Cómo hacer un circuito convertidor elevador

He visto múltiples explicaciones diferentes sobre los circuitos del convertidor elevador, estos dos explican específicamente en detalle muy íntimo cómo funcionan y cómo calcular ciertos valores:

¿Cómo diseñar un convertidor boost? ¿Y cómo especificar los valores del inductor y del condensador?

Entendiendo el Convertidor Boost

el diseño básico de un convertidor boost se ve así:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

En este ejemplo, la entrada de 1 voltio aumentaría a un voltaje más alto en la resistencia, que sería la carga en este caso.

Problema:

Necesito cambiar una corriente de 5 voltios en el lado alto con un interruptor NPN (por muchas razones, este es el único diseño de interruptor disponible, ningún otro diseño funcionará como se desea), por lo que necesito 7 voltios en la puerta para cambiarlo, sin embargo sólo 5 voltios están disponibles. Para esto necesito un convertidor elevador que convierta 5 voltios a 7 voltios para poder cambiar el interruptor

Pero, no estoy seguro de cómo calcular cualquiera de los valores. Por ejemplo, las soluciones en los enlaces que proporcioné usan el tiempo de conmutación del interruptor, ¿cómo puedo encontrar eso? ¿Qué tamaño de inductor y condensador necesitaría?

También como un aparte, la cosa etiquetada como "L" en el diagrama, el inductor, ¿cuál es su propósito?

Antes de intentar diseñar una fuente de alimentación conmutada, debe comprender qué hace fundamentalmente un inductor.
Me gustaría que aclarara dos cosas: 1) ¿Es correcto que tiene otro circuito que usa un transistor para la conmutación y que necesita este circuito para proporcionar la unidad base para el otro? 2) ¿Está seguro de que no es posible usar un MOSFET de canal N en lugar de un transistor NPN? El MOSFET facilitaría el manejo en este caso porque no necesita tanta corriente, solo voltaje, que puede crear con un aumento más simple basado en un capacitor.
@pipe Lo siento, pensé que los mofsets de n canales eran interruptores npn. De hecho, es un mofset de n canales al que me refiero aquí. NTE490 específicamente.
En ese caso no necesitas nada sofisticado. Si ya tiene un microcontrolador, puede consultar esta respuesta: electronics.stackexchange.com/a/147975/91862 . De lo contrario, está el ICL7660 y los clones muy baratos disponibles.
@pipe el circuito de esa respuesta no funcionará.
Tienes toda la razón, @Andyaka. Eso me enseñó a verificar las respuestas de este sitio antes de reenviarlas. :) Sin embargo, con la modificación que mencionaste en la respuesta funcionará, suponiendo que tenga un microcontrolador con un pin de sobra.
Skler: hay muchas probabilidades de que su comentario "... este es el único diseño de interruptor disponible, ningún otro diseño funcionará como se desea..." están tratando de hacer en realidad, y tal vez por qué cree que conoce la única solución válida. MUCHAS personas hacen preguntas que asumen una gran variedad de cosas erróneas y, a menudo, pierden mucho de su tiempo y el de otras personas para llegar a la mejor respuesta, o nunca lo logran. ¿Por qué no decirle a la gente lo que desea lograr en lugar de cuál es la mejor manera de lograr un objetivo desconocido?
@RussellMcMahon Lo que necesito usar para el circuito que estoy haciendo se determinó en otra pregunta, esto es simplemente el seguimiento.
@Skyler La información en tu cabeza puede haberte sido canalizada en una sesión, enviada en un sueño o escrita en nubes en el cielo, PERO a menos que todos los lectores que buscan ayudarte aquí hayan estado en la misma sesión o sueño (ahora, hay un truco) o vio las mismas nubes que permanecen inconscientes de lo que está en su mente. Esperar o suponer que otros buscarán en su registro público disponible para tratar de averiguar los antecedentes de una nueva pregunta puede resultar presuntuoso. | Peor aún, al revisar sus preguntas previas de SE, no es obvio que alguna sea la que mencionó anteriormente. SI la respuesta anterior no es...
@Skyler ... en SE, entonces de hecho estás siendo presuntuoso. ¿Por qué no simplemente citar la pregunta anterior si está en línea y/o explicar lo que está haciendo? | No hay certeza de que lo que dice sea correcto y una probabilidad razonable de que sea incorrecto. Si desea resolver un problema e intenta hacerlo compartimentando cada etapa para que nadie más tenga una visión completa de lo que quiere, lo más probable es que si necesita hacer la pregunta, probablemente obtendrá una respuesta no óptima de esta manera. . || Sus opciones ahora son indignarse por recibir consejos y reaccionar en 1 o más std ...
.... formas O echar otro vistazo a su enfoque general y ver si puede mejorarlo para su beneficio y el de los demás. Hay muchos "recursos" extremadamente buenos en este sitio. Usarlo lo mejor posible es una muy buena idea.

Respuestas (3)

La solución más simple sería usar un pequeño circuito integrado de impulso. Por ejemplo, aquí hay uno de TI, pero también hay muchas otras opciones de otros proveedores (las opciones de valor de los componentes se explican claramente en la hoja de datos):

TPS61046

Sin embargo, menciona que necesita 2V por encima de su riel de 5V para cambiar su FET. ¿Está seguro de que podrá encender completamente el FET con 2V VGS? La mayoría de los FET tienen un voltaje de umbral en la región de 2 V, lo que significa que recién comienzan a conducir allí. Es posible que desee cambiar la puerta con 5V Vgs o un suministro reforzado de 10V.

