Circuito conversor de 12V para 5V – Conversores Boost e Buck

Circuito conversor de 12 V para 5 V – Conversão de redução DC-DC 

Sempre não temos uma bateria de 5V prontamente disponível e, às vezes, precisamos de uma tensão mais alta e uma tensão mais baixa ao mesmo tempo para acionar diferentes partes do mesmo circuito. Para resolver esse problema, usamos uma voltagem mais alta, que no nosso caso é uma bateria de 12V como fonte de alimentação principal e reduzimos essa voltagem para obter uma voltagem mais baixa, digamos 5V sempre que necessário. Para conseguir isso, um circuito BUCK CONVERTER é usado em muitos dispositivos eletrônicos e aplicações que reduzem a tensão para atender aos requisitos da carga.

Primeiro, deixe-me falar sobre conversores. Em geral, existem três tipos de conversores, sendo o primeiro o conversor Buck, que diminui a tensão de uma tensão de fonte mais alta. Em segundo lugar, o conversor Boost, que aumenta a tensão de uma tensão de fonte mais baixa. Além disso, há outro conversor que é uma combinação dos dois dispostos de alguma forma, o mais popular é o conversor Buck-Boost, que primeiro reduz a tensão e depois aumenta para o valor necessário. Vou tentar explicar cada um dos conversores mencionados acima com algum detalhe para que a compreensão dos próximos circuitos faça mais sentido.

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O que é um Buck Converter?

Um conversor buck (também conhecido como conversor abaixador) é um conversor DC-para-DC , que diminui a tensão da entrada para a saída. O conversor Buck obtém sua saída usando dispositivos de comutação de semicondutores, que geralmente são diodos e transistores dispostos em uma ordem específica e cada um comutado durante determinados momentos para finalmente fornecer a saída necessária. Os conversores Buck podem ser altamente eficientes, às vezes chegando a 90%.

O circuito básico do conversor Buck consiste no transistor chaveador, junto com o circuito volante. Quando o transistor está no estado LIGADO, a corrente está fluindo através da carga através do indutor. O indutor se opõe a mudanças na direção do fluxo de corrente também armazenando energia no processo. O diodo, que está conectado paralelamente à carga, agora não está operacional, pois está na polarização reversa.

A corrente que flui no circuito também carrega o capacitor. Agora, quando o transistor é desligado, o capacitor carregado e o indutor aplicam uma tensão na carga por causa da força eletromotriz. agora que não há fonte de tensão no circuito. A energia armazenada no indutor é suficiente para pelo menos uma parte do tempo em que a chave está aberta. Se os tempos pelos quais o interruptor é mantido ligado e desligado mudam, ele, por sua vez, altera a tensão CC de saída entre 0V e V_in .

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O diagrama abaixo mostra uma operação simples do conversor Buck.

O que é um Boost Converter?

Semelhante a um conversor Buck, um conversor boost (também conhecido como conversor step-up) também é uma classe de conversores de fonte de alimentação de modo de comutação. Mas o funcionamento de um conversor Boost é exatamente o oposto do de um conversor Buck. O conversor Buck diminui a tensão de um valor de alimentação mais alto para o valor necessário, enquanto o conversor Boost aumenta a tensão de um valor de alimentação mais baixo.

O princípio básico de um conversor Boost consiste em dois estados distintos. No primeiro estado, o estado LIGADO é quando o indutor conectado ao lado da fonte é carregado quando a chave está LIGADA. Então, quando a chave está desligada, o único caminho oferecido para a corrente do indutor fluir é o diodo flyback, o capacitor e a carga. Isso resulta na transferência de energia que foi acumulada no estado ON para o capacitor. Se o ciclo do interruptor for bastante rápido, o indutor não descarregará totalmente entre os estados de carregamento. Portanto, a tensão na carga será sempre maior que a da fonte de entrada quando a chave estiver DESLIGADA.

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O diagrama abaixo mostra uma operação simples do conversor Boost.

Conversor Buck-Boost

O conversor Buck-Boost é um tipo de conversor DC-DC. Tem maior ou menor magnitude de tensão de saída do que sua magnitude de tensão de entrada.

Conversor de buck-boost de inversão com um princípio muito básico. No estado ON o funcionamento é semelhante ao de um conversor Boost, onde o indutor armazena energia. Um capacitor fornece energia para a carga durante este tempo é conectar através da carga. Enquanto no estado OFF, o indutor é conectado à carga de saída e ao capacitor, de modo que a energia armazenada no indutor é fornecida ao capacitor e à carga. O capacitor é carregado durante este tempo.

Um diagrama simples abaixo mostra o princípio de funcionamento de um conversor Buck-Boost.

Agora, existem muitas maneiras de alcançar nosso BUCK CONVERTER necessário, mas usamos o regulador de comutação mais popular disponível neste segmento, usando o IC MC34063. O outro método popular é usar um circuito de MOSFETs comutados de acordo com um padrão fixo.

