Módulos DC-DC chaveados

Aplicações

Como o conversor de alimentação do arduino é linear, quanto maior a tensão da fonte usada (as pessoas gerelmente usam 9V), maior o desperdicio de energia na forma de calor. Por exemplo, digamos que seu projeto consuma 800mA com uma fonte de 9V. O consumo fica, calculando de forma grosseira, assim distribuído:

  • Potência total: 9Vx0,8A=7,2W
  • Realmente usado: 5Vx0,8A=4W
  • Desperdiçado na forma de calor:7,2-4 = 3,2W

Isso dá uma “eficiência” de 55%.

Como se pode ver, se a fonte fosse uma bateria poderia ter uma autonomia extra superior a 80% se não fosse o desperdício.

O arduino desperdiça muito menos energia quando alimentado diretamente com 5V (pela porta USB).  Assim se torna interessante, quanto a alimentação é feita por baterias, usar conversores chaveados DC-DC, por eles terem uma eficiência muito superior às fontes lineares (depende do caso, mas pode chegar a 92%).

O objetivo desses módulos é obter 5V a partir de outras fontes de tensão contínua, mas existem diferenças de funcionamento importantes.

Módulo baseado em LM2596S

Com este módulo a tensão de entrada precisa ser maior que a tensão de saída, o que o faz indicado quando, por exemplo, seu projeto de 5V precisa ser alimentado por uma fonte/bateria de 12V.

  • Tensão de entrada:4.5-40V
  • Tensão de saída:1.5-35V (ajustável)
  • Corrente de saída:A nominal do módulo é 2A. O CI suporta até 3A, mas um dissipador de calor será necessário nesse caso.

OBS.: As especificações dizem que a tensão de saída pode ir até 35V mas isso evidentemente está errado porque o capacitor de saída é de exatamente 35V.  Existe uma regra informal que determina que sempre usemos um capacitor que suporte o dobro da tensão máxima do circuito e então, com um capacitor de 35V na saída, a tensão de saída máxima recomendável para esse módulo é 18V. O mesmo pode ser dito da entrada, que também só pode ir até 25V.

Módulo baseado em LM2577S


A principal característica deste módulo é que a tensão de entrada deve ser menor que a tensão ajustada de saída, o que o faz indicado para operação por módulos de baterias de baixa tensão, como Li-Ion. Mas por esse mesmo motivo é preciso ter um cuidado especial com as baterias, porque o módulo vai “sugar” corrente delas até que estejam completamente exauridas e isso pode ser fatal para baterias desprotegidas que não conseguem se recuperar se descarregadas a partir de certo ponto.

OBS. 1: Se a tensão de entrada subir acima da tensão ajustada de saída, esta acompanhará o aumento. Este módulo não funciona nos dois sentidos. Ele não baixa a tensão.

OBS. 2: O outro módulo também pode estragar baterias se usado sem cuidados (até mesmo o conversor interno do arduino pode). Por exemplo, baterias chumbo-ácido de 12V não devem ser descarregadas a menos de 11V.

  • Tensão de entrada:3.5-35V
  • Tensão de saída:4-35V (ajustável)
  • Corrente de saída: A nominal do módulo é 2A. O CI suporta até 3A, mas um dissipador de calor será necessário nesse caso.
  • Eficiência de conversão: até 92% (quanto mais alta a tensão de saída, maior a eficiência);
  • Frequência de chaveamento: 50KHz
  • Proteção contra curto cirtcuito;
  • Regulação de carga: ± 0.5%
  • Regulação de tensão: ± 0.5%

OBS3.: As especificações dizem que a tensão de saída pode ir até 35V mas isso evidentemente está errado porque o capacitor de saída é de exatamente 35V.  Existe uma regra informal que determina que sempre usemos um capacitor que suporte o dobro da tensão máxima do circuito e então, com um capacitor de 35V na saída, a tensão de saída máxima recomendável para esse módulo é 18V. O mesmo pode ser dito da entrada, que também só pode ir até 18V.

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