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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Acionando o conversor de tensão MAX756 com tensão de entrada reduzida. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores Alguns dispositivos eletrônicos de pequeno porte alimentados por células galvânicas ou baterias usam conversores elevadores de tensão baseados no chip MAX756 e seus análogos. Pode ser difícil iniciá-los com uma carga conectada e uma tensão de alimentação reduzida. Este artigo é dedicado a resolver este problema. Os modernos conversores elevadores de tensão permitem obter a tensão de saída necessária a partir de uma tensão de entrada muito baixa, muitas vezes inferior a 1 V. Na grande maioria dos casos, a carga do conversor de tensão está permanentemente conectada à sua saída. Isso dificulta a partida do conversor e a obtenção da tensão de saída do valor requerido, principalmente quando a tensão de alimentação está próxima do mínimo permitido. Os modernos conversores elevadores de tensão permitem obter a tensão de saída necessária a partir de uma tensão de entrada muito baixa, muitas vezes inferior a 1 V. Na grande maioria dos casos, a carga do conversor de tensão está permanentemente conectada à sua saída. Isso dificulta a partida do conversor e a obtenção da tensão de saída do valor requerido, principalmente quando a tensão de alimentação está próxima do mínimo permitido. Um diagrama de blocos simplificado do microcircuito conversor de tensão elevador MAX756 [1] e sua conexão são mostrados na Fig. 1.
O microcircuito contém uma unidade de controle para o transistor de efeito de campo da chave de saída e este próprio transistor VT1. É assim que muitos microcircuitos conversores de tensão elevadores são projetados. Além do chip DA1, o conversor de tensão contém uma bobina de armazenamento L1, um diodo Schottky VD1 e dois capacitores de óxido C1 e C2 na entrada e na saída, respectivamente. A unidade de controle recebe energia da saída do conversor e realiza a regulação da largura de pulso. Quando o transistor VT1 está aberto, a carga conectada à saída é alimentada pelo capacitor C2, o diodo VD1 está fechado, o indutor L1 está conectado à fonte de alimentação. A corrente através do indutor aumenta e ele armazena energia. Depois de fechar o transistor VT1, o pulso fem autoindutivo do indutor é adicionado à tensão de alimentação e carrega o capacitor C1 através do diodo aberto VD2. Assim, a energia acumulada pelo indutor L1 é transferida para a carga. Quando a tensão de alimentação está próxima do mínimo permitido, a partida do conversor de tensão pode ser difícil, pois o transistor VT1 não abre completamente. O dispositivo de controle é alimentado por uma tensão de saída que, quando o conversor é iniciado, é menor que a tensão de alimentação pela quantidade da queda de tensão no diodo VD1 e pela resistência ativa do indutor L1. O canal insuficientemente aberto do transistor VT1 possui uma resistência maior, o que limita o valor de pico dos pulsos de corrente através do indutor L1. Como resultado, o conversor, incapaz de fornecer simultaneamente a corrente de carga e carregar o capacitor de saída C2, não consegue atingir a tensão nominal de saída. A situação descrita sugere que durante a partida do conversor é necessário desconectar a carga do mesmo, o que permitirá que o conversor atinja o modo de operação nominal em marcha lenta. Depois que a tensão de saída atingir um determinado valor e o capacitor de saída estiver carregado, a carga poderá ser conectada. No futuro, o conversor funcionará normalmente. Os desenvolvedores da Maxim seguiram esse caminho, mostrando em [2] como o conversor elevador de tensão MAX756 pode ser lançado com uma carga conectada e baixas tensões de alimentação. O microcircuito MAX756 permite obter uma tensão de saída fixa de 3,3 V ou 5 V em valores máximos de corrente de carga de 300 ou 200 mA, respectivamente. A tensão de alimentação mínima na qual o conversor inicia em marcha lenta é de 0,7 V. O conversor possui um detector para redução da tensão de entrada (terminais LBI/LBO; Entrada de Bateria Fraca, Saída de Bateria Fraca - respectivamente, entrada e saída do detector de tensão de entrada baixa). O MAX756 foi projetado especificamente para uso em equipamentos portáteis alimentados por bateria, portanto, o detector é usado para indicar que a tensão na entrada LBI cai abaixo de um determinado valor limite selecionado pelo projetista do chip como 1,25 V. Nesse caso, a saída LBO está conectado a um fio comum através de um transistor interno aberto do microcircuito. Se a tensão na entrada LBI for superior a 1,25 V, o transistor interno é desligado e a saída IBo fica em estado de alta impedância. A tensão de disparo do detector pode ser definida por um divisor de tensão de entrada conectado à bateria que alimenta o conversor. O sinal na saída LBO é utilizado tanto para avisar ao usuário que a bateria está fraca, quanto para desconectar à força, por exemplo, a bateria do dispositivo, a fim de evitar sua descarga excessiva. A baixa tensão mínima de inicialização do microcircuito MAX756 (0,7 V) permite construir em sua base conversores de tensão alimentados por uma célula galvânica com tensão de 1,5 V ou uma bateria Ni-Cd ou Ni-MH com tensão de 1,2 V. Infelizmente, neste último caso, o valor da tensão de referência interna U selecionado pelo fabricante do chipп = 1,25 V não permite determinar o momento em que a bateria é descarregada até uma tensão de 1 V, abaixo da qual os fabricantes de baterias não recomendam descarregá-las. O circuito de um conversor baseado no microcircuito MAX756, que elimina dificuldades de partida em baixa tensão de alimentação, desligando a carga durante a partida [2], é mostrado na Fig. 2. Foi utilizada uma conexão típica do microcircuito MAX756 (DA1). Quando a tensão de alimentação é aplicada, a tensão na entrada LBI do microcircuito está abaixo do limite de comutação (1,25 V), a tensão na saída LBO é baixa, os transistores VT1 e VT2 estão fechados.