Componentes necessários

1. MC34063 regulador de comutação IC
2. Díodo Schottky 1N5819
3. 2k resistores
4. Resistores de 6,2k
5. Resistores de 26 Ohms
6. Indutor de 62 uH, 1,5 A
7. 100uF, 25V e 359uF, capacitor de 25V
8. Capacitores de disco cerâmico de 428pF
9. Unidade de fonte de alimentação de 12 V com classificação de 1,5 A
10. Conexão de fios

IC MC34063

MC34063 é um circuito de controle monolítico que possui todas as funções necessárias para a construção de conversores DC-DC. Consiste em várias funções, que são comparador, oscilador, interruptor de saída de alta corrente e limite de corrente de pico ativo. O MC34063 está disponível nos pacotes DIP, SOIC e SON. Há oito pinos em cada um. A tabela da qual é dada abaixo.

MC34063 Pinagem
Nº do pino	Nome do PIN	Descrição
1	Switch coletor	Entrada de coletor de chave interna de alta corrente
2	Alternar emissor	Entrada de emissor de chave interna de alta corrente
3	Capacitor de tempo	Anexando um capacitor de tempo a uma frequência de comutação variável
4	Terra (GND)	Terra (GND)
5	Entrada de Inversão do Comparador	Anexe uma rede divisora ​​de resistores para criar um loop de feedback
6	Tensão (Vcc)	Tensão de alimentação lógica
7	Eupk	Entrada de detecção de limite de corrente
8	Coletor de driver	Par Darlington acionando a entrada do coletor do transistor

Alguns dos recursos do IC MC34063 são os seguintes:

1. Referência com compensação de temperatura
2. Circuito de limite de corrente
3. Oscilador de ciclo de trabalho controlado com um interruptor de saída de driver de alta corrente ativo
4. Aceita 3,0 V a 40,0 V CC
5. Pode ser operado na frequência de comutação de 100KHz com uma tolerância de 2%
6. Corrente de espera muito baixa
7. Tensão de saída ajustável

Além disso, este IC está amplamente disponível e é muito mais econômico do que os outros ICs disponíveis neste segmento. É por isso que vamos usar este CI para o nosso circuito.

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A pinagem do MC34063 é dado abaixo.

Existem muitos aplicativos associados ao MC34063, alguns deles são Interface Homem-Máquina (IHM), Dispositivo portátil, Medição e teste, Analisador de gás e sangue, computação, Telecomunicações, Cabo soluções, etc

1N5819

O 1N5819 é um diodo de potência de metal para silício, também denominado como retificador Schottky, que aplica o Princípio da Barreira Schottky. É usado principalmente como retificadores em inversores de baixa tensão de alta frequência, diodos de proteção de polaridade e diodos de roda livre. Também é chamado de diodo de barreira de superfície, diodo de elétrons quentes ou diodo portador quente. É um pouco diferente dos diodos de junção PN normais, onde metal como platina ou alumínio é usado no lugar do semicondutor do tipo P. No diodo Schottky, semicondutor e metal se unem, formando uma junção metal-semicondutor onde o lado semicondutor atua como cátodo e o lado metálico atua como ânodo. Quando a junção metal-semicondutor se forma entre metal e semicondutores, eles resultam em uma camada de depleção também chamada de barreira Schottky.

Schottky vem com baixa carga armazenada e apresenta menor perda de energia e características mecânicas de maior eficiência. É fabricado de tal forma que todas as superfícies externas são resistentes à corrosão e os terminais são facilmente soldáveis ​​onde a corrente flui em apenas uma direção e interrompe a corrente fluindo na outra direção. A queda de potência que ocorre neste diodo é menor do que nos diodos de junção PN. Quando a tensão é aplicada nos terminais do diodo, a corrente começa a fluir, o que resulta em uma pequena queda de tensão nos terminais. As quedas de tensão mais baixas resultam em maior eficiência e maior velocidade de comutação.

O diagrama esquemático acima mostra o símbolo elétrico de um diodo Schottky.

Diagrama de circuito de 12V – 5V

O diagrama de circuito acima mostra o circuito junto com todos os valores calculados para nossa operação necessária.

Trabalho de circuito de 12V a 5V

Conecte o circuito conforme indicado no diagrama de circuitos corretamente. Primeiro para alimentar este chip, conectamos +V ao pino 6 e o ​​pino 4 ao terra. Ao mesmo tempo, conectamos um capacitor CIN para filtrar o excesso de ruído da fonte de alimentação. O pino 3 está conectado ao CT que determina a velocidade de comutação do circuito. O pino 5 é o terminal inversor do comparador. A tensão do terminal não inversor é de 1,25 V do regulador de tensão interno. Para o terminal inversor, colocamos uma rede de resistores composta por dois resistores. Estes decidem o ganho do comparador do amplificador operacional. Desta forma, fazemos um conversor Buck que agora reduz nossa entrada de 12V DC para 5V DC.

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Aplicativos

Existem muitas aplicações em nossas vidas diárias, que utilizam apenas entradas de baixa tensão. Eles também precisam de 5V regulados para segurança. Por exemplo, carregadores de bateria, módulos Wi-Fi, módulos Arduino e assim por diante. O circuito acima atende às necessidades de entrada de todas as aplicações mencionadas acima e muitas outras.

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