Una gran ventaja de un regulador de conmutación es que puede aumentar un voltaje más bajo a uno más alto. Este tipo de regulador también se conoce como convertidor elevador o elevador.
Se utiliza un convertidor elevador para aumentar el voltaje de entrada a un nivel más alto según lo requiera una carga. Esta capacidad generalmente se logra almacenando energía en un inductor y liberándola a la carga a un voltaje más alto.
meta
Este proyecto tiene como objetivo aumentar una batería de iones de litio (Li-on) de 3,3 V hasta 5 voltios, el voltaje estándar utilizado por muchos dispositivos.
Para aumentar un Li-on de 3,3 V a 5 V, emplearemos un circuito integrado (IC) BL8530, que es un IC convertidor elevador. El voltaje de entrada del convertidor puede estar entre 0,8 V y Vout, proporcionando de 2,5 a 6 V en la salida.
Este diseño puede incluir múltiples bloques, con el IC Switch Mode integrado y otros agregados externamente.
A continuación se muestra el diagrama de bloques interno del IC BL8530. Consiste en un MOSFET, utilizado como interruptor, y un oscilador para generar la señal PWM. Un amplificador de error mantiene la tensión regulada en la salida.
Principio de funcionamiento
El convertidor elevador funciona según el principio de un mecanismo de conmutación, que reduce una gran parte de la potencia durante el proceso de aceleración.
El convertidor requiere un inductor, un diodo, un transistor, un condensador y un oscilador para aumentar el voltaje de entrada.
Durante el período ON de PWM, el inductor almacena energía a través del transistor y el condensador proporciona la salida. Durante el período APAGADO, el inductor pierde energía a través del diodo y proporciona el voltaje de salida.
Componentes
Necesitará los siguientes componentes para diseñar la fuente de alimentación.
Esquemático
Componentes externos
El IC BL8530 requiere un inductor, un diodo y un condensador para aumentar el voltaje de entrada. A continuación se muestran algunos parámetros básicos para seleccionar componentes...
1. El condensador de entrada y salida. Si la fuente de alimentación se coloca cerca del IC, no es necesario un condensador de entrada. Sin embargo, un condensador de entrada superior a 10 uF proporciona estabilidad y elimina cualquier pico de voltaje en la línea de entrada.
Para este proyecto se recomienda un condensador de salida de alrededor de 100 uF. Cualquier valor superior a esto ralentizará la respuesta y solo será útil cuando haya una salida de corriente más alta.
2. El inductor. La siguiente ecuación se puede utilizar para calcular el inductor.
Nota: El valor real del inductor es mayor que esto, ya que debemos tener en cuenta la ESR del inductor, el condensador y la caída de voltaje del diodo.
Si el inductor es más pequeño que Lmin, afectará la eficiencia y estabilidad del circuito.
Consideraciones de tamaño
Un inductor con un valor pequeño puede proporcionar una corriente de salida grande, pero también será menos eficiente. Se puede utilizar un inductor con un valor más alto para mejorar la eficiencia.
Por lo tanto, un inductor pequeño puede dar mejores resultados si el circuito proporciona una gran corriente de salida con un voltaje de entrada bajo.
Según la hoja de datos BL8530, un inductor de 47uH es ideal en todas las aplicaciones.
3. El diodo. El diodo afectará la eficiencia de todo el sistema. Un diodo rectificador general puede funcionar bien con carga baja. Se recomienda un diodo Schottky para cargas elevadas, como el 1N5819 o 1N5822, etc.
Los valores sugeridos para este proyecto son:
- Inductor – 10uH – 100uH
- Condensador de salida – 47uF- 220uF
- Condensador de entrada > 10uF
- Diodo – Schottky
Diseñando el circuito
La ecuación anterior da el valor mínimo del inductor, pero no su valor real. Si utilizamos este valor mínimo en el diseño, el circuito será inestable.
Para nuestro proyecto, basamos nuestros cálculos en el inductor de 2uH. Pero durante las pruebas, notamos que un inductor de 4,7uH no podía proporcionar los resultados deseados, dejando el circuito inestable. Decidimos utilizar el inductor de 47uH según la ficha técnica del IC. Esto funciona bien en nuestro diseño.
Observación práctica:
Vsalida (sin carga) = 5,07 V
Eficiencia
La eficiencia define la pérdida de potencia en el circuito. Una menor eficiencia provocó una mayor pérdida de energía y viceversa. La pérdida de energía afecta indirectamente el costo del sistema. Vale la pena calcular la eficiencia del sistema si utiliza una batería como fuente de energía o si el circuito se utiliza durante un período prolongado. Se puede utilizar para estimar el costo del sistema.
Usando la siguiente ecuación, es posible calcular la eficiencia...
E% = (Vsalida*Isalida)*100/(Vin*Ientrada)
Curva característica
Gestión térmica
Todo sistema electrónico disipa energía en forma de calor, por lo que es recomendable incluir un disipador de calor en el circuito de potencia.
Actuación
1. El circuito proporciona una excelente regulación de voltaje para cargas inferiores a 200 mA.
2. Se espera una eficiencia del 70-80% dados los resultados anteriores
Ventajas del proyecto
- Requiere sólo unos pocos componentes
- Es económico y de tamaño pequeño.
- Se puede utilizar con circuitos digitales.
- Las baterías de iones de litio o Duracell pueden proporcionar la fuente de energía.
- Se puede utilizar en juguetes electrónicos o aplicaciones LED.
Precauciones
1. Utilice el inductor y condensador recomendados para una buena eficiencia.
2. El condensador del circuito debe tener un voltaje nominal más alto que el voltaje de suministro de entrada. De lo contrario, el condensador perderá corriente debido al exceso de voltaje en sus placas y explotará.
3. Asegúrese de que todos los condensadores estén descargados antes de trabajar en la fuente de alimentación de CC.
4. La corriente nominal del inductor debe ser 1,15 veces mayor que la corriente de salida.
