Convertidor de potencia

Un convertidor de potencia es un circuito eléctrico que convierte la energía eléctrica de una forma en otra, normalmente utilizando una acción de conmutación de alta frecuencia. Esta conversión puede ser de corriente continua a corriente alterna o de corriente alterna a corriente continua para aumentar o disminuir la tensión o cambiar la polaridad. Además, el convertidor actúa como enlace entre la fuente de alimentación y la salida de la fuente de alimentación. Trabaja para procesar y controlar el flujo de energía eléctrica suministrando corrientes y tensión en la forma necesaria para las cargas de los usuarios finales. Los convertidores están disponibles en forma de simple transformador o pueden ser más complejos, según la aplicación. En este artículo se analizan los distintos tipos de convertidores de potencia.

Índice de contenidos

• Corriente alterna frente a corriente continua
• Tipos de convertidores de potencia
• Convertidores de CA a CC
• Convertidores de CC a CA
• Convertidores de CC a CC
• Convertidores de CA a CA
• FAQs

Corriente alterna frente a corriente continua

Por corriente alterna (CA) se entiende la corriente eléctrica que invierte periódicamente su sentido. Es el tipo de corriente que alimenta su casa o su negocio. Es la toma de corriente a la que se enchufan los aparatos. Los alternadores producen corrientes alternas.

En cambio, la corriente continua (CC) fluye en una sola dirección. En una corriente continua, los electrones se desplazan de una región de carga negativa a otra de carga positiva sin cambiar de dirección. La fuente de energía más frecuente para la corriente continua son las pilas, que alimentan teléfonos móviles, automóviles y linternas.

Tipos de convertidores de potencia

El tipo de conversión clasifica los convertidores de potencia. Generalmente se dividen en cuatro categorías:

• Convertidores de CA a CC: Los convertidores de CA a CC convierten la corriente alterna en continua mediante un rectificador.
• Convertidores de CC a CA: Los convertidores de CC a CA toman la corriente continua y la convierten en una corriente alterna de la tensión y frecuencia deseadas. Son inversores.
• Convertidores de CC a CC: Estos convertidores convierten una corriente constante en variable o en continua constante. Estos dispositivos también se denominan choppers.
• Convertidores de CA a CA: Los convertidores de CA a CA suelen denominarse cicloconvertidores o convertidores matriciales. Estos dispositivos convierten una corriente alterna de una frecuencia o tensión específica de una fuente de corriente alterna de línea a una tensión alterna diferente.

Convertidores de CA a CC

Uno de los elementos esenciales de la conversión eléctrica es pasar de corrientes alternas a corrientes continuas. Las aplicaciones, conocidas como convertidores CA-CC, convierten la corriente alterna en corriente continua unidireccional. Los transformadores ajustan la fuente de CA, reduciendo la tensión para un mejor rango operativo de la alimentación de CC. Esta conversión de corriente alterna a corriente continua ha cobrado importancia en los últimos años por la cantidad de tecnología que hay en los hogares y que necesita corriente continua para cargarse.

Esta conversión de corriente alterna en corriente continua es la rectificación, y el convertidor se denomina rectificador. Además, una serie de diodos convierten la alimentación de CA en CC. Esto transforma la onda de CA sinusoidal en una serie de picos positivos. Un transformador ajusta la corriente de la fuente a una tensión más manejable para su uso en la alimentación de corriente continua.

Proceso de conversión de CA a CC

La alimentación de corriente alterna procedente del transformador reductor se convierte en corriente continua en la conexión del extremo de carga mediante el rectificador. No todos los rectificadores son iguales, y los distintos tipos se refieren a sus funciones, a saber, los rectificadores de media onda, de onda completa y de puente.

Se puede utilizar un rectificador de media onda o un rectificador de onda completa para convertir una tensión alterna en tensión continua. Se aplica una tensión alterna (etiquetada A) a los devanados primarios del transformador reductor (Figura 2 etiquetada B). Se induce una tensión correspondiente en los devanados secundarios. Con frecuencia, los transformadores disminuyen la tensión para utilizarla en equipos que necesitan energía a un nivel inferior. Cuando se dispone de 230 voltios de corriente alterna, el transformador reductor puede convertirla en 12 voltios.

El diodo (Figura 2 con la letra D) se polariza hacia delante (estado ON) y conduce la corriente iniciando el flujo de corriente a través de la resistencia de carga (Figura 2 con la letra R). Un diodo permite que la corriente fluya en una dirección. Durante el ciclo negativo de la tensión de entrada, se induce una tensión negativa correspondiente en el lado secundario, y el diodo no conduce. Por lo tanto, no hay flujo a través de la resistencia de salida durante el ciclo negativo de la tensión de entrada, ya que el diodo se comporta como un circuito abierto. Por lo tanto, la salida sólo da ciclos positivos alternativos.

