Conversor de íon de lítio para 12 V DC

Nesta era de dispositivos operados por bateria, é necessário um conversor DC-DC para atender aos diferentes requisitos de energia dos circuitos eletrônicos. Uma bateria é um tipo de fonte DC cuja tensão de saída varia com o uso. Isto significa que não consegue manter uma tensão constante na saída devido às suas características de descarga. Por esta razão, reguladores são utilizados para regular a alimentação em tensão constante. Para regular a alimentação e mudar a alimentação para uma tensão constante, são utilizados conversores elevadores ou redutores.

Um conversor abaixador, também conhecido como conversor buck, é usado para diminuir a alimentação de tensão, enquanto um conversor elevador, também conhecido como conversor boost, é usado para aumentar a alimentação de tensão.

Neste experimento, projetaremos um conversor elevador que será alimentado por uma bateria de íons de lítio e fornecerá uma constante de saída de 12 V CC. Para tanto, utilizaremos o IC MT3608; testaremos o conversor para uma corrente de saída de até 250m A.

Figura 1. Pinagem do IC MT3608

Sobre MT3608

O MT3608 é um conversor DC-DC avançado destinado a aplicações pequenas e de baixa potência. É fabricado pela Aerosemi e possui as seguintes características principais:

  1. Alta frequência de comutação (1,2 MHz). Isso permite o uso de um indutor e capacitor de baixo custo.
  2. Ampla faixa de tensão de entrada (2 V a 24 V). Isso o torna adequado para uma bateria de íons de lítio de 3,7 V como entrada.
  3. Tensão de saída ajustável até 28 V
  4. Até 97% de eficiência
  5. Limite de corrente interna em 4A

Pinagem MT3608

Alfinete Descrição
1 Saída do interruptor de alimentação. É o dreno do MOSFET interno
2 Chão
3 Entrada de feedback para regular a tensão de saída
4 Habilite o pino para ligar/desligar o conversor. Alto neste pino faz o conversor ligar, baixo faz o conversor desligar
5 Pino de alimentação de tensão de entrada
6 Sem conexão

Seleção de componentes
O IC precisa de componentes externos para atuar como um conversor DC-DC. Os seguintes componentes de polarização são necessários:

  1. Indutor
  2. Diodo
  3. Capacitor
  4. Resistor

Figura 2. A conexão do circuito do conversor Li-on para 12V DC com MT3608

Indutor (L1)

O indutor é o elemento de armazenamento de energia em um conversor DC-DC. Ele armazena energia quando o MOSFET é ligado e fornece a energia armazenada para a saída quando o MOSFET é desligado. A energia armazenada no indutor faz com que ele atue como fonte de energia e aumenta a potência de entrada, o que aumenta a tensão de saída em relação à entrada.

De acordo com a folha de dados, um indutor de 4,7uH a 22uH é adequado para a aplicação. A corrente nominal do indutor deve ser maior que a corrente máxima de saída. Usamos um indutor de valor 10uH/2,1A.

Diodo (D1)
O diodo é usado para transferir a energia armazenada no indutor. A energia é transferida para o capacitor de saída quando a chave MOSFET está desligada.

Um diodo Schottky é preferido porque oferece baixa queda de tensão direta. A corrente nominal deve ser maior que a corrente de saída máxima. O diodo deve ter uma tensão de ruptura reversa maior que a tensão de saída necessária. Usamos 30BQ100TR porque é mais adequado para aplicação.

Capacitor (C1, C2)
Um capacitor é usado para filtrar a entrada e a saída DC. Também ignora o ruído no sinal DC.

De acordo com a folha de dados, são recomendados capacitores cerâmicos de 22uF na entrada e na saída. A classificação de tensão deve ser maior que a tensão de entrada e saída desejada. Usamos 22uF/50V na entrada e na saída.

Resistores (R1, R2)
Uma rede de resistores é necessária para alimentar a tensão de saída ao IC. O feedback ajuda a regular a saída.

De acordo com a folha de dados, a fórmula para calcular o valor dos resistores de feedback é fornecida:

VFORA =VREFERÊNCIA x (1 + R1/R2)

Onde VREFERÊNCIA = 0,6 V. Se considerarmos R1 = 200k, então R2 = 10,47K. Esta rede de resistores fornece uma VFORA de 12,06V

Observações Práticas
Realizamos testes com o conversor em diferentes cargas e tensões de entrada para conhecer a eficiência e regulação da tensão de saída.

Tensão (V)

(Entrada)

Atual(A)

(Entrada)

Potência (W)

(Entrada)

Tensão (V)

(Saída)

Atual(A)

(Saída)

Potência (W)

(Saída)

Eficiência

(%)

2,5 0,32 0,8 12.16 0,06 0,72 90
3.3 0,25 0,82 12.17 0,06 0,73 91,2
4.2 0,2 0,84 12.17 0,06 0,73 86,9
2,5 0,92 2.3 12.18 0,12 1,46 63,4
3.3 0,74 2,44 12.2 0,12 1,46 59,8
4.2 0,4 1,68 12.2 0,12 1,46 86,9
2,5 1,58 3,95 21/12 0,24 2,93 74,1
3.3 1.07 3,53 12.23 0,24 2,93 83
4.2 0,81 3.4 12.27 0,24 2,94 86,4

Pelas observações, pode-se notar que a eficiência é melhor em cargas leves. Em cargas mais altas, as perdas como perda de condução e comutação do MOSFET, perda do indutor e perda do diodo diminuem a eficiência.

Projetos de PCB
Para realizar os experimentos e testar o IC, fizemos um projeto de placa de circuito impresso utilizando KiCAD. As camadas de sinal superior e inferior são mostradas em Figuras 3 e 4.

Figura 3. Camada superior de PCB

Figura 4. Camada inferior do PCB

Precauções e fontes de erro

  1. Um sinal eletromagnético de alta potência pode atrapalhar o funcionamento do conversor. O indutor se comportará mal quando sofrer interferência de um campo magnético externo.
  2. Capacitores cerâmicos devem ser usados ​​na entrada e na saída para uma filtragem adequada. Os capacitores cerâmicos oferecem baixo ESR (resistência equivalente em série), devido ao qual são preferidos aos capacitores eletrolíticos.
  3. A tolerância nos resistores usados ​​para realimentação pode resultar em desvio na tensão de saída desejada. Um resistor de baixa tolerância pode ser usado para minimizar o desvio.
  4. O curto-circuito nos terminais de saída do conversor deve ser evitado. Isso pode causar danos permanentes ao IC.

Figura 5. A imagem em tempo real das conexões PCB para conversor Li-on para 12V DC

Conteúdo Relacionado

Voltar para o blog

Deixe um comentário

Os comentários precisam ser aprovados antes da publicação.