Fórmulas de Potencia y eficiencia

Las fórmulas de potencia y eficiencia cuantifican cuánta energía entrega un sistema frente a cuánta desperdicia en forma de calor. Estas calculadoras evalúan la eficiencia del convertidor, la pérdida y la disipación para que apuntes a presupuestos térmicos y de batería. Son clave para diseñar fuentes que funcionen frías y duren mucho.

Calculadoras de fórmulas de Potencia y eficiencia

Resultado resuelto para cada fórmula de Potencia y eficiencia

Fórmula Expresión Resultado resuelto
Disipación del Regulador Lineal P = (Vin − Vout) × I Input Voltage 3.3 V, Output Voltage 1.55 V, Load Current 20 mA → Power = 35 mW
Eficiencia η = Pout / Pin Output Power 10 mW, Input Power 22 mW → Efficiency = 45.45 %
Convertidor Reductor Vout = Vin × D Input Voltage 0.726 V, Duty Cycle 2.5 % → Output Voltage = 18.15 mV
Convertidor Elevador Vout = Vin / (1 − D) Input Voltage 0.726 V, Duty Cycle 2.5 % → Output Voltage = 0.7446 V
Efecto Peukert t = C / I^k Rated Capacity 0.2 Ah, Discharge Current 2 mA, Peukert Exponent 0.025 → t = 0.2336 h
Energía Después de Pérdidas Eout = Ein × η Input Energy 7.92 kJ, Efficiency 2.5 % → Output Energy = 0.198 kJ
Tiempo de Carga Solar t = (Cap × V) / (P × η) Battery Capacity 0.2 Ah, Battery Voltage 0.33 V, Panel Power 10 mW, System Efficiency 2.5 % → Charge Time = 264 h
Salida Mínima del LDO Vout_min = Vin − Vdrop Input Voltage 0.726 V, Dropout Voltage 10 mV → Min Output Voltage = 0.716 V
Corriente de entrada del convertidor reductor Iin = Iout × Vout / (Vin × η) Output Current 4.4 mA, Output Voltage 0.33 V, Input Voltage 0.726 V, Efficiency 2.5 % → Input Current = 80 mA
Rizado de Tensión de Salida SMPS ΔV = Iout × D × (1−D) / (f × C) Voltage Ripple 10 mV, Output Current 2 mA, Duty Cycle 2.5 %, Switching Frequency 100 Hz → Output Capacitance = 48.75 µF
Rizado de Corriente del Inductor SMPS ΔI = Vin × D / (f × L) Input Voltage 0.33 V, Duty Cycle 2.5 %, Switching Frequency 100 Hz, Inductance 100 nH → Current Ripple = 0.825 kA
Potencia trifásica P = √3 × VLL × IL × cos(φ) Line-to-Line Voltage 0.33 V, Line Current 2 mA, Power Factor 0.025 → Total Power = 28.58 µW
Relación de Espiras del Convertidor Flyback Np/Ns = Vin×D / (Vout×(1−D)) Input Voltage 0.33 V, Duty Cycle 5.5 %, Output Voltage 0.726 V → Turns Ratio (Np/Ns) = 0.02646
Tensión de Salida de la Bomba de Carga Vout = N × Vin − N × Vf Multiplier Stage Count 0.025, Input Voltage 0.726 V, Diode Forward Voltage 1.55 V → Output Voltage = -20.6 mV
Ciclo de trabajo reductor-elevador D = Vout / (Vin + Vout) Output Voltage 0.33 V, Input Voltage 0.726 V → Duty Cycle = 31.25 %
Salida del Convertidor Forward Vout = Vin × D × N2/N1 Input Voltage 0.726 V, Duty Cycle 2.5 %, Secondary Turns 0.055, Primary Turns 0.118 → Output Voltage = 8.46 mV
Inductor del Filtro de Entrada SMPS L = Vin / (ΔI × f) Input Voltage 0.33 V, Ripple Current 2 mA, Switching Frequency 100 Hz → Inductance = 1.65 H
Tiempo Muerto de Medio Puente t_dead = Qgd / Igate Gate-Drain Charge 100 pC, Gate Drive Current 2 mA → Dead Time = 50 ns
