UC3843 - 3.7V para 12V

(Esquema desatualizado, ver alterações no fim da página) 

  Não se acha um bom, eficiente e confiável circuito caseiro para converter 3.7 Volts  para 12V (ou qualquer outra tensão).

  Estão projetei esse circuito. Eu poderia fazer com o timer 555? Poderia, mas não atingiria uma boa estabilidade e eficiência, necessários para onde vou utilizar esse circuito. 

  

  Basicamente é um circuito padrão com o UC3843, porém,  como esse chip precisa de ao menos 9V para funcionar, utilizei um simples circuito de ladrão de joule para iniciar o funcionamento do chip (acionado por um botão), que vai se manter funcionando pela tensão de saída do próprio conversor.

  Há também um botão para desligar, que foi feito de forma bem simples: ligando a tensão de saída (via um resistor) para o terminal de feedback do chip. Ao receber uma tensão maior que 2,5 Volts, o chip diminui o duty cycle, assim reduzindo a tensão de saída. Quando a tensão na saida for menor que ~9 Volts, o chip entra em corte de tensão e para de oscilar, assim desligando o circuito.

  Nota: O UC3843 tem um consumo extremamente baixo quando está abaixo de sua tensão de funcionamento. Mas a saída ainda terá a tensão da bateria, e a depnder do que está conectado nela, pode descarregar sua bateria. 

  Mas então porque não usar um interruptor? Você pode. Só tenha em mente de usar um bom interruptor capaz de passar 5 à 10 Amperes sem muitas perdas... 

  A escolha de componentes é algo que se pode ir testando, o mais crucial é o indutor. Eu recomendo ir com um valor maior (ou se for feito à mão, fazer com mais voltas), ir testando e ir reduzindo a indutância, testando o máximo de corrente na saída até que a tensão deixe de ser estável.

  Meu caso: Indutor de 25uH funcionou bem, usei um núcleo de transformador de carregador de celular  e fui enrolando o cobre até ele funcionar bem, depois medi a indutância (com o medidor de indutância que está disponível aqui no blog). 

  Provavelmente uma indutância menor poderia prover mais corrente e potência nas tensões mais baixas, mas preferi jogar mais seguro (risco de saturar o indutor, resultando em correntes muito altas na bateria e no mosfet).

  Importante: Frequência de oscilação que utilizei foi de 38kHz. Poderia usar uma frequência maior e reduzir o tamanho do indutor, mas as perdas de chaveamento iriam aumentar. Nesta frequência as perdas são menores, o mosfet pode lidar com mais corrente e se o indutor for bem dimensionando, terá uma alta eficiência. 

Cálculo de frequência: (para resistor >5kOhms)  f=1.8/RtCt

Meu caso: Rt=10k; Ct= 4,7nF f=1.8/10000x0,0000000047 //f=38.298kHz

Como saber se o meu indutor é apropriado? 

  Ferrite (evitar toroides amarelo, que são de ferro);

  Indutância alta: aumentando carga na saída,  a tensão cai,  mas a corrente de entrada não aumenta tanto;

  Indutância baixa: alta corrente na entrada, mesmo com carga pequena na saída, indutor aquece;

   Ferrite muito pequeno: mesmo aumentando ou diminuindo o número de voltas, ele aquece a partir de certa carga na saída;

  Ferrite grande: não tem problema,  não irá saturar o núcleo,  porém ocupará mais espaço. 

  Potência: O quanto for necessário.  O meu circuito consegue 10W, com 12V na saída e 3V na entrada, puxando cerca de 4A da bateria. Com tensões mais altas a potência e eficiência são melhores, podendo suprir picos de 20W facilmente, e teoricos 40W (supondo o limite de corrente em ~10A e com a bateria cheia 4.0V - 4.2V).

Parte de potência: 

  Eu sempre monto separadamente, assim as chances de errar e solucionar possiveis proboemas são mais fáceis. Aqui temos toda parte de potência,  iniciei com um indutor de 150uH (e este não consegiu suprir nem 5W, saiu fumaça de tão quente que ficou), vejam que uso um fio para trocar os indutores que vou testando.

Parte controladora:

  Aqui temos o chip com todos os componentes importantes conectados