiene que operar al nivel del voltaje de arranque y, en muchos casos, también debe tener aislamiento galvánico respecto del convertidor. Hay muchas cosas que tener en cuenta y en la práctica no es algo trivial
Normalmente la respuesta es encontrar un IC que funcione con el voltaje de entrada que quieres, o alimentar con un regulador lineal la pequeña cantidad de energía necesaria para el generador PWM. También hay que tener cuidado con usar tal cual respuestas generadas por IA. Claude 3.5 Sonnet sugirió conectar un Arduino directamente a 230V y, aun después de varios intercambios, produjo un circuito con elementos extraños y sin sentido, como “diodos en antiparalelo”
Según parámetros como el rango de voltaje de entrada, el rango de voltaje de salida y la potencia, puedes filtrar por complejidad (aproximadamente cantidad de componentes de la BoM), tamaño, costo, etc.; y los diseños normalmente incluyen también un layout de referencia
https://webench.ti.com/power-designer/
Trabajo en pruebas de compatibilidad electromagnética automotriz, y la causa de fallas en las pruebas o de interferencias con otros dispositivos casi siempre está del lado de la conversión de voltaje
Los convertidores reductores-elevadores son ruidosos y delicados, y si usas un IC monolítico del proveedor más barato, tampoco son fáciles de depurar. Termina dando lugar a discusiones bastante molestas
Últimamente, trabajando con audio, he visto muchos dispositivos que, por ejemplo, convierten 3.7V a 5V, inyectan ruido en el riel de alimentación y ese ruido llega hasta la entrada de micrófono
La función de respaldo con batería de pisource es particularmente mala en este aspecto, pero muchas otras fuentes alimentadas por batería también lo hacen. No solo afecta micrófonos, sino también sensores sensibles como acelerómetros
Ojalá quienes fabriquen convertidores DC-DC en el futuro se preocupen por hacer la alimentación lo suficientemente limpia para que esto no ocurra
Esto es esencialmente inevitable y es muy sensible al layout de la placa. Filtrar por completo, de forma activa o pasiva, ese amplio espectro de componentes de frecuencia no es nada trivial; no existe una solución general, solo un espacio de trade-offs de muchas dimensiones
Es cierto que el ruido importa en los circuitos analógicos y, si quieres, puedes gastar mucho dinero en módulos DC/DC especiales que intentan minimizar el ruido con inductores integrados
La eficiencia del 96% de un convertidor síncrono se ve bien sobre el papel, pero a medida que sigue aumentando el consumo de corriente de las computadoras de placa única y los motores BLDC pueden operar a voltajes más altos, aparecen grandes problemas de calor al alimentar ambos desde la misma fuente
Bajar de 12V a 5V 5A genera un calor manejable, pero si el lado de la batería sube a 20V o 30V, las pérdidas térmicas producidas por la gran caída de voltaje empiezan a derretir lo que hay alrededor. En algunos casos, aunque aumentaran las pérdidas, tuve que usar rieles de alimentación en cascada para repartir el calor entre varios convertidores reductores: primero bajar a 24V, luego de 24V a 12V y de 12V a 5V. Me gustaría saber cuál es la solución profesional, aparte de un disipador enorme
Si la computadora de placa única ya está disipando 25W, los 2W del convertidor DC-DC se pueden manejar de la misma manera
https://www.meanwellusa.com/webapp/product/search.aspx?prod=...
Al superar cierto nivel de potencia, es físicamente imposible sostenerse solo con enfriamiento por convección. Si miras un amplificador de audio o una CPU/GPU común, verás bancos de MOSFET, capacitores e inductores. Puede aumentar la cantidad de componentes de la BoM, pero bajan los requisitos de rendimiento de cada componente
Lo peligroso es que los MOSFET deben clasificarse y emparejarse con cuidado. Si los operas demasiado cerca de su corriente nominal, uno se quema, la carga se reparte entre los restantes y, al no soportar esa carga adicional, pueden fallar en cascada en un tiempo muy corto. O si uno falla en corto en lugar de abrirse, los demás también mueren de inmediato
Para advertir amablemente a quienes no estén familiarizados con la electrónica: este artículo está escrito al estilo de “ahora dibuja el búho”. No tengo muy claro cuál es el público objetivo.
Quienes puedan leer el contenido a este nivel probablemente ya sepan la mayor parte, e incluso más. Los demás necesitan un libro, y ese libro, como este tema es bastante básico, lo cubrirá y también derivará las ecuaciones que aparecen aquí para que puedan entenderlas.
Creo que si el título incluye “conversión de voltaje DC-DC”, eso ya alcanza para filtrar a quienes no tienen idea de qué significa y a quienes ya saben hacerlo correctamente.
Una alternativa común en el mundo de los microcontroladores es simplemente poner varios diodos en serie. Es una alternativa muy simple, y de hecho la he visto usarse algunas veces.