Inductor elevador de PFC L = Vin² × (Vout − Vin) / (Vout × ΔI × f × Pout) Input Voltage (RMS) 0.33 V, Output Voltage 0.726 V, Max Ripple Current 2 mA, Switching Frequency 100 Hz, Output Power 10 mW → L = 2.97 × 10⁷
Condensador de tiempo de retención t = C × (Vmax² − Vmin²) / (2 × P) Bulk Capacitance 1 µF, Max Voltage (charged) 3.3 V, Min Voltage (cutoff) 1.55 V, Load Power 100 mW → Hold-Up Time = 42.44 µs
Pérdida de conmutación (contexto de potencia) Psw = 0.5 × V × I × (tr + tf) × f Drain Voltage 0.33 V, Drain Current 2 mA, Rise Time 100 ps, Fall Time 0.22 ns, Switching Frequency 100 Hz → Switching Loss = 1.06 × 10⁻⁵ µW
Salida CC del Rectificador de Media Onda Vdc = Vpeak / π Peak Voltage 0.726 V → Average DC Voltage = 0.2311 V
Salida en CC de Rectificador de Onda Completa Vdc = 2 · Vpeak / π Peak Voltage 0.726 V → Average DC Voltage = 0.4622 V
Salida Pico del Rectificador en Puente Vdc = Vpeak − 2 · Vdiode Transformer Peak 0.726 V, Diode Drop 1.55 V → DC Output (peak) = -2.374 V
Factor de Rizado del Rectificador r = √((Vrms/Vdc)² − 1) Output RMS Voltage 3.3 V, Output DC Voltage 1.55 V → Ripple Factor = 1.88
Eficiencia del Rectificador η = Pdc / Pac DC Output Power 10 mW, AC Input Power 22 mW → Efficiency = 45.45 %
Tensión Inversa Pico (Toma Central) PIV = 2 · Vpeak Peak Voltage 0.726 V → Peak Inverse Voltage = 1.452 V
Corriente de Fuente con Condensador en Serie I = 2π · f · C · Vrms Line Frequency 5 Hz, Dropper Capacitor 100 nF, Line Voltage 0.33 V → Supply Current = 1.037 µA
Tensión RMS Rectificada de Media Onda Vrms = Vpeak / 2 Peak Voltage 0.726 V → RMS Voltage = 0.363 V
Valor del Inductor Boost L = Vin·(Vout−Vin) / (ΔIL·fs·Vout) Input Voltage 0.33 V, Output Voltage 0.726 V, Ripple Current 100 µA, Switching Frequency 100 Hz → Inductance = 18 H
Corriente de Rizado del Inductor Boost ΔIL = Vin · D / (fs · L) Input Voltage 0.33 V, Duty Cycle 2.5 %, Switching Frequency 100 Hz, Inductance 100 nH → Ripple Current = 0.825 kA
Corriente de Pico del Conmutador Boost Ipk = Iout/(1−D) + ΔIL/2 Output Current 4.4 mA, Duty Cycle 2.5 %, Ripple Current 100 µA → Peak Current = 4.563 mA
Condensador de Salida Boost Cout = Iout · D / (fs · ΔVout) Output Current 2 mA, Duty Cycle 2.5 %, Switching Frequency 100 Hz, Output Ripple 10 mV → Output Capacitance = 50 µF
Rizado de Salida del Buck (con ESR) ΔVout = ΔIL · (ESR + 1/(8·fs·Cout)) Ripple Current 100 µA, Capacitor ESR 0.1 mΩ, Switching Frequency 100 Hz, Output Capacitance 100 nF → Output Ripple = 1.25 V
Divisor de Realimentación del Regulador Vout = Vref · (1 + R1/R2) Reference Voltage 0.726 V, Top Resistor 100 Ω, Bottom Resistor 0.22 kΩ → Output Voltage = 1.056 V
Disipación de Potencia del LDO (con Iq) Pd = (Vin − Vout)·Iout + Vin·Iq Input Voltage 0.33 V, Output Voltage 0.726 V, Output Current 100 µA, Quiescent Current 0.22 mA → Power Dissipation = 33 µW
Eficiencia del LDO (con Iq) η = Vout·Iout / (Vin·(Iout + Iq)) Output Voltage 0.33 V, Output Current 100 µA, Input Voltage 0.726 V, Quiescent Current 0.22 mA → Efficiency = 14.2 %

