Introdução ao circuito conversor de reforço
Resumo: Um dos tipos mais simples de conversor switch-mode é um conversor boost. Como o nome sugere, uma tensão de entrada é necessária e é aumentada ou aumentada. Ele consiste em um indutor, uma chave semicondutora, um diodo e um capacitor. Uma fonte para uma onda quadrada periódica também é necessária.
I. Princípio de funcionamento
É obrigatório que você saiba como funcionam indutores, MOSFETs, diodos e capacitores para entender o funcionamento de um conversor boost.
Com essa experiência, passo a passo, podemos passar pelo funcionamento do conversor boost.
Fase 1:
Nada ocorre aqui. Menos uma queda de diodo, o capacitor de saída é carregado com a tensão de entrada.
Fase 2:
É hora, agora, de acender a luz. A fonte do nosso sinal fica grande, ligando o MOSFET. Toda a corrente é redirecionada através do indutor para o MOSFET. Lembre-se de que o capacitor de saída permanece carregado, já que o diodo com polarização reversa não descarrega nele.
A fonte de alimentação não entra em curto-circuito instantaneamente, é claro, já que o indutor faz a corrente aumentar de forma relativamente lenta. Um campo magnético também se acumula em torno do indutor. Observe a polaridade da tensão que é aplicada através do indutor.
Frase 3:
O MOSFET é desligado e a corrente é repentinamente interrompida pelo indutor. Manter o fluxo de corrente constante é a própria essência de um indutor; não gosta de mudanças abruptas de corrente. Portanto, o desligamento abrupto da corrente não gosta disso. Ele responde a isso produzindo uma grande voltagem usando a energia armazenada no campo magnético com a polaridade oposta da voltagem originalmente fornecida a ele para sustentar o fluxo de corrente.
Se ignorarmos o resto dos elementos do circuito e considerarmos apenas os símbolos de polaridade, notamos que o indutor agora se comporta em série com a tensão de alimentação como uma fonte de tensão. Isso implica que o ânodo do diodo está agora em uma voltagem mais alta do que o cátodo (lembre-se, no início, a tampa já estava carregada para fornecer a voltagem) e está inclinado para frente. O capacitor de saída agora está carregado com uma tensão mais alta do que antes, o que significa que aumentamos com sucesso uma tensão CC baixa para uma mais alta.
II. Seleção dos CIs Reguladores de Boost Corretos
Todos nós já passamos por circunstâncias ao projetar circuitos eletrônicos onde há a necessidade de uma tensão um pouco mais alta do que a que pode ser fornecida pela fonte de alimentação. Também é necessário 12 V de uma bateria de 9 V, ou talvez 5 V de uma bateria de lítio de 3,7 V para a sua aplicação.
A solução costuma ser chamada de conversor de reforço, que pode transformar baixa tensão CC em alta tensão CC. Ele pega uma tensão de entrada e a aumenta ou a eleva, como o nome indica. Ele consiste em um indutor, uma chave (provavelmente um MOSFET), um diodo e um capacitor. Uma onda quadrada de comutação que podemos fornecer com um gerador de função ou um temporizador 555 IC também é necessária.
Existe um conversor de reforço síncrono para melhorar o desempenho do conversor de reforço, no qual a construção do circuito permanece a mesma, mas o diodo é substituído por um MOSFET para diminuir a perda. Então, vamos fazer deste artigo uma oportunidade para descobrir, além dos icônicos MCP16252, NCP3064, MC34063A, etc., alguns dos menores, mais baratos e amplamente usados CIs reguladores de reforço disponíveis no mercado. Se você quiser tentar outros reguladores além reguladores de impulso, você também pode descobrir como escolher o regulador linear IC.
1. HT7733 por HOLTEK 100mA
O HT7733 tem uma faixa de tensão de entrada de 0,7 V – 0,9 V e é um regulador de aumento (boost) de chip único, muito moderno e de baixo custo. Este IC é feito para aplicativos leves modernos com muitas opções de kit.
Este IC só vem com versões de tensão fixa, portanto não é possível alterar a tensão de saída, ele vem com uma corrente nominal máxima de 100mA, por isso é usado para aplicações compactas com baixa potência. Para diferentes opções de tensão, consulte a folha de dados neste IC. Este IC tem uma frequência de chaveamento fixa de 115KHz. Este IC pode atingir uma eficiência de 80 por cento com isso (assumindo uma condição de carga limitada).
Outros recursos: Circuito de driver baseado em modulação de frequência de pulso (PFM) para operação de baixo ruído, corrente de alimentação ultrabaixa de 4uA, ondulação baixa e baixo ruído, corrente de desligamento baixa: 0,5 A e mais.
Recursos de proteção: Proteção de bloqueio de subtensão e proteção de temperatura excessiva.
Aplicações: Driver de PDA, comunicadores portáteis, câmeras, equipamento alimentado por bateria e muito mais.
2. TPS610992 da Texas Instruments
Um regulador de aumento (boost) síncrono muito moderno, de baixo custo, de chip único e com uma faixa de tensão de entrada de 0,7 V a 5,5 V é o TPS610992. Este IC é feito para aplicações ultracompactas com um kit WCSP (6) de 1,23 mm x 0,88 mm.
A tensão de saída deste IC pode ser configurada em qualquer lugar de 1,8 V – 5,5 V. Este regulador pode suportar correntes de até 800mA continuamente com um MOSFET de controle interno de 0,25⁇. Para obter mais informações, consulte a ficha técnica deste IC.
Este IC tem uma frequência de chaveamento fixa de 120KHz. Este IC pode atingir uma eficiência de 95 por cento com isso (assumindo uma condição de carga leve). A eficiência cai para 74 por cento com uma carga máxima de 800 mA.
