Kitronik Arcade para BBC micro: bit e MakeCode Arcade Muitos projetos eletrônicos, como sistemas alimentados por bateria, exigem conversores CC/CC potentes para manter uma saída de tensão estável durante flutuações de tensão de entrada. Embora topologias de quatro comutadores de redução para elevação sejam uma escolha comum devido à sua flexibilidade e densidade de potência, existem desafios de projeto significativos ao estender esses sistemas para aplicações de alta corrente. O projetista deve equilibrar cuidadosamente a arquitetura dentro dos reguladores de tensão redutores e redutores. Especificamente, a integração de indutores e dispositivos de detecção de corrente afetará significativamente o tamanho, a complexidade e a eficiência gerais do circuito.
Este artigo fornece uma breve visão geral dos desafios e compensações enfrentados pelos projetistas de sistemas de energia. Posteriormente, são apresentadas as soluções da linha de produtos Analog Devices Buck e Boost Pressurizer e como elas abordam esses desafios e otimizam o projeto. São destacados kits de avaliação e software que os designers podem usar para acelerar a prototipagem e o desenvolvimento.
Compensações integradas em projeto step-down-step-down de alta corrente
Em um conversor abaixador para elevador de quatro chaves, o estágio de potência requer quatro MOSFETs, um indutor de potência e um dispositivo sensor de corrente. Como alocar esses componentes entre pacotes de módulos e placas de circuito impresso (PCBs) é uma decisão arquitetônica central para os projetistas.
A colocação externa de indutores e resistores de detecção em PCBs dá ao projetista controle completo sobre a seleção de componentes. O tamanho do indutor, o material do núcleo e a corrente de saturação podem ser adaptados com precisão à aplicação. Contudo, esta flexibilidade tem um custo: os componentes externos ocupam espaço na placa, complicam o layout e requerem uma fiação cuidadosa para minimizar o ruído no caminho de detecção de corrente.
A integração de indutores e resistores de detecção no pacote do módulo simplifica o design e o layout, reduzindo o número de componentes e a área ocupada pela PCB. No entanto, existem compensações: o indutor é limitado pelo tamanho do pacote, o que pode limitar a corrente máxima de saída e o desempenho térmico.
Além disso, o resistor de detecção pode ser substituído por um esquema de detecção de corrente não destrutivo, eliminando assim completamente o resistor de detecção. Embora isso melhore a eficiência energética, resulta em projetos de circuitos integrados (IC) mais complexos para módulos de redução e reforço.
Como as séries de três módulos lidam com os desafios de integração gradual e gradual
Como parte de sua extensa linha de produtos µ Module, a Analog Devices oferece uma ampla variedade de módulos DC/DC que permitem aos projetistas escolher entre essas estratégias de integração. Este artigo se concentra no módulo abaixador de quatro interruptores - boost (Figura 1): LTM4607, LTM4605 e LTM4; LTM8055, LTM8056 e LTM8054; E LTM4712. Cada um é para áreas diferentes dentro das faixas de tensão de entrada e corrente de saída.
Gráfico do módulo step-down de quatro interruptores - step-up µ
Figura 1: São mostrados os módulos µ redutores e redutores de quatro chaves, que são construídos de diferentes maneiras para diferentes tensões de entrada e correntes de saída. Fonte da imagem: Analog Devices, modificado por Kenton Williston)
Conversor DC/DC com indutor externo e resistor de detecção
Controladores integrados LTM4, LTM4605 e LTM4 e MOSFETs em pacotes de módulos µ com indutores de potência e resistores de detecção de corrente fora da placa de circuito (Figura 2). Essa estrutura permite que os projetistas selecionem com flexibilidade os valores do indutor e do resistor do indutor para atender aos requisitos específicos da aplicação.
Diagrama esquemático dos dispositivos analógicos LTM4, LTM4605 e LTM4
Figura 2: Embalagem (esquerda) de LTM4607, LTM4605 e LTM4 e esquema de nível de potência correspondente (direita) com indutores externos e resistores de indução destacados. Fonte da imagem: dispositivos analógicos)
Pacotes LGA de 15 mm x 15 mm x 2,82 mm compatíveis com LTM4, LTM4605 e LTM4pin. O LTM4605 foi projetado para aplicações de baixa tensão com uma faixa de tensão de entrada de 4,5 V a 20 V e uma corrente de saída de 12 A (modo de tensão reduzida). LTM4607 e LTM4 estendem a faixa de entrada de 10 A (modo de tensão reduzida) para 36 V, com LTM4 a faixa de tensão de saída mais ampla de 0,8 V a 34 V.
Conversor DC/DC com indutor integrado e resistor de detecção
LTM8055, LTM8056 e LTM8054 (Figura 3) integram indutores de potência e resistores de detecção de corrente em pacotes de módulos µ para simplificar o design e o layout, reduzindo o número de componentes externos na PCB.
Diagrama esquemático dos dispositivos analógicos LTM8055, LTM8054 e LTM8056
A Figura 3 mostra o módulo (esquerda) dos dispositivos LTM8055, LTM8054 e LTM8056 e destaca o layout esquemático (direita) do indutor integrado e do resistor de detecção. Fonte da imagem: dispositivos analógicos)
Das três séries diferentes discutidas neste artigo, esta série tem a corrente de saída mais baixa: 5,4 A para LTM8054, 5,5 A para LTM8056 e 8,5 A para LTM8055 (todos os valores no modo redutor). O LTM8056 tem uma faixa de entrada de 5 V a 60 V, que é a mais ampla dos dispositivos discutidos aqui, e tem uma tensão de saída máxima de 48 V. O LTM8054 é o mais compacto, com pegada de 15 mm x 11,25 mm e altura de 3,42 mm para projetos com espaço limitado. LTM8055 e LTM8056 são encapsulados em 15 mm x 15 mm x 4,92 mm.
Conversor DC/DC com indutor integrado e detecção de corrente não destrutiva
LTM4712 (Figura 4) usa diferentes métodos de detecção de corrente. Em vez de usar resistores de inspeção separados, ele usa uma solução NDI proprietária integrada no módulo. Isto elimina a perda de potência associada ao resistor de detecção dedicado.