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Em uma alimentação CC positiva e não isolada, compare a tensão nos terminais de entrada do módulo com a tensão exigida pela carga. Se a entrada permanecer acima da saída com folga suficiente em plena carga, escolha um abaixador (buck). Se permanecer abaixo, use um elevador (boost). Se atravessar a tensão desejada e for preciso manter a regulação em toda a faixa, use um buck-boost não inversor.
Qual conversor atende à sua faixa de entrada?
Exemplos de tensão nos terminais do módulo, na mesma escala de 0 a 12 V.
Abaixador (buck)
Confira os limites de entrada, a margem em plena carga e a corrente de saída em regime contínuo.
Elevador (boost)
Verifique se parte a 3,0 V e se sustenta a corrente da carga nessa tensão.
Buck-boost não inversor
Verifique a polaridade positiva e a regulação na passagem por 3,3 V.
O que muda além da tensão?
Uma carga de 5 V e 1 A consome 5 W tanto com um abaixador como com um regulador linear. Com uma fonte de 12 V, a corrente retirada da fonte e o calor dissipado são diferentes.
No buck, dimensione a fonte pela corrente de entrada e o módulo pela corrente de saída. No regulador linear, o desafio é dissipar 7 W de calor.
Para uma fonte regulada de 12 V e uma carga de 5 V e 1 A, considere o módulo buck Elecbee com saída fixa de 5 V (EB0044142). A ficha indica entrada de 7 a 26 V e recomenda até 1,6 A em uso prolongado. Os 3 A são o valor máximo. Confira a refrigeração dentro do gabinete.
Nos dois circuitos, a chave controla quando o indutor armazena ou libera energia. Ambos usam um diodo e um capacitor de saída C. No buck, a chave fica no lado da alimentação. No boost, fica no ramo de retorno.
Abaixador (buck)
Elevador (boost)
Como medir a faixa de tensão de entrada
A tensão nominal não descreve toda a faixa no módulo. A tensão da fonte varia e há perdas no percurso. Uma célula de íons de lítio de 3,7 V chega a cerca de 4,2 V quando carregada e cai com a descarga ou sob carga elevada. Uma fonte não regulada também pode superar seu valor nominal com pouca carga. Cabos, conectores, fusíveis e chaves de proteção da bateria introduzem quedas adicionais à medida que a corrente circula.
Para encontrar o mínimo, meça diretamente nos terminais de entrada do conversor perto do fim da descarga e com a carga máxima. Outra opção é medir na fonte sob essa carga e subtrair a queda total nos caminhos de ida e volta até o módulo.
Conte a queda de ida e volta uma única vez. Se a leitura foi feita na ponta do cabo junto ao módulo, ela já inclui essa perda. Verifique também a tensão máxima com a bateria cheia e com pouca carga ou em vazio, comparando-a ao limite de entrada.
Compare os dois extremos com a saída desejada. Um elevador puro não reduz uma tensão excessiva. Para o buck, no limite inferior importa a diferença mínima entre entrada e saída que aquele modelo precisa sob carga para manter a regulação.
Uma entrada de 5,10 V sustenta uma saída de 5 V?
Suponha que a carga aceite 5,00 V ±5%, ou 4,75–5,25 V nos terminais. Em plena carga, a entrada cai para 5,10 V. Nessa corrente, o buck precisa de 0,30 V de margem para regular em 5,00 V.
Faltam 0,20 V de margem. A saída de 5,00 V deixa de ser garantida, mas isso não prevê uma saída de 4,80 V. A saída pode acompanhar a entrada, perder a regulação em um transitório ou desligar por subtensão. Consulte o comportamento do regulador na corrente prevista.
Se forem necessários 5,00 V regulados, veja se é possível manter a entrada acima de 5,30 V reduzindo as perdas nos cabos ou escolha um buck que regule com os 0,10 V disponíveis. Se a entrada puder ficar abaixo da saída, avalie um buck-boost não inversor.
Se toda a tolerância de ±5% for aceitável, use o comportamento de saída documentado e a queda nos cabos para conferir os dois limites, 4,75 e 5,25 V nos terminais da carga. Mesmo fora de regulação, o módulo pode manter a carga dentro dessa faixa.
Quando a tensão da bateria cruza a tensão de saída
Uma célula carregada pode fornecer mais de 3,3 V ao módulo e depois cair abaixo desse valor ao descarregar sob carga. Manter a tensão regulada em toda a faixa exige tanto abaixar quanto elevar a tensão.