Para aplicaciones prácticas, se conecta un condensador a la salida en paralelo con la resistencia (Ver Figura 3). El condensador actúa como filtro para suavizar la tensión de salida pulsante hasta el nivel de CC adecuado. Lee nuestro artículo sobre transformadores de CA a CC para conocer más detalles sobre el proceso de rectificación.

Un circuito integrado regulador de tensión regula la tensión de salida al valor fijo deseado. Este es el paso final en la conversión de corriente alterna a corriente continua en la tensión de salida al volumen deseado.

Ventajas de un convertidor CA-CC

Un convertidor de corriente alterna a corriente continua tiene tres ventajas importantes.

• Compacto: Los dispositivos que requieren convertidores CA-CC utilizan los tamaños más pequeños posibles para convertir la corriente de forma eficiente, ofreciendo dispositivos más pequeños. En un entorno industrial, los convertidores CA-CC son ligeros y fáciles de instalar.
• Eficiencia energética: Los convertidores CA-CC eliminan la necesidad de inversores y convertidores adicionales porque funcionan con eficacia y reducen los fallos de los equipos.
• Menos caro: Convertir la corriente a un voltaje inferior ahorra a los usuarios dinero en el consumo de energía.

Aplicaciones

Los convertidores de CA a CC se utilizan en la mayoría de los electrodomésticos, como frigoríficos, ordenadores, televisores y cargadores de aparatos electrónicos portátiles, como teléfonos móviles o tabletas. También desempeñan un papel esencial en los equipos médicos, la industria aeroespacial y los sistemas de transporte. El uso doméstico e industrial depende en gran medida de los convertidores CA-CC.

Convertidores de CC a CA

Quizá una conversión menos frecuente sea la de corriente continua a corriente alterna. Un inversor convierte una corriente continua unidireccional en una corriente alterna inversa. Los convertidores de CC a CA pueden diseñarse de múltiples maneras. Un método habitual es emplear un oscilador y un transformador elevador.

Un oscilador es un circuito electrónico que emplea transistores y otros dispositivos semiconductores para generar una señal alterna a partir de una pequeña fuente de tensión continua. A continuación, la señal de CA puede elevarse mediante un transformador elevador hasta alcanzar la magnitud de tensión deseada.

Limitaciones de la conversión de CC a CA

La conversión de corriente continua en alterna tiene un par de limitaciones.

• El uso de transistores reduce la eficiencia del circuito.
• Los transistores de conmutación pueden provocar distorsión cruzada, pero puede reducirse con diodos de blasing.

Aplicaciones

El principal uso de la corriente continua en corriente alterna carga las baterías de los vehículos. Pero esta corriente también puede accionar motores de corriente alterna de baja potencia y sistemas alimentados por energía solar.

Convertidores de CC a CC

Algunas aplicaciones implican la conversión de una fuente de corriente continua a otra tensión de corriente continua. Un convertidor de CC a CC toma una tensión de entrada de CC en su entrada y entrega una tensión de CC diferente. La tensión continua de salida puede ser inferior o superior a la tensión de entrada aplicada. Los convertidores de CC a CC están disponibles como circuitos integrados (CI) individuales, que requieren muy pocos componentes adicionales para su funcionamiento.

Aplicaciones

Los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles reciben la energía de las baterías, pero contienen subcircuitos que regulan la tensión requerida distintos de los de las baterías.

Convertidores de CA a CA

Los convertidores de CA a CA son dispositivos que convierten una forma de onda de corriente alterna de una forma a otra. La tensión y la frecuencia de salida se gestionan en función del uso y las necesidades del aparato. Una forma de conseguirlo es utilizar dispositivos semiconductores especiales (como tiristores) para conectar y desconectar la tensión de entrada en un circuito, de modo que la tensión media en la salida pueda variar en función de la aplicación.

Aplicaciones

Las aplicaciones más sencillas pueden controlar la velocidad de los motores, la atenuación de las lámparas o el control de la calefacción.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirve un convertidor de potencia?

Los convertidores de corriente son esenciales para tomar la corriente eléctrica alterna de nuestros hogares y convertirla en corriente continua, utilizada para alimentar electrodomésticos, cargar baterías y hacer funcionar equipos ofimáticos.

¿Necesitan convertidor los cargadores de teléfono?

La mayoría de los dispositivos móviles que requieren un cargador de batería no necesitan un convertidor aparte.

¿En qué se diferencian los convertidores y los inversores?

Un convertidor transforma la corriente alterna en alterna, mientras que un inversor transforma la corriente continua en alterna.