Outros recursos: Desconexão real durante o modo de desligamento, corrente quiescente de 1 µa sob condição de carga leve, modo de inatividade adicional e operações de passagem para diferentes aplicações e muito mais.
Recursos de proteção: proteção contra sobretemperatura e proteção contra sobretensão.
Aplicações: Polarização de LCD de memória, Polarização de monitor óptico de frequência cardíaca, aplicações vestíveis, sistemas alimentados por bateria e produtos portáteis.
3. SE3608 da Allegro Seaward Electronics
O ME2188 é um controlador bastante moderno, de baixo custo, de chip único, step-up (boost) com uma faixa de tensão de entrada de 2,5 V – 6 V. Este IC é feito para aplicativos leves dos dias modernos com um kit SOP8.
É possível alterar a tensão de saída deste IC para qualquer lugar entre 2,5 – 10V. Este regulador gerenciará a corrente de saída de 2A continuamente com um MOSFET de alimentação interna de 70 m ou 0,007. Para obter mais informações, consulte a ficha técnica deste IC.
Este IC tem uma frequência de chaveamento fixa de 1,2 MHz. Este IC alcançará uma eficiência de 93 por cento com isso (assumindo uma condição de carga limitada). O desempenho cai para 85 por cento com uma carga máxima de 2A.
Outros recursos: Partida suave interna, corrente de desligamento 1uA, referência precisa: VREF de 0,6 V e mais.
Recursos de proteção: Proteção de bloqueio de subtensão, proteção de superaquecimento e soft start interno.
Aplicações: Uma fonte de energia para equipamentos alimentados por bateria, Carregador Li-Po, Câmeras Digitais e Produtos Portáteis.
4. MC34167 da ON Semiconductor
Um regulador de tensão configurável de chip único e muito moderno, de baixo custo, é o MC34167, o que significa que pode ser programado como uma configuração para buck, boost ou invert. Com um kit TO220 e D2PAK, este IC é feito para aplicações de alta potência com uma faixa de tensão de entrada de 2,5 V – 40 V.
A tensão de saída deste IC pode ser configurada em qualquer lugar de 1,5 – VIN. Este regulador pode acomodar uma corrente de saída de 5A continuamente com um MOSFET de controle interno de 0,08. Para obter mais informações, consulte a ficha técnica deste IC.
Este IC tem uma frequência de chaveamento fixa de 72 kHz. Este IC alcançará uma eficiência de 85 por cento com isso (assumindo uma condição de carga limitada). O desempenho cai para 65 por cento com uma carga máxima de 5A.
Outros recursos: Resistor interno para saída fixa de% V, referência de precisão de 2%, ciclo de trabalho de saída de 0% a 95% e consumo de corrente de 36uA no modo de espera.
Recursos de proteção: Bloqueio de subtensão com histerese, limite de corrente ciclo a ciclo e proteção de desligamento térmico interno.
Aplicações: Uma fonte de alimentação para equipamentos alimentados por bateria, carregador Li-Po, câmeras digitais e aplicativos de alta potência.
5. LT8471 da Linear Technology
Um regulador de boost síncrono de chip único muito novo com uma faixa de tensão de entrada de 2,6 V – 50 V é o LT8471. Este IC é produzido para aplicações de potência muito dupla com um TSSOP de 20 derivações e um kit QFN de 28 derivações.
Ele tem dois canais de saída, um pode lidar com uma corrente máxima de 2A e o outro pode lidar com uma corrente máxima de 500mA, pois este é um tipo especial de IC. Um conversor inversor buck, boost, sepic, zeta, flyback ou dc / dc pode ser os canais primários 2A. O canal skyhook de 500mA produz tensão de entrada aumentada de forma eficiente. A tensão do canal de saída pode ser alterada entre 4,5 V e 50 V para ambos.
A frequência de chaveamento deste IC pode ser alterada para 1,55 MHz – 2,0 MHz. Ele pode atingir uma eficiência de 95 por cento com isso (assumindo uma condição de carga limitada). O desempenho cai para 75 por cento com uma carga máxima de 2A.
Outros recursos: UVLO e OVLO programáveis no pino OV / UV, soft-start programável para cada canal, frequência fixa PWM (definido pelo pino RT ou sincronizado com relógio externo), comutação antifásica reduz a ondulação de entrada
Recursos de proteção: Proteção contra sobretensão de saída, proteção de sobrecorrente ciclo a ciclo, desligamento térmico e muito mais.
Aplicações: Dual Rail Power para Signal Chain & Buck/Buck, Buck/Boost, Boost/Boost, Boost/Invert, Invert/Invert, Buck/Invert.
PERGUNTAS FREQUENTES:
1. O conversor boost aumenta a potência?
Então, armazenamos alguma energia da entrada no indutor e transferimos essa mesma energia para a saída, embora em uma tensão mais alta (a energia é conservada, obviamente). … No entanto, como a energia é proporcional ao quadrado da corrente máxima, aumentar a corrente levará a um maior aumento na energia de saída.
2. Como faço para criar um conversor boost?
Em um conversor boost, a tensão de saída é maior do que a tensão de entrada – daí o nome “boost”. Um conversor boost usando um MOSFET de potência é mostrado abaixo. Aqui, VD é a queda de tensão no diodo Dm e VTrans é a queda de tensão no transistor M1. O indutor mostrado na Fig.
3. Qual é a diferença entre o conversor buck e boost?
Em aplicações fotovoltaicas, geralmente, um conversor Buck é usado para carregar a bateria (uma vez que a saída de um conversor Buck deve ser menor do que sua entrada), enquanto um conversor Boost é usado para “combinar a tensão de carga” do (supostamente ) entrada fotovoltaica de baixa tensão.