Variables usadas en las fórmulas de Potencia y eficiencia

  • P — Potencia disipada como calor (W)
  • Vin — Tensión de entrada (V)
  • Vout — Tensión de salida regulada (V)
  • Iload — Corriente de carga (A)
  • η — Relación de eficiencia (0 a 1, adimensional)
  • Pout — Potencia de salida entregada a la carga (W)
  • Pin — Potencia de entrada consumida de la fuente (W)
  • D — Ciclo de trabajo (0 a 1)
  • t — Tiempo de funcionamiento efectivo en horas (h)
  • C — Capacidad nominal a una tasa de descarga de 1A (Ah)
  • I — Corriente de descarga real (A)
  • k — Exponente de Peukert (adimensional, >1)
  • Eout — Energía útil de salida (Wh)
  • Ein — Energía total de entrada (Wh)
  • Capacidad — Capacidad de la batería (Ah)
  • V — Tensión nominal de la batería (V)
  • Ppanel — Potencia nominal del panel solar (W)
  • Vout_min — Tensión de salida regulada mínima (V)
  • Vdrop — Tensión de caída (V)
  • Iin — Corriente de entrada media (A)
  • Iout — Corriente de carga de salida (A)
  • ΔV — Rizado de tensión de salida pico a pico (V)
  • f — Frecuencia de conmutación (Hz)
  • ΔI — Rizado de corriente pico a pico del inductor (A)
  • L — Inductancia (H)
  • VLL — Tensión RMS de línea a línea (V)
  • IL — Corriente de línea RMS (A)
  • cos(φ) — Factor de potencia
  • Np/Ns — Relación de espiras primario a secundario
  • N — Número de etapas multiplicadoras
  • Vf — Caída de tensión directa por diodo (V)
  • V_out — Magnitud de la tensión de salida (V)
  • V_in — Tensión de entrada (V)
  • N₂ — Espiras del devanado secundario
  • N₁ — Espiras del devanado primario
  • t_dead — Tiempo muerto mínimo (s)
  • Q_gd — Carga puerta-drenador (Miller) del MOSFET (C)
  • I_gate — Corriente de descarga del controlador de puerta (A)
  • P_out — Potencia de salida (W)
  • V_max — Tensión del bus de CC con carga completa (V)
  • V_min — Tensión mínima del bus de CC para regulación (V)
  • P_sw — Pérdida de potencia media de conmutación (W)
  • t_r — Tiempo de subida de encendido (s)
  • t_f — Tiempo de bajada de apagado (s)
  • Vdc — Tensión de salida CC promedio (V)
  • Vpeak — Pico de la CA rectificada (V)
  • Vdiode — Caída directa por diodo (~0,7–1 V)
  • r — Factor de rizado (fracción)
  • Vrms — RMS total de la salida (CC + rizado) (V)
  • Pdc — Potencia en CC entregada a la carga (W)
  • Pac — Potencia en CA consumida de la fuente (W)
  • PIV — Tensión inversa pico en el diodo (V)
  • ΔIL — Corriente de rizado pico a pico objetivo (A)
  • fs — Frecuencia de conmutación (Hz)
  • Ipk — Corriente de pico del conmutador/inductor (A)
  • Cout — Capacitancia de salida (F)
  • ΔVout — Rizado de salida admisible (V)
  • ESR — Resistencia serie equivalente del condensador (Ω)
  • Vref — Tensión de referencia interna (V)
  • R1 — Resistencia de salida a realimentación (Ω)
  • R2 — Resistencia de realimentación a tierra (Ω)
  • Pd — Potencia total disipada en el LDO (W)
  • Iq — Corriente en reposo / de tierra (A)

Preguntas frecuentes sobre Potencia y eficiencia

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