En los modernos circuitos complejos hay una variedad de microcontroladores, circuitos integrados, DSPs, FPGAs y muchos otros componentes que se deben abastecer. Sin embargo, cada uno de estos componentes requiere una tensión de alimentación diferente. Como solución más eficaz para esto, se ha establecido el concepto de suministro de energía distribuido: la combinación de fuente de alimentación “central” y una variedad de módulos de convertidor “locales”. Hasta ahora, para grandes cantidades se implementaron sobre todo soluciones discretas, pero la cosa está cambiando debido a la caída de los precios de los módulos completamente certificados. Actualmente hay módulos adecuados a precios muy atractivos para casi todas las aplicaciones.
Una mayor eficiencia y una alta fiabilidad llevan largo tiempo abogando por el uso de convertidores modulares CC/CC, pero por otro lado estuvieron los costes, especialmente en grandes cantidades. Pero mientras los costes de desarrollo están en constante aumento, los precios de módulos completamente certificados han caído en picado en los últimos años. Y si en la consideración se incluyen además aspectos tales como el “time to market”, los convertidores modulares son a menudo la solución más económica.
Trampas en el desarrollo propio de convertidores CC/CC
En las fuentes de alimentación conmutadas ya constituye una práctica común comprarlas como módulo acabado, pero la realidad aún es diferente en el caso los convertidores CC/CC. Esto tiene principalmente dos razones: por una parte, trabajan en la entrada con bajas corrientes continuas y son relativamente fáciles de manejar. Por otro lado, forman parte de la placa de circuito impreso y es fácil equipar los componentes en el mismo paso de trabajo. Considerado de manera superficial, parece que se requiere poca ciencia para desarrollar convertidores de tensión. Pero en la práctica, esta suposición es a menudo una falacia, porque el diablo está en los detalles. Especialmente en el caso de los convertidores CC/CC que durante el desarrollo propio tienen que luchar reiteradamente con las trampas de la tecnología analógica. Por ejemplo, las pistas conductoras pueden causar capacidades o inductores impredecibles que no se encuentran en el diagrama de circuitos. Y no es solo la elección del material de ferrita que juega un papel importante para el rendimiento del transformador, ya que éste depende también del área de ciclo de histéresis en el cual será utilizado. Altos niveles de ruido pueden ser la consecuencia e incluso un re-diseño múltiple. Esto puede retrasar por varios meses la fecha de un lanzamiento previsto. Al apostar aquí por módulos prefabricados, no solamente se ahorra tiempo de desarrollo, sino que se reduce también el riesgo.
Módulos de convertidor proporcionan una alta eficiencia y fiabilidad
Otra ventaja es la alta eficiencia y fiabilidad de los módulos de eficacia probada. Dentro de un diseño se utiliza un gran número de convertidores de tensión, por lo cual para el desarrollador es conveniente no perder de vista la eficiencia de cada uno de los convertidores. Mientras los convertidores grandes alcanzan fácilmente grados de eficiencia de más del 90 %, esto ya no es tan fácil cuando se trata de convertidores CC/ CC con una potencia de 1 ó 2 vatios. Cada convertidor tiene un consumo de energía propio, el cual, naturalmente, es de menor importancia para potencias superiores que para las más pequeñas. Por lo tanto, el grado de eficiencia de convertidores CC/CC optimizados alcanza aproximadamente un 85 % al 92 % en función del rendimiento y de la topología. Aquí, sin embargo, uno no debe dejarse engañar por los valores máximos absolutos a plena carga, sino también hay que echar un vistazo al comportamiento en el rango de carga baja. Porque en principio, los convertidores alcanzan su mejor grado de eficiencia de conversión cerca de su potencia nominal. Con la disminución de la carga se reduce también su grado de eficiencia. Los convertidores bien diseñados, sin embargo, ofrecen un alto grado de rendimiento, especialmente en el rango importante de carga media y baja. Medidas de referencia entre el nuevo convertidor R1SX-0505 de 1 W, apenas más grande que la uña del dedo, y un diseño del cliente con un rendimiento comparable han mostrado diferencias significativas. Mientras el diseño del cliente alcanza un grado de eficiencia aceptable del 70 % a plena carga, este valor baja a un 55 % con media carga. Sin embargo, el grado de eficiencia del módulo es mayor y alcanza casi un 72 % con media carga, es decir, casi un 17 % más. La disipación de potencia del diseño del cliente resultó con 409 mW casi dos veces superior a la del R1SX con 195 mW. El cambio a un módulo acabado no sólo reduce el consumo energético en este caso, sino que disminuye también la generación de calor en la placa.
Otras ventajas de los convertidores modulares
Los convertidores modulares se encuentran por lo demás claramente a la cabeza cuando se trata del tamaño y de la densidad de potencia. En tiempos en los que los diseños son cada vez más complejos, una huella más pequeña en la placa ayuda a ahorrar dinero. La mayoría de los módulos ocupa menos de la mitad del espacio que necesita una solución discreta. ¡Un aspecto importante cuando el espacio en la placa no sobra! Pero incluso en la gestión de materiales, el uso de un módulo tiene claras ventajas. Los componentes requeridos para un diseño discreto, tales como transformadores toroidales, núcleos de ferrita, inductores y transistores de conmutación, son todos componentes especiales que de otro modo no se encontrarían en la lista de piezas. Mediante la adquisición de un módulo acabado, esto se limita a un solo módulo. Por último, pero no menos importante, el uso de un componente totalmente certificado facilita también la certificación del producto final. Esto debe cuestionarse tempranamente para evitar sorpresas. Como fabricante establecido, RECOM va incluso un paso más allá y ofrece a los clientes la oportunidad de hacer pruebas con su aplicación en su laboratorio EMC, antes de la certificación final.
Conclusión
Si se contemplan solamente los costes de componente, el precio para los convertidores discretos parece más favorable que el de un módulo comprado en versión acabada. Sin embargo, la cosa cambia rápidamente cuando en el cálculo se consideran también los costes adicionales de desarrollo, prueba y certificación. Además, los precios de las soluciones modulares acabadas han caído drásticamente en los últimos años. Hoy en día, convertidores como aquellos arriba mencionados de la familia R1SX, ya están disponibles por menos de 1,50 € en cantidades de producción. Los módulos fabricados totalmente automáticos se caracterizan por su tamaño particularmente pequeño y su alta fiabilidad. Pueden ser operados a plena carga en una amplia gama de temperaturas de funcionamiento de -40°C a + 100°C y tienen una carga capacitiva 40 veces mayor que productos similares en el mercado. Los convertidores están disponibles con tensiones de entrada de 3,3 V o 5 V y entregan, opcionalmente, 3,3 V o 5 V en la salida. Alternativamente, están equipados con un aislamiento de 1 kVCC o 3 kVCC. La serie está completamente certificada según la norma IEC/UL/EN62368-1 y UL60950-1 y viene con 3 años de garantía.