Si no necesita que el FET esté encendido de forma continua y tiene un tiempo de inactividad mínimo definido, puede usar un circuito de arranque para generar el voltaje de activación de la compuerta. Sin saber más sobre lo que está haciendo, es imposible decir si eso funcionaría o no. Puede comenzar otro hilo con más detalles si no sabe cómo hacer que funcione un arranque.

Finalmente, el propósito del inductor es el almacenamiento de energía. Cuando el interruptor está encendido, la corriente en el inductor aumenta según V=L*di/dt. El voltaje de salida es retenido por la tapa de salida y el diodo aísla la salida del interruptor. La energía almacenada es 1/2*L*I^2. Luego, cuando el interruptor se apaga, el inductor desciende, aunque en este punto el voltaje a través del inductor está en la dirección opuesta e igual a Vout-Vin. Entonces, el inductor proporciona energía a la salida durante el tiempo de inactividad, lo que permite que el voltaje de salida aumente por encima del voltaje de entrada.

¡Muchas gracias! Creo que esto me llevará en la dirección correcta. :)
John, esta UCI en realidad mide solo 0,8 x 1,2 mm, lo que, irónicamente, es demasiado compacto. ¡Demasiado pequeño para trabajar! Si conoce algún otro fuera de su cabeza que sea lo suficientemente grande como para al menos soldarse sin maquinaria avanzada. Si es así, gracias, y si no, muchas gracias de nuevo por su ayuda.
Aquí hay una parte en un paquete SOT-23-5, con el que encuentro bastante fácil trabajar manualmente. ti.com/lit/ds/symlink/lmr64010.pdf

También como un aparte, la cosa etiquetada como "L" en el diagrama, el inductor, ¿cuál es su propósito?

Si tiene una banda elástica estirada a través de una abertura y la tira hacia abajo en el medio (hacia el suelo), luego suéltela, dicha banda elástica responde subiendo rápidamente y si tiene la mano en el camino, entonces puede sentir un poco de dolor. bofetada de retroceso. Aquí hay una buena imagen para considerar: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede disparar el pequeño objeto unido a la banda elástica a bastante distancia.

Ahora bien, esa analogía no es exactamente lo que sucede con el inductor, pero está lo suficientemente cerca como para usarla.

Entonces, en lugar de permitir que la banda elástica retroceda libremente (y desperdicie toda la energía que le ha puesto), imagine que cosecha mecánicamente ese retroceso para empujar una pequeña masa/objeto un poco más alto cada vez que suelta la banda elástica.

Necesitaría el equivalente mecánico de un diodo para que cuando la banda elástica se bajara no devolviera el objeto/masa a tierra. Eso no sería demasiado difícil de construir, pero no es necesario que lo haga, solo necesita comprender la analogía.

Entonces, para obtener 7 V de 5 V, debe encender el transistor durante el tiempo suficiente para generar una cierta corriente: esa corriente define la energía almacenada en la bobina y cuando esa energía se libera a través del diodo y en el capacitor y la carga, es suficiente energía para mantenerlo en 7V y la tapa es lo suficientemente grande para que los 7V no caigan demasiado cuando el inductor se conecta a tierra.

Sin embargo, la dificultad surge cuando intenta controlar el voltaje de salida a un valor preciso: depende en gran medida de la carga y del voltaje de entrada, por lo que normalmente lo que sucede es que un bucle de control del amplificador operacional define el ciclo de trabajo del inductor para evitar se genera un voltaje de salida demasiado grande.

Gracias por esta información, soy nuevo en ingeniería eléctrica y esto puede ayudarme mucho en un futuro cercano.
Creo que ese ejemplo es más análogo a un condensador que a un inductor. Un equivalente mecánico más apropiado de la inductancia es la inercia, ya que, por ejemplo, la bomba de ariete hidráulico es la versión de agua de un convertidor elevador, y la inercia del agua realiza la misma función que el inductor en el circuito eléctrico.
@whatsisname: es una analogía y un capacitor ciertamente se puede modelar como un flyweel que posee inercia. Son analogías intercambiables.
La electricidad no se comporta como cualquier otra cosa, por lo que las analogías siempre se rompen en algún momento. La clave es comprender que la energía se almacena en el campo magnético y luego esa misma energía se libera en una forma ligeramente diferente.
He utilizado un agua a presión que fluye a través de un tubo de goma analógico. El tubo se hincha bajo presión, resiste el flujo, almacena y libera energía, ... . El modelo no es perfecto (por supuesto).

Puede ser que esta no sea una respuesta directa, pero brinda una explicación simple, utilizando la experiencia de antaño en convertidores elevadores y reductores que usan transformadores.

AUMENTAR

ingrese la descripción de la imagen aquí

DÓLAR

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este es solo el uso habitual de transformadores antiguos, los convertidores elevadores y reductores explotan el comportamiento transitorio de los inductores en lugar de sus estados estables.
O un variable autotransformerefectivamente puede hacer ambas cosas. Pero solo para entrada de CA y salida de CA; OP está preguntando sobre el convertidor de CC a CC.
Cómo hacer un circuito convertidor elevador
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v