Desarrollan un conversor elevador de potencia de 200 amperios

El ingeniero Nick Electronics ha diseñado y fabricado un conversor elevador de tensión que puede entregar hasta 200 amperios, superando las capacidades de los conversores comerciales estándar. Este dispositivo fue concebido específicamente para alimentar un motor de arrastre de 48V a partir de una batería de 12V, según informa Hackster.io.

La arquitectura del conversor se basa en seis etapas de potencia entrelazadas, que distribuyen la carga para manejar aproximadamente 33 amperios por fase. Este enfoque reduce las pérdidas por conducción y optimiza la distribución del calor entre los componentes. Las fases se integran de manera compacta en la placa de potencia principal, utilizando amplias zonas de cobre y conexiones cortas para minimizar la resistencia y la inductancia parasitaria.

Para la gestión térmica, Nick Electronics ha empleado una placa de circuito impreso de sustrato metálico aislado de cuatro capas, con una base de aluminio, en lugar del tradicional FR4. Las capas de cobre de gran espesor conducen la corriente, mientras que las capas dieléctricas, térmicamente conductoras, transfieren el calor al sustrato de aluminio. Una vez ensamblada, la PCB disipa este calor directamente a la carcasa de aluminio mecanizada por CNC, que funciona como un disipador de calor de gran superficie.

El proceso de ensamblaje presentó desafíos significativos debido al rendimiento térmico de la placa. Un intento inicial de soldadura por reflujo con una placa caliente provocó una deformación de la PCB de aluminio, afectando la fusión uniforme de la pasta de soldadura. La solución consistió en utilizar una placa de soporte de aluminio de 5 mm de grosor, perforada y roscada, para sujetar la PCB completamente plana durante el calentamiento. Esto permitió un reflujo homogéneo de los componentes de montaje superficial. Posteriormente, la placa se precalentó a aproximadamente 150°C para soldar los componentes de orificio pasante de mayor tamaño.

Entre los componentes de gran tamaño se incluyen seis inductores verticales, montados para optimizar el espacio y acortar las conexiones. Soportes personalizados de FR4 fueron fresados y unidos a los inductores para asegurar su estabilidad. La entrada y salida de corriente se realiza a través de barras colectoras de cobre estañado de 4 mm de espesor, cortadas, perforadas para terminales M8, roscadas y cuidadosamente curvadas para encajar en la carcasa.

La electrónica de control reside en una PCB separada, montada sobre la etapa de potencia. Esta placa integra un microcontrolador STM32 y controladores PWM multifásicos dedicados, conectándose a la placa inferior mediante cabezales de pines de alta densidad. La separación de la circuitería de control ayuda a mantener las pistas de alta corriente relativamente ininterrumpidas y a aislar los componentes de control sensibles del ruido de conmutación.

La propia carcasa de aluminio, mecanizada por CNC, granallada y unida con epoxi estructural, forma parte integral del diseño eléctrico y térmico. Con un coste aproximado de 1.000 dólares en componentes, este conversor representa una solución de ingeniería robusta para aplicaciones de alta potencia.