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Calculadora de design do Boost Converter

Calcule o ciclo de trabalho, o valor do indutor e o capacitor de saída para o design do conversor DC-DC de impulso (aumento)

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Fórmula

D = 1 - V_in/(V_out×η), L = V_in×D/(ΔI_L×f_sw)

Referência: Erickson & Maksimovic, "Fundamentals of Power Electronics" 3rd ed.

D — Duty cycle
V_in — Input voltage (V)
V_out — Output voltage (V)
η — Efficiency
f_sw — Switching frequency (Hz)
ΔI_L — Inductor current ripple (A)

Como Funciona

Um conversor DC-DC boost (step-up) é uma topologia de conversor de energia de comutação que aumenta a tensão de entrada para uma tensão de saída mais alta. Ele opera armazenando energia em um indutor durante o tempo de ativação do interruptor e liberando essa energia para a saída durante o tempo de inatividade. O princípio fundamental se baseia na capacidade do indutor de manter o fluxo de corrente quando o elemento de comutação se abre, criando uma tensão maior que a entrada. Os principais parâmetros de projeto incluem frequência de comutação, ciclo de trabalho e seleção de componentes para garantir uma transferência de energia eficiente e uma oscilação mínima de tensão/corrente.

Exemplo Resolvido

Considere um design com Vin = 5V, Vout = 12V, Iout = 2A, fsw = 100kHz, ondulação = 5%. Primeiro, calcule o ciclo de trabalho usando D = 1 - (Vin/Vout) = 1 - (5/12) ≈ 0,58. Para o cálculo do indutor, use L = (Vin * (1-D))/(fsw * ΔIL), onde ΔIL é a ondulação de corrente de pico a pico. Com 5% de ondulação, a corrente de pico a pico é 2A * 0,05 = 0,1A. O cálculo de L produz aproximadamente 138μH. A seleção do capacitor de saída exigiria considerações de ESR e tensão de ondulação, normalmente na faixa de 100-470μF.

Dicas Práticas

  • ✓Use capacitores de baixo ESR para melhor desempenho
  • ✓Selecione componentes com margens de tensão/corrente suficientes
  • ✓Implemente um layout de PCB adequado com comprimentos de traço curtos

Erros Comuns

  • ✗Negligenciando a corrente de saturação do indutor
  • ✗Ignorando as perdas de energia do interruptor e do diodo
  • ✗Gerenciamento térmico inadequado
  • ✗Ignorando considerações sobre interferência eletromagnética

Perguntas Frequentes

A eficiência depende da qualidade do switch, das perdas de componentes e das condições operacionais. A eficiência típica varia de 85 a 95% para conversores bem projetados.
Frequências mais altas permitem indutores menores, mas aumentam as perdas de comutação. Normalmente, 100kHz-500kHz funciona bem para a maioria das aplicações.
Os conversores de impulso modernos podem lidar com variações de entrada de 2:1 a 10:1 com design e controle de feedback adequados.
A compensação deficiente, o design inadequado do circuito de feedback e as tolerâncias dos componentes podem levar a oscilações ou a um comportamento imprevisível.
Implemente circuitos de limite de corrente, use resistores de detecção de corrente e projete com mecanismos de proteção adequados, como o modo soluço.

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