Como usar um conversor boost com bateria de íon de lítio e IC BL8530

Uma grande vantagem de um regulador de comutação é que ele pode aumentar uma tensão mais baixa para uma mais alta. Este tipo de regulador também é conhecido como conversor boost ou step-up.

Um conversor boost é usado para aumentar a tensão de entrada para um nível mais alto, conforme exigido por uma carga. Essa capacidade normalmente é alcançada armazenando energia em um indutor e liberando-a para a carga em uma tensão mais alta.

Objetivo
Este projeto visa aumentar uma bateria de íons de lítio (Li-on) de 3,3 V até 5 volts, a voltagem padrão usada por muitos dispositivos.

Para aumentar um Li-on de 3,3 V para 5 V, empregaremos um circuito integrado (IC) BL8530, que é um IC conversor de reforço. A tensão de entrada do conversor pode ficar entre 0,8V e Vout, fornecendo 2,5 a 6V na saída.

Este design pode incluir vários blocos, com o Switch Mode IC integrado e outros adicionados externamente.

Abaixo está o diagrama de blocos interno do IC BL8530. Consiste em um MOSFET, usado como chave, e um oscilador para gerar o sinal PWM. Um amplificador de erro mantém a tensão regulada na saída.

Princípio de trabalho
O conversor boost funciona segundo o princípio de um mecanismo de comutação, que reduz grande parte da potência durante o processo de aceleração.

O conversor requer um indutor, diodo, transistor, capacitor e oscilador para aumentar a tensão de entrada.

Durante o período ON do PWM, o indutor armazena energia através do transistor e o capacitor fornece a saída. Durante o período OFF, o indutor perde energia através do diodo e fornece a tensão de saída.

Componentes
Você precisará dos componentes abaixo para projetar a fonte de alimentação.


Esquemático

Componentes externos
O IC BL8530 requer um indutor, diodo e capacitor para aumentar a tensão de entrada. Aqui estão alguns parâmetros básicos para selecionar os componentes…

1. O capacitor de entrada e saída. Se a fonte de alimentação estiver posicionada próxima ao IC, não há necessidade de capacitor de entrada. No entanto, um capacitor de entrada superior a 10uF oferece estabilidade e remove quaisquer picos de tensão na linha de entrada.

Um capacitor de saída de cerca de 100uF é recomendado para este projeto. Qualquer coisa acima disso retardará a resposta e só será útil quando houver uma saída de corrente maior.

2. O indutor. A equação abaixo pode ser usada para o cálculo do indutor.

Nota: o valor real do indutor é maior do que isso, pois precisamos levar em consideração o ESR do indutor, o capacitor e a tensão de queda do diodo.

Se o indutor for menor que Lmin, isso afetará a eficiência e a estabilidade do circuito.

Considerações de tamanho
Um indutor com um valor pequeno pode fornecer uma corrente de saída grande, mas também será menos eficiente. Um indutor com valor maior pode ser usado para melhorar a eficiência.

Portanto, um pequeno indutor pode oferecer os melhores resultados se o circuito fornecer uma grande corrente de saída com uma baixa tensão de entrada.

De acordo com a ficha técnica do BL8530, um indutor de 47uH é ideal em todas as aplicações.

3. O diodo. O diodo afetará a eficiência de todo o sistema. Um diodo retificador geral pode funcionar bem com carga baixa. Um diodo Schottky é recomendado para cargas altas, como o 1N5819 ou 1N5822, etc.

Os valores sugeridos para este projeto são:

  • Indutor – 10uH – 100uH
  • Capacitor de saída – 47uF- 220uF
  • Capacitor de entrada > 10uF
  • Diodo – Schottky

Projetando o circuito
A equação acima fornece o valor mínimo do indutor, mas não o seu valor real. Se usarmos este valor mínimo no projeto, o circuito ficará instável.

Para nosso projeto, baseamos nossos cálculos no indutor de 2uH. Mas durante os testes, notamos que um indutor de 4,7uH não conseguiu fornecer os resultados desejados, deixando o circuito instável. Decidimos usar o indutor 47uH conforme ficha técnica do IC. Isso funciona bem em nosso design.

Observação prática:
Vout (sem carga) = 5,07V

Eficiência
A eficiência define a perda de potência no circuito. Menor eficiência levou a maior perda de energia e vice-versa. A perda de energia afeta indiretamente o custo do sistema. Vale a pena calcular a eficiência do sistema se utilizar bateria como fonte de alimentação ou se o circuito for utilizado por um longo período. Ele pode ser usado para estimar o custo do sistema.

Usando a equação abaixo, é possível calcular a eficiência…

E% = (Vout*Iout)*100/(Vin*Iin)

Curva característica

Gerenciamento termal
Todo sistema eletrônico dissipa energia na forma de calor, por isso é aconselhável incluir um dissipador de calor no circuito de alimentação.

Desempenho
1.
O circuito fornece excelente regulação de tensão para cargas abaixo de 200mA
2. Espera-se uma eficiência de 70-80%, dados os resultados acima

Vantagens do projeto

  • Requer apenas alguns componentes
  • É econômico e tem tamanho pequeno
  • Pode ser usado com circuitos digitais
  • As baterias Li-ion ou Duracell podem fornecer a fonte de energia
  • Pode ser usado em brinquedos eletrônicos ou aplicações de LED

Precauções
1.
Use o indutor e o capacitor recomendados para uma boa eficiência.
2. O capacitor do circuito deve ter uma tensão nominal mais alta que a tensão de alimentação de entrada. Caso contrário, o capacitor irá vazar corrente devido ao excesso de tensão em suas placas e irá estourar.
3. Certifique-se de que todos os capacitores estejam descarregados antes de trabalhar na fonte de alimentação CC.
4. A corrente nominal do indutor deve ser 1,15 vezes maior que a corrente de saída.

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