Ultimamente, tenho lido sobre eletrônica de potência e, como um desafio (e também um exercício de aprendizado), projetei minha primeira fonte de alimentação comutada - neste caso, um conversor buck.
Ele se destina a fornecer 3,5-4,0V (decidido pela fonte de referência de diodo) e até 3A, a fim de acionar alguns LEDs de energia com qualquer fonte DC, variando de um carregador USB de 5V a uma bateria PP3 de 9V. Quero um suprimento eficiente, pois o aquecimento e a duração da bateria serão um problema real (caso contrário, seria preguiçoso e usaria um diodo 7805 +).
OBSERVAÇÃO: Eu já notei que tenho a lógica de comutação da maneira errada, preciso trocar as conexões no comparador ou usar !Qpara conduzir os MOSFETs.
Minha escolha de MOSFETs em vez de BJTs ocorreu devido às perdas de energia em um BJT e aos problemas térmicos que surgiram. Esta decisão de usar MOSFETs sobre BJTs / IGBTs devido à eficiência aprimorada é a chamada certa?
Em vez de usar um chip PWM, como muitos fóruns amadores sugerem, decidi usar uma combinação de comparador / relógio / trava para alternar rapidamente entre "cobrar" e "descarregar". Existe alguma desvantagem específica dessa abordagem? A trava do CMOS (um D-flip flop) copia os dados para as saídas na borda ascendente dos pulsos do gerador de clock (um inversor CMOS Schmitt + feedback).
A escolha de constantes de tempo / frequências de canto para o relógio e o passe baixo fanfarrão (10-100kHz e 10Hz, respectivamente) destina-se a suportar a pequena aproximação de ondulação, além de permitir que o capacitor de saída carregue em uma quantidade razoável de tempo a partir da inicialização. Esse é o conjunto certo de considerações para decidir os valores desses componentes?
Além disso, como eu calcularia o valor do indutor? Eu diria que depende da corrente de saída típica e do valor do capacitor lowpass, mas não consigo entender como.
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No passado, eu usei o par MOSFET mostrado (além do software PWM) para criar pontes H para controle bidirecional de motor de velocidade variável - e enquanto eu mantivesse o período PWM muito maior que o tempo de comutação MOSFET , o desperdício de energia causado pelo curto-circuito durante a comutação era insignificante. Nesse caso, porém, vou substituir o N-mosfet por um diodo Schottky, pois nunca usei um diodo Schottky antes e quero ver como eles se comportam.
Eu uso um inversor simples + combinação RC para fornecer o sinal do relógio, pois não preciso de uma frequência particularmente consistente ou precisa, desde que seja consideravelmente mais alta que a frequência de canto de corte alto do buck buck-boost.
[editar II:]
Construí-o em uma placa de ensaio e, para minha surpresa, funcionou imediatamente, sem problemas, e com ~ 92% de eficiência (comparado aos 94% que eu havia calculado com as perdas de comutação / componente).
Observe que eu omiti o resistor no estágio de saída, por preguiça - também não me lembro bem por que o coloquei lá em primeiro lugar.
Omiti o diodo reverso paralelo ao P-MOSFET e também usei um diodo Schottky 1N5817 (nota: classificação 1A) no lugar do N-MOSFET. Não aquece o suficiente para as pontas dos meus dedos perceberem. Pedi um diodo de classificação mais alta para quando eu montar a unidade final, que funcionará com carga total.
Soprei acidentalmente o comparador LM393 durante o teste, mas um LM358AN tomou o seu lugar imediatamente sem problemas.
Como não consigo encontrar nenhum software decente de projeto de circuito / layout / roteamento que seja executado no Arch Linux x64 (ou mesmo instalar, no caso de software nativo do Linux), eu o expus manualmente para que provavelmente não funcione no momento em que é soldado ... Mas isso só aumenta a "diversão", eu acho!
Valores dos componentes utilizados: Clock gen {1kR, 100nF}; Saída Buck {330uH, 47uF}; Capacitor de entrada [não mostrado] {47uF}; P-MOSFET {STP80PF55}; N-MOSFET {diodo Schottky, 1N5817 - a ser substituído por> = versão 3A}; CIs {40106 NXP, 4013 NXP, LM358AN}