Confira a polaridade de um módulo vendido como buck-boost. A topologia inversora clássica de um único indutor gera tensão negativa em relação ao terra comum. Para uma saída positiva, verifique também se a regulação é contínua ao cruzar a tensão de saída. Há circuitos não inversores com outras configurações além das quatro chaves. Consulte as especificações na região de transição.
A fonte consegue alimentar a carga na tensão mínima?
Com a mesma potência de saída e rendimentos semelhantes, a corrente de entrada aumenta quando a tensão diminui. Avalie fonte e módulo na menor tensão prevista nos terminais. Use o rendimento desse ponto de operação em formato decimal e confira os demais limites.
Corrente média de entrada (A) = tensão de saída (V) × corrente da carga (A) ÷ [tensão mínima na entrada do módulo (V) × rendimento]
A carga precisa de 5 V a 1 A, ou 5 W, quando a entrada do módulo cai para 3,0 V. Nos dois casos, supomos 85% de rendimento nesse ponto e usamos 0,85 na fórmula.
Para fornecer 1 A a 5 V
Fonte limitada a 1,50 A em regime contínuo
A conta verifica a potência da fonte em regime permanente. Verifique ainda se a placa sustenta a carga com a temperatura e a ventilação previstas e se o sistema parte na menor tensão de entrada.
O que significa “2 A” na ficha técnica?
A carga consome 1 A, enquanto a fonte de 3,0 V fornece cerca de 1,96 A em média. A corrente no indutor varia a cada ciclo, de modo que a chave suporta um pico instantâneo maior. O nome do parâmetro e as condições de teste dizem a qual corrente os “2 A” se referem.
Compare duas fichas hipotéticas para essa carga.
- A placa A só anuncia “2 A” no título. Peça a corrente de saída em regime contínuo com entrada de 3,0 V e saída de 5 V e as condições de refrigeração. Sem esses dados, sua capacidade continua incerta.
- A placa B traz curvas. Na curva de saída de 5 V, leia a corrente para uma entrada de 3,0 V e compare com 1 A. Consulte o rendimento nessa entrada e carga para estimar a corrente da fonte. Diferencie valores típicos de garantidos e compare a refrigeração do ensaio com a do gabinete.
Consulte a tensão mínima de partida sob carga, compare o pico de partida com a corrente de pulso admissível da fonte e confira a queda momentânea na entrada. Uma placa que continua operando com a bateria fraca pode não conseguir reiniciar. Medições de partida da TI
Para o TPS61022, a TI especifica o limite de corrente de vale da chave com 3,6 V na entrada e 5 V na saída. O vale é o ponto mais baixo da corrente do indutor durante um ciclo.
| Mínimo | Típico | Máximo |
|---|---|---|
| 6,5 A | 8 A | 10 A |
Em outro ponto, com entrada de 1,8 V e saída de 5 V, a TI usa o mínimo de 6,5 A, a ondulação da corrente no indutor e rendimento de 87% para estimar 2,12 A de saída. Os 8 A típicos e os 2,12 A calculados correspondem a correntes diferentes. Exemplo de cálculo da TI
Onde medir quando uma carga alimentada por bateria reinicia
Compare as tensões durante o mesmo evento de carga. Meça na fonte e na entrada do módulo. Se houver cabo de saída, meça tanto na placa quanto na carga.
Compare a fonte com a entrada do conversor
Se a tensão já cai na fonte ao ligar a carga, verifique o estado de carga da bateria, a corrente disponível em regime contínuo e o consumo real.
Se a fonte permanece estável e a entrada do módulo cai, inspecione os fios de ida e retorno, os conectores, as chaves e os porta-fusíveis.
A queda ocorre no módulo ou no cabo de saída?
No buck, uma queda na saída quando a entrada se aproxima da tensão desejada pode indicar margem insuficiente. Carga excessiva ou limitação térmica também podem contribuir.
Se a saída da placa permanece estável, mas a tensão na carga cai, verifique o cabo e os contatos. Se a tensão cai na própria placa apesar de a entrada estar na faixa especificada, confira os limites de corrente e temperatura e a demanda da carga.
Reinicia ao ligar ou depois de aquecer?
Um multímetro apresenta valores médios e pode perder quedas breves, dependendo da amostragem. Se o sistema reinicia ao ligar ou durante um pulso de carga apesar de leituras estáveis, use captura rápida de mínimo/máximo ou um osciloscópio para observar a entrada e a saída.
Se o sistema parte bem a frio, investigue a descarga gradual da bateria, que reduz a tensão e aumenta a corrente de entrada para a mesma potência, e a limitação térmica da placa. Registre a tensão de entrada e a temperatura da placa no instante do reinício.
Com a faixa real de entrada, a tensão de saída desejada e o pior caso de corrente, compare as especificações dos conversores CC-CC.
