Calculadora de conversor elevador – projeto DC-DC step-up
Calcule ciclo de trabalho, corrente do indutor, corrente de entrada e eficiência para circuitos conversores elevadores.
Insira a tensão de entrada, a tensão de saída, a frequência de chaveamento, o valor do indutor e a corrente de carga para projetar seu conversor DC-DC elevador.
Calculadora de conversor elevador – projeto DC-DC step-up
Calcule ciclo de trabalho, corrente do indutor, corrente de entrada e eficiência para circuitos conversores elevadores.
Sobre a calculadora de conversor elevador
Um conversor elevador, também chamado de conversor step-up, é uma topologia de fonte chaveada DC-DC que produz uma tensão de saída maior que a tensão de entrada. É uma das três topologias fundamentais de conversores não isolados em eletrônica de potência, junto com os conversores buck (abaixador) e buck-boost. Conversores elevadores são onipresentes em dispositivos alimentados por bateria, drivers de LED, eletrônica automotiva, sistemas de energia solar e qualquer aplicação em que a tensão disponível seja menor que a tensão exigida pela carga.
O conversor elevador básico consiste em um indutor, uma chave (normalmente um MOSFET), um diodo, um capacitor de saída e um circuito de controle. Durante o tempo ligado da chave (duração D×T_s, onde D é o ciclo de trabalho e T_s = 1/f é o período de chaveamento), a corrente se acumula no indutor, armazenando energia em seu campo magnético. Durante o tempo desligado ((1−D)×T_s), a chave abre e o indutor libera sua energia armazenada através do diodo para o capacitor de saída e a carga, elevando a tensão acima do nível de entrada.
No modo de condução contínua (CCM), em que a corrente do indutor nunca cai a zero, a relação ideal de conversão é Vout/Vin = 1/(1−D). Resolvendo para o ciclo de trabalho, obtém-se D = 1 − Vin/Vout. Por exemplo, para elevar 3.7 V para 5 V, o ciclo de trabalho é 1 − 3.7/5 = 0.26 ou 26%. Como o ciclo de trabalho se aproxima de 1 conforme a relação de conversão aumenta, relações muito altas se tornam impraticáveis devido a limitações de temporização da chave e ao aumento das perdas por condução.
O ripple da corrente do indutor ΔIL = Vin × D / (L × f) determina o quanto a corrente do indutor oscila ao redor do seu valor médio. Indutância L maior ou frequência de chaveamento f mais alta reduzem o ripple, melhorando a eficiência e reduzindo o ripple de tensão de saída. A corrente de pico do indutor IL_peak = Iin + ΔIL/2 não deve exceder a corrente de saturação nominal do indutor. Em um conversor ideal sem perdas, a potência de entrada Pin = Vin × Iin é igual à potência de saída Pout = Vout × Iout, então a corrente média de entrada é Iin = Pout/Vin.
Conversores reais têm perdas por resistência de condução do MOSFET, queda de tensão direta do diodo, resistência série do indutor e perdas de chaveamento, portanto a eficiência real η é menor que 100%. Esta calculadora assume componentes ideais; multiplique a corrente ideal de entrada por 1/η para uma estimativa realista.
Esta ferramenta é essencial para engenheiros de eletrônica de potência, entusiastas e estudantes que projetam circuitos conversores elevadores para gerenciamento de baterias, dispositivos IoT, iluminação LED ou aplicações de energia renovável.
Exemplos de projeto de conversor elevador
Cenários práticos que ilustram cálculos de parâmetros de conversores elevadores.
