Nick - deixarei em grande parte a discussão do conversor do indutor para outras pessoas e abordarei:
Por que não construir um conversor buck como um comutador que carrega um capacitor, com o comutador controlado por um comparador comparando a tensão de saída com uma referência? Isso não seria muito mais simples, permitiria que você usasse um capacitor mais fácil e barato no lugar do indutor e pule completamente o diodo?
Usando métodos MUITO especiais, é possível fabricar conversores de capacitores que transformam energia de maneira eficiente de um nível de tensão para outro. MAS métodos simplistas falham mal. Um conversor de capacitor de estágio único que reduz pela metade a tensão ao descarregar a carga de um capacitor para outro de igual capacitância tem uma eficiência TEÓRICA de 50% e uma prática que não é mais do que a teórica e provavelmente menor. Isto é devido à simples aplicação das 'leis da física'. A triste realidade é que os requisitos para obter uma boa eficiência são muito mais facilmente atendidos com um conversor de base de indutor do que com um conversor baseado em capacitor.
Experimente este experimento simples.
Pegue dois capacitores C1 e C2 de igual capacitância.
Carregue C1 para dizer 10V.
Uma fórmula básica que relaciona carga e capacitância é V = kQ / C, em
que V é a tensão do capacitor, k é uma constante, Q é a carga e C = capacitância. Agora conecte C2 a C1.
A cobrança em C1 agora será compartilhada igualmente entre C1 e C2.
Portanto, a tensão em cada capacitor é de 5V - ou seja, porque a carga em cada um é metade do original ou porque a capacitância dobrou - duas maneiras de ver a mesma coisa.
Por enquanto, tudo bem.
MAS a energia em um capacitor é de 0,5 x C x V ^ 2.
Inicialmente acima E = 0,5 x C x 10 ^ 2 = 50C unidades de energia.
Após combinar os dois capacitores, energia por cap = 0,5 x C x 5 ^ 2 ou, para dois caps,
energia = 2 x 0,5 x C x 5 ^ 2 = 25C unidades de energia.
Oh céus ! :-(.
Apenas combinando os dois capacitores e fazendo com que eles compartilhem a carga, conseguimos a energia presente!
Metade da energia foi perdida no processo!
Esse fato aparentemente bizarro e inexplicável se deve a perdas de energia resistivas durante a transferência. É MELHOR perdermos metade da energia se a tensão cair pela metade dessa maneira.O resultado mínimo de energia perdida é o mesmo, se usamos um grande valor de resistência para transferir energia ou um valor muito baixo como um pedaço de fio - uma pequena fração da um ohm.No último caso, temos correntes extremamente altas.
Uma solução "óbvia" é "colocar os capacitores uns sobre os outros" para carregá-los e colocá-los em paralelo para descarregá-los. Isso funciona! Por um ciclo. Eficiência teórica = 100%. Ao fazer isso na prática, neste caso, são necessários pelo menos 2 x comutadores com complexidade e perdas e funciona apenas na proporção 2: 1. Pior, se reduzirmos a tensão da tampa com a carga para que ela precise ser recarregada para o próximo ciclo, descobrimos que a recarga tem as mesmas perdas resistivas de antes. Só obtemos 100% de eficiência teórica se não consumirmos energia :-(.
Uma solução é fazer com que a tensão do capacitor diminua apenas uma quantidade muito pequena e recarregue apenas uma pequena quantidade. Se fizermos isso, a eficiência poderá ser próxima de 100%, mas precisaremos de grandes tampas por corrente de carga (como a maior parte da capacidade é usada apenas para manter a tensão estável) e ainda temos apenas uma taxa de conversão de 2: 1. Outros índices podem ser alcançados, mas é irritante, complexo e caro, e tem poucas ou nenhuma vantagem sobre o uso de indutores na maioria dos casos. Alguns conversores muito especializados funcionam dessa maneira, mas são raros. E você pode comprar ICs de conversão para cima ou para baixo com algumas taxas fixas, como 2: 1, 3: 1, 4: 1, mas geralmente são de baixa potência, Vout cai com carga (Zout mais alto do que o legal) e geralmente são inferiores de várias maneiras para um conversor baseado em indutor.
É por isso que você geralmente vê um conversor de buck fácil, simples e barato, bom em uso para redução de tensão. O conversor atual usa 1 x L, 1 x D, 1 x comutador (MOSFET ou o que seja) e o resto é "cola" ou melhorias. O controlador também pode ser muito simples.