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Conversores Buck e suas aplicações legais
« em: Abril 10, 2017, 20:09:41 pm »

                                                 Este artigo foi traduzido do original em Inglês !
 
 O conversor buck é um conversor DC-DC onipresente que converte eficientemente uma alta tensão para uma baixa tensão de forma eficiente. A conversão de energia eficiente prolonga a vida útil da bateria, reduz o calor e permite a construção de gadgets mais pequenos. O conversor buck pode ser usado em lotes de aplicações cool. Este artigo fornece uma introdução breve ao conversor do fanfarrão e cobre algumas aplicações frescas dos circuitos do conversor do fanfarrão - e seu primo a meia ponte - e fornece as ligações aos recursos onde os leitores interessados ​​podem aprender mais sobre microplaquetas específicas a usar em seus projetos .

 Introdução ao Buck ConverterUm conversor do fanfarrão é um circuito simples. A Figura 1 é um esquema simplificado de um conversor buck. O MOSFET MOSFET alto lado liga e desliga. Um IC de controle, não ilustrado, usa um circuito fechado de realimentação para controlar a tensão de saída. A função de transferência DC é uma equação que relaciona a tensão de entrada, a tensão de saída eo ciclo de funcionamento do conversor buck. $ Vout = Vin * D $, onde Vout é a tensão de saída, Vin é a tensão de entrada, e D é o ciclo de trabalho, ou porcentagem do tempo que o MOSFET é ligado. O indutor eo capacitor na figura 1 formam um filtro passa-baixa. Este filtro passa-baixo suaviza a ação de comutação MOSFET e produz uma tensão DC agradável, suave.

Figura 1: Esquema simplificado de um Buck não-síncrona. O TPS5430 é um exemplo de um controlador buck não-síncrono.
A Figura 2 mostra uma variação comum do conversor buck: o conversor síncrono buck. Em um conversor síncrono buck, o diodo freewheeling é substituído por um MOSFET. Usando um MOSFET também permite a transferência de energia bidirecional. Se o conversor buck é executado para trás, ele pode ser executado como um conversor boost. Isso requer um conversor especial IC. Ele é usado em aplicações como USB On-the-Go que permitem que você use seu smartphone para alimentar pequenos eletrônicos portáteis.
Dois MOSFETs neste arranjo são chamados de meia ponte. Meias pontes também são circuitos muito úteis que têm muitas aplicações.

Figura 2: Esquema simplificado de um conversor síncrono Buck. O LM5119  é um exemplo de um controlador de conversor buck síncrono.
O conversor buck é usado em todos os lugares. O restante do artigo cobre algumas aplicações comuns.USB On-The-GoO USB On-The-Go permite que teclados, ratos e outros periféricos sejam conectados a um smartphone. O dispositivo periférico extrai energia da porta USB do telefone. O regulador de potência é manuseado usando um conversor síncrono buck que pode transferir energia em ambas as direções. Quando o telefone está ligado a um carregador de bateria, o conversor buck é executado como um conversor buck para carregar a bateria de lítio no telefone. Quando um periférico é conectado, o conversor buck corre para trás como um conversor de impulso para gerar 5V da bateria de lítio. Confira esses links da Texas Instruments e da Linear Technology para saber mais sobre os conversores dc-dc bidirecionais que suportam o USB On-The-Go.
 
   
Figura 3: Alguns smartphones populares. Conversor POL para PCs e LaptopsUm conversor de ponto de carga, ou POL, é um conversor de buck não-isolado que é capaz de conduzir eficientemente a potência para altas cargas de corrente. Isso é especialmente útil em placas-mãe de PC e laptop. Os microprocessadores modernos funcionam fora muito baixa tensão, tipicamente 1.8V. Um fanfarrão síncrono, às vezes multiphase, é usado para esta finalidade. Este POL é muitas vezes chamado de um módulo de regulador de tensão, ou VRM nas especificações da placa-mãe. Muarata faz conversores de ponto-de-carga, como este um .
 

Figura 4 : Uma placa-mãe PCB.
 Carregadores de bateriaTodo mundo quer seu smartphone, tablet ou bateria portátil para carregar rapidamente sem aquecer seus dispositivos portáteis. Um conversor sincronizado buck é a melhor maneira de fazer isso. Normalmente, uma porta de carregamento para um dispositivo móvel é uma porta micro USB. Aceita um 5V regulado. Os circuitos de carregamento estão no interior do dispositivo móvel, que é frequentemente um conversor do fanfarrão. Alguns controladores buck têm built-in smarts controlador da bateria, como este chip da Tecnologia Linear.
   