| tool.boost-converter-calculator.examples.colInput | Resultados principais | Aplicação |
|---|---|---|
| Vin = 3.7 V, Vout = 5 V, f = 500 kHz, L = 47 µH, Iout = 0.5 A | D = 26%, ΔIL ≈ 0.041 A, Iin ≈ 0.676 A | Bateria de íon-lítio para USB 5 V. Ciclo de trabalho baixo e alta frequência mantêm o ripple pequeno. |
| Vin = 12 V, Vout = 24 V, f = 100 kHz, L = 100 µH, Iout = 2 A | D = 50%, ΔIL ≈ 0.6 A, Iin ≈ 4 A | Conversão automotiva de 12 V para 24 V. 50% de ciclo de trabalho é o limite prático para muitos controladores. |
| Vin = 8 V, Vout = 18 V, f = 200 kHz, L = 68 µH, Iout = 1.5 A | D ≈ 55.6%, ΔIL ≈ 0.327 A, Iin ≈ 3.375 A | Aplicação solar MPPT. A saída acompanha a tensão do barramento enquanto a entrada segue a tensão de MPP do painel. |
| Vin = 5 V, Vout = 36 V, f = 300 kHz, L = 33 µH, Iout = 0.3 A | D ≈ 86.1%, ΔIL ≈ 0.435 A, Iin ≈ 2.16 A | Driver de LED de alto brilho. Ciclo de trabalho muito alto; derating e layout de PCB são críticos nessa relação. |
Como usar a calculadora de conversor elevador
- Insira a Tensão de entrada (Vin) — a tensão DC da sua bateria ou fonte.
- Insira a Tensão de saída (Vout) — a saída desejada; deve ser maior que Vin para uma topologia elevadora.
- Insira a Frequência de chaveamento (f) em Hz — frequências mais altas permitem indutores menores, mas aumentam as perdas de chaveamento.
- Insira o Valor do indutor (L) em henries e a Corrente de carga (Iout) em amperes para o projeto do circuito.
- Clique em Calcular para ver o ciclo de trabalho, o ripple da corrente do indutor, a corrente de pico do indutor e a potência de entrada/saída.
FAQ do conversor elevador
O que é o ciclo de trabalho em um conversor elevador?
O ciclo de trabalho D é a fração do período de chaveamento durante a qual o MOSFET fica ligado. Para um conversor elevador ideal, D = 1 − Vin/Vout. Por exemplo, elevar de 5 V para 12 V dá D = 1 − 5/12 ≈ 58.3%. Ciclos de trabalho maiores correspondem a relações de elevação maiores.
O que é o ripple da corrente do indutor e por que importa?
O ripple da corrente do indutor ΔIL é a variação pico a pico da corrente no indutor em cada ciclo de chaveamento. Ripple excessivo pode saturar o indutor, aumentar as perdas no núcleo e amplificar o ripple da tensão de saída. Os projetistas normalmente buscam ripple abaixo de 20–30% da corrente média do indutor escolhendo L e f adequados.
O que é o modo de condução contínua (CCM)?
No CCM, a corrente do indutor nunca cai a zero durante o ciclo de chaveamento. A fórmula de conversão Vout = Vin/(1−D) se aplica no CCM. Abaixo de uma corrente de carga crítica, o conversor entra em modo de condução descontínua (DCM), em que a corrente zera por parte do ciclo e a relação de conversão muda. Esta calculadora assume CCM.
Como escolher o valor do indutor para um conversor elevador?
Escolha o indutor para manter o ripple ΔIL entre 20–30% da corrente média de entrada: L = Vin × D / (ΔIL × f). Um L maior reduz o ripple, mas aumenta o tamanho e o custo. Verifique sempre se a corrente de pico do indutor (Iin + ΔIL/2) fica abaixo da corrente de saturação do indutor com margem.
Por que a eficiência de um conversor elevador é menor que 100%?
Conversores elevadores reais perdem energia na resistência de condução do MOSFET (perdas I²R), nas transições de chaveamento do MOSFET, na queda direta do diodo, nas perdas de cobre e núcleo do indutor e na potência de acionamento de gate. Eficiências típicas variam de 85% a 97%, dependendo do ponto de operação. A retificação síncrona (substituir o diodo por um segundo MOSFET) recupera a maior parte da perda do diodo.
Qual é o ciclo de trabalho prático máximo?
A maioria dos CIs controladores de conversor elevador limita o ciclo de trabalho máximo a cerca de 80–95% para garantir tempo suficiente para a chave desligar e o indutor transferir energia. Ciclos de trabalho muito altos (próximos de 1) também ampliam tolerâncias de componentes e tornam o conversor mais sensível a perturbações. Na prática, conversores elevadores raramente são usados acima de uma relação de tensão de 10:1.