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:
- Alta frequência de comutação (1,2 MHz). Isso permite o uso de um indutor e capacitor de baixo custo.
- 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.
- Tensão de saída ajustável até 28 V
- Até 97% de eficiência
- 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:
- Indutor
- Diodo
- Capacitor
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