Após a tensão na saída do conversor atingir o valor Uconn=Ucova(R1+R2)/R2, os transistores VT1 e VT2 abrem e a carga é conectada à saída do conversor. Com as resistências dos resistores R1 e R2 indicadas no diagrama, a carga é conectada ao conversor quando a tensão em sua saída atinge 3,75 V. Gráficos da corrente máxima de carga versus tensão de inicialização do conversor [2] são mostrados na Fig. 3. A linha superior - com desligamento da carga durante a inicialização, a linha inferior - sem desligamento. Os gráficos mostram que com uma tensão de alimentação de 1 V esses valores são 65 e 2,5 mA, respectivamente. E com uma tensão de alimentação do conversor de 0,8 V, a corrente máxima de carga na inicialização aumenta de 45 μA para 45 mA.
Mostrado na Fig. O circuito 2 tem a única desvantagem: o detector de queda de tensão de entrada LBI/LBO não pode ser usado para a finalidade pretendida: sinalizar uma diminuição na tensão de alimentação, geralmente tensão da bateria, abaixo de um determinado limite. O diagrama mostrado na Fig. 4 não apresenta a desvantagem acima mencionada. Difere do proposto no artigo [2] na parte de saída do dispositivo. Quando a energia é aplicada ao conversor, a tensão na sua saída está abaixo do valor limite do detector de subtensão DA2. Há uma tensão de baixo nível na saída do detector (pino 3), os transistores VT1.1 e VT1.2 estão fechados e a carga está desconectada da saída do conversor. Quando a energia é aplicada, a tensão no capacitor de saída C3 começa a aumentar. Ao atingir o valor de 4,7 V, a saída 3 DA2 entra em estado de alta impedância, e a tensão de saída do conversor é fornecida à porta do transistor VT1.1 através do resistor R1. Neste caso, os transistores VT1.1 e VT1.2 abrem, conectando a carga à saída do conversor.
Na Fig. A Figura 5 mostra uma opção mais simples para ligar o conversor no chip MAX756, no qual ele inicia com uma carga conectada. Ao mesmo tempo, os pinos LBI/LBO não utilizados permitem usar o detector para reduzir a tensão de entrada do chip conversor para a finalidade pretendida. Ao contrário do diagrama da Fig. 4, a carga é conectada à saída do conversor não após atingir um determinado valor de tensão de saída, mas com um certo atraso após a aplicação da energia. Quando a energia é fornecida ao conversor, o capacitor C4 é descarregado, a tensão entre a porta e a fonte do transistor VT1 é zero, então o transistor é fechado, a carga conectada à saída é desenergizada. À medida que o capacitor C4 é carregado através do resistor R1, a tensão nele atinge o valor limite isip, no qual o transistor VT1 abre e a tensão da saída do conversor é aplicada à carga.
A duração do tempo de atraso de conexão da carga tB (em milissegundos) sem levar em consideração o tempo de carga do capacitor de saída C3 do conversor é calculada usando a fórmula (1.10) do livro [3]: t3=R1 C4 ln(UO/( VOCÊO - VOCÊfecho eclair)), onde R1 é a resistência do resistor R1 em quilo-ohms; C4 é a capacitância do capacitor C4 em microfarads; vocêO - tensão de saída do conversor (em volts). Ao fazer cálculos, deve-se levar em consideração que o valor isip para o transistor especificado [4] pode estar na faixa de 1,5...3,5 V. Variando a resistência do resistor R1 e a capacitância do capacitor C4, você pode alterar a duração do atraso de conexão da carga, que é selecionado experimentalmente para ser um tempo maior para estabelecer a tensão de saída do conversor na tensão de alimentação mínima permitida. O conversor de tensão elevador MAX756 possui um analógico doméstico KR1446PN1. Em vez do transistor ZVP2110A [4], você pode usar outro classificado para uma corrente de pelo menos 200 mA, por exemplo, ZVP2106, BSP315, MMBF2202PT1. E MMDF2P02E é um conjunto de dois transistores de efeito de campo de canal p, dos quais no dispositivo de acordo com o circuito da Fig. 2 um deles é usado. Ele também pode ser substituído pelos transistores listados acima. Substituiremos o transistor 2N3904 por 2N3903, 2N4400, 2N4401 importado ou KT315, KT3102 doméstico com qualquer índice de letras. O conjunto do transistor IRF7307 pode ser substituído pelo IRF7317 ou IRF7507. O diodo 1N5817 pode ser substituído por 1N5819, 1 N5820. Literatura
Autor: V. Oleinik
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