Como funciona um conversor de tensão DC-DC? 2

São vários os tipos de conversores de tensão DC-DC disponíveis no mercado e a escolha do modelo ideal para o desenvolvimento de um projeto eletrônico pode ser complicada, já que os termos Buck, Boost, Step-Down e Step-Up podem ficar um pouco confusos no momento da escolha, principalmente para quem é leigo no assunto. 

Por essa razão, neste tutorial vamos esclarecer algumas informações sobre os conversores DC-DC.

O que é um conversor DC-DC?

Dentro da Engenharia Elétrica e Eletrônica, um conversor DC-DC (ou CC-CC, DC-Direct Current / CC-Corrente Contínua) é um circuito eletrônico que converte uma tensão ou corrente contínua que tem uma determinada amplitude, em outra tensão ou corrente contínua com outra amplitude diferente.

O conversor DC-DC é utilizado quando a tensão disponível é originária de uma fonte de alimentação DC (pilhas, bateria, retificador) e a carga (placa de desenvolvimento, circuito ou componente) exige um valor diferente de tensão para seu funcionamento. 

Como exemplo, podemos citar um NodeMCU ESP8266 alimentado por bateria. Uma bateria de lítio-polímero geralmente dispõe 3,7 V em sua saída. Já o NodeMCU exige uma tensão entre 5 e 12V para o funcionamento. Nesse caso, precisamos converter a tensão de 3,7 V em no mínimo 5 V e, para isso, utiliza-se um conversor de tensão step-up (também conhecido como conversor boost).

Como funciona um conversor de tensão DC-DC?

Um conversor de tensão DC-DC geralmente realiza a conversão aplicando, com determinada frequência (usualmente na faixa de 100 kHz a 5 MHz), uma tensão contínua pulsada em um indutor (ou capacitor) , fazendo com que o fluxo de corrente gere energia magnética (ou elétrica) armazenada, que é então aproveitada em uma saída. Em outras palavras, um conversor de tensão DC-DC armazena a energia gerada em função da tensão contínua pulsada aplicada em um indutor ou capacitor e a utiliza em sua saída.

Para realização deste tipo de conversão é utilizado o método de Modulação por Largura de Pulso (Pulse Width Modulation, PWM). 

Conversor de tensão x Regulador de tensão

Um conversor apresenta uma eficiência consideravelmente maior do que um regulador de tensão linear, sendo que o conversor conta com perda de 12% da potência, enquanto o regulador demonstra perda de 50%. Devido à alta dissipação de potência, o regulador aquece muito e exige o uso de um dissipador de calor, sendo uma outra desvantagem quando comparado com o conversor.

Além disso, com um regulador de tensão não é possível gerar tensões na saída maiores que sua tensão de alimentação na entrada. 

Uma desvantagem de conversores chaveados é o ruído eletrônico gerado a altas frequências, que muitas vezes precisam ser filtrados.

Conversor Buck

O conversor buck (step-down ou conversor abaixador) é um conversor DC-DC que diminui a tensão (enquanto aumenta a corrente) de sua entrada (alimentação) para sua saída (carga). É um tipo de fonte chaveada (SMPS) que normalmente contém pelo menos dois semicondutores (um diodo e um transistor) e pelo menos um elemento de armazenamento de energia (capacitor, indutor ou os dois combinados).

Conversores buck são utilizados, por exemplo, para reduzir a tensão das baterias de notebooks, (12 – 24 V) fornecendo os poucos volts (1,8V) necessários ao funcionamento dos processadores.

Conversor Boost

Um conversor boost (step-up ou conversor amplificador) é um conversor DC-DC que aumenta a tensão (enquanto diminui a corrente) de sua entrada (alimentação) para sua saída (carga). Assim como o conversor buck, é uma classe de fonte de alimentação comutada (SMPS) contendo pelo menos dois semicondutores (um diodo e um transistor) e pelo menos um elemento de armazenamento de energia (capacitor, indutor ou os dois em combinação). 

Conversores boost são utilizados, por exemplo, para aumentar a tensão das baterias de lítio (3,7V) fornecendo a tensão necessária (5 V) para o funcionamento de placa de desenvolvimento, como o Arduino, NodeMCU ou Raspberry Pi.

Conversor Buck-Boost

Um conversor buck-boost é um circuito eletrônico utilizado para converter uma tensão DC em outra tensão DC de polaridade oposta e valor diverso ou igual. Sua topologia é uma associação do conversor abaixador buck e do conversor amplificador boost. 

A principal característica que o destaca é a capacidade de obter tensões de saída com um valor maior ou menor que a entrada.

Modelos de conversores DC-DC

Abaixo estão alguns modelos de conversores DC-DC, do tipo buck, boost e buck-boost:

• Mini Conversor de Tensão DC-DC MP1584 Step Down
  • Tensão de entrada: 4,5 à 28 V
  • Tensão de saída: 0,8 à 20 V
  • Corrente de saída: máximo 3 A
  • Eficiência de conversão: 96%

• Conversor de Tensão DC-DC LM2576HV Step Down
  •  Tensão de entrada: 5 à 60 V
  • Tensão de saída: 1.25 à 26 VD
  • Corrente de saída: máximo 3 A
  • Eficiência de conversão: 92%

• Conversor de Tensão DC-DC LM2596 Step Down
  • Tensão de entrada: 3,2 à 40 V
  • Tensão de saída: 1,5 à 35 V 
  • Corrente de saída: máximo 3 A
  • Eficiência de conversão: 92%

• Conversor de Tensão DC-DC LM317 Step Down
  • Tensão de entrada: 4,25 à 30 V
  • Tensão de saída: 1,25 à 28V
  • Corrente de saída: máximo 2 A 
  • Eficiência de conversão: 92%

• Mini Conversor de Tensão DC-DC Step Down 3,3V
  • Tensão de entrada: 4,5 à 23 V
  • Tensão de saída: 3,3 V
  • Corrente de saída: máximo 3 A 
  • Eficiência de conversão: 92%

• Conversor de Tensão DC-DC Step Down 5 V / 5 A USB
  • Tensão de entrada:  9 à 24 V
  • Tensão de saída: 5,2 V
  • Corrente máxima de saída: máximo 5 A
  • Eficiência de conversão: 92%

• Conversor de Tensão DC-DC Step Down 5 V / 3 A USB
  • Tensão de entrada: 7 à 24 V
  • Tensão de saída: 5 V
  • Corrente de saída: máximo 3 A
  • Eficiência: 96%

• Conversor de Tensão DC-DC Step Up
  • Tensão de entrada: 2 à 24 V
  • Tensão de saída: 2 à 28 V
  • Corrente de saída: máximo 1 A 
  • Eficiência: >93 %

• Conversor de Tensão DC-DC Buck-Boost
  • Tensão de entrada: 3,8 à 32 V
  • Tensão de saída: 1,25 à 35 V
  • Corrente de saída: máximo 3 A 
  • Eficiência: 94 %

Gostou de aprender um pouco sobre os conversores de tensão DC-DC? Deixem suas dúvidas nos comentários. Para mais conteúdos como esse acesse nosso blog. Para não perder nenhuma novidade da MakerHero, não deixe de acompanhar nosso Instagram.