   
    Figura 5 : Um laptopCarregadores solaresConvertendo uma alta tensão para uma baixa tensão de forma eficiente é o forte do conversor buck. Há uns lotes dos produtos construídos para carregar uma bateria de um painel solar com uma tensão mais elevada. O carregador solar tem uma característica que outros conversores buck não têm chamado de ponto máximo de energia de rastreamento. As células solares têm curvas de corrente-tensão não-lineares. Um carregador solar é frequentemente um conversor do fanfarrão com um controle do microcontrolador. O microcontrolador diz ao conversor do fanfarrão para extrair a quantidade máxima de poder, variando a corrente de carga para carregar a bateria no menor tempo possível. Alguns conversores buck têm built-in ponto de alimentação máxima  de rastreamento e smarts carregador de bateria de lítio, como o LT3652 da Tecnologia Linear.
     
Figura 6: Um painel solar dobrável para caminhantes por GoalZero .
 Amplificadores de potênciaO estágio de potência dos amplificadores de potência de classe D é um conversor síncrono buck. Uma grande diferença entre um conversor DC-DC e um amplificador de áudio de classe D é que enquanto o conversor DC-DC produz uma tensão DC fixa sobre a linha ea carga, o amplificador de classe D produz intencionalmente um sinal de CA. A diferença está no loop de realimentação. Observe que o estágio de saída é uma meia-ponte seguida por um filtro LC. Um bom exemplo de um amplificador de classe D é o TDA8954 do NXP .

Figura 7 : Um esquema simplificado de um amplificador de classe D.Inversor de potência pura SinewaveOs inversores de potência senoidal pura produzem uma onda senoidal a partir de uma fonte de tensão DC como uma bateria. Você pode usar um inversor de energia para alimentar um dispositivo eletrônico doméstico de uma grande bateria ou carro. O estágio de potência de inversão de um inversor de potência parece um amplificador de classe D.QuadcoptersBuck conversores são usados ​​em quadcopters. Quadcopters muitas vezes são alimentados a partir de uma bateria de lítio multi-célula. As configurações de pacotes típicos são 2-6 células em série. Estas baterias produzem uma tensão na faixa de 6V-25V. Um conversor do fanfarrão deixa cair a tensão da bateria para baixo a 5V ou a 3.3V para que o controlador de vôo (o cérebro do quadcopter) use. A indústria quadcopter muitas vezes chama buck conversores BECs, que é curto para o circuito de eliminação de bateria ou UBEC, que significa circuito de eliminação de bateria universal. BECs e UBECs são freqüentemente encontrados nos controladores de velocidade eletrônicos que dirigem os motores brushless em um quadcopter, ou em uma placa de distribuição de energia, que roteia a energia da bateria para onde ele precisa ir.
   
    Figura 8: Um quadcopter de Throb -UAV .
 Controladores de Motor BrushlessFalando de quadcopters, quadcopters usar brushless motores para voar por causa de sua alta eficiência e leve. Três semi-pontes são usadas para conduzir as bobinas indutivas de um motor brushless. Veja a figura 9, um esquema simplificado de um excitador de motor sem escova. Parece que 3 conversores síncronos buck sem condensadores de filtro. A Figura 10 é uma imagem de um controlador de velocidade eletrônico real usado por hobbyists quadcopter.
   
Figura 9: Um diagrama simplificado de um controlador de motor sem escova.

Figura 10: Um controlador de velocidade eletrônico usado por hobbyists. Este controlador de velocidade particular inclui um controlador de buck incluído.
 
Os estágios de potência que são síncronos permitem que a energia flua dos motores para a bateria. Este é um processo conhecido como freamento regenerativo, que é usado em trens e carros elétricos, incluindo o Tesla Roadster.
   
 Controladores de motores escovadosUm motor escovado pode ser conduzido usando uma configuração chamada controle de motor de lado alto. É basicamente um conversor síncrono buck sem um capacitor de saída.
   
Figura 11: Esquema simplificado de um controlador de motor escovado. Observe a semelhança com o conversor buck.
 ConclusõesEste artigo forneceu uma breve introdução aos conversores buck. Buck conversores e seu primo a meia-ponte são usados ​​em lotes de aplicações cool, incluindo smartphones, laptops, tablets, baterias portáteis, lanternas, quadcopters. Os amplificadores de áudio e os circuitos de controle do motor têm muito em comum com os conversores buck.


Fonte:https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/buck-converters-and-their-cool-applications/
Deus nos concede, a cada dia, uma página de vida nova no livro do tempo. Aquilo que colocarmos nela, corre por nossa conta. (Chico Xavier)

 

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