Podemos afirmar que un convertidor DC-DC, o de Corriente Continua, es un dispositivo que permite transformar un voltaje continuo en otro de igual continuidad. Este componente es fundamental en los vehículos eléctricos.
Los vehículos eléctricos tienen una gran ventaja en términos de eficiencia energética, ya que convierten una mayor cantidad de energía eléctrica en energía cinética que los vehículos de combustión interna.
Sin embargo, uno de los desafíos más grandes de los vehículos eléctricos es su autonomía, es decir, la cantidad de distancia que pueden recorrer antes de requerir una carga. Para aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos, se deben utilizar baterías más grandes, lo que significa que se necesita una mayor cantidad de energía para cargarlas.
Aquí es donde entra en juego el convertidor DC-DC, el cual es esencial para el funcionamiento de varios elementos del vehículo, como la batería, los motores eléctricos, los sistemas de iluminación y la electrónica.
El uso de un convertidor DC-DC en un vehículo eléctrico tiene varias ventajas. Primero, permite que la batería de alta tensión del vehículo se optimice para la propulsión del vehículo, aumentando la eficiencia energética del vehículo y su autonomía.
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Importancia del Convertidor DC/DC
Si bien es cierto que el Convertidor de Corriente Continua está presente en los vehículos eléctricos y contribuye ampliamente a su proceso de carga, este no sirve solamente para cargar la batería, ya que hay vehículos que pueden funcionar con dos o tres niveles de tensión.
Así, la batería de alto voltaje tendrá un nivel de tensión; la auxiliar tendría un nivel distinto de tensión, y el motor eléctrico, que hará que se mueva el vehículo, podría llegar a usar un nivel de tracción más alto.
Por ejemplo, la batería de alto voltaje de un vehículo híbrido podría tener una tensión, o voltaje nominal de 144V, pero esa tensión llega a todo un conjunto que se llama Inversor/Conversor, el cual tiene dentro un Boost que recibe los 144V y los eleva a 520V aún estando en corriente continua, para luego pasar a la siguiente etapa del inversor y es ahí donde este comienza a trabajar con los motores eléctricos.
Este proceso podemos encontrarlo en vehículos como Toyota, que actualmente circulan en demasía por las calles de Norteamerica, Latinoamerica y Europa, y así mismo otros carros incorporan este tipo de convertidores DC/DC, por lo que es importante tenerlos en el radar.
La mayoría de los sistemas eléctricos del vehículo requieren un voltaje de 12V para su funcionamiento. Utilizar un convertidor DC-DC para suministrar energía a estos sistemas significa que la batería de alta tensión del vehículo no necesita ser dimensionada para cumplir con los requisitos de los sistemas eléctricos de baja tensión, simplificando la selección de la batería.
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¿Cómo funciona este convertidor DC/DC?
El convertidor DC/DC funciona como un circuito eléctrico en el que hay dos partes principales: el circuito de entrada y el circuito de salida. El circuito de entrada se usa para suministrar energía eléctrica a la entrada del dispositivo, mientras que el circuito de salida se utiliza para proporcionar energía a la carga.
El circuito de entrada se compone generalmente de un diodo, un capacitor y un inductor. El diodo tiene la tarea de bloquear la corriente inversa del circuito de salida, asegurando que la corriente sólo fluya en una dirección. Por otro lado, el capacitor se encarga de almacenar la energía eléctrica que se utiliza para conducir el inductor.
El inductor es el responsable de suavizar la corriente entrante y aumentar la tensión en función del tiempo, este sirve para almacenar energía. Cuando se aplica una corriente continua al inductor, la energía se almacena en el campo magnético alrededor de la bobina creando una corriente inversa.
A medida que la corriente se detiene, una pequeña chispa se produce entre los terminales del inductor, lo que crea una tensión inversa en el circuito de entrada. Es esta tensión inversa la que se utiliza para alimentar el circuito de salida.
Tipos de Convertidores DC/DC
Los convertidores DC/DC pueden ser tanto reductores como elevadores.
Convertidor reductor: funciona reduciendo la tensión de entrada en la salida requerida. Suele ser útil en aplicaciones de vehículos eléctricos.
Se utilizan para disminuir la tensión DC de entrada a una tensión DC de salida más baja.
Este proceso se logra mediante el uso de un inductor, un diodo y un transistor. La señal de entrada se aplica al circuito y el transistor se enciende y apaga repetidamente, lo que produce una tensión de salida más baja.
Convertidor elevador: sirve para aumentar la tensión de entrada en la salida requerida. El convertidor elevador es una opción popular para los vehículos híbridos y eléctricos debido a su capacidad de cargar baterías de alta voltaje.
Esto se logra mediante el uso de un inductor conectado a un diodo y un condensador. Cuando se aplica una señal de entrada a este circuito, el inductor carga el condensador y se produce una tensión de salida más alta.
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Además de convertidores reductores y elevadores, existen otros tipos de convertidores DC-DC especializados, incluyendo convertidores buck-boost, flyback y push-pull. Cada tipo de convertidor DC-DC tiene sus propias ventajas y desventajas, y los fabricantes deben seleccionar la solución más adecuada para sus vehículos eléctricos particulares.
¿Cómo se controla el nivel de voltaje en un Convertidor DC/DC?
Los vehículos eléctricos se caracterizan por utilizar motores trifásicos de corriente alterna, no de corriente continua. Esto debido a que es mucho más sencillo controlarlos, puesto que estos tienen cambio de ritmo, desaceleración, potencia; es decir, no es un proceso fijo.
Si el voltaje que ingresa a un transformador es uno a uno, el arrollamiento de bobinas es el mismo, tanto en el primario como el secundario. Sin embargo, si quisiéramos reducir o aumentar el voltaje, tendríamos que ir cambiando el arrollamiento eléctrico en la bobina.
Los inductores tienen unidad de medida, así como lo hacen los condensadores. Por lo cual, la capacidad de estos puede ser encontrada en las especificaciones técnicas del fabricante.
Por supuesto, para conocer más sobre el funcionamiento del convertidor DC/DC, y volverse un experto en el reconocimiento de esta tecnología, es necesario que los técnicos automotrices se capaciten y obtengan más conocimiento sobre los elementos que conforman los vehículos híbridos y eléctricos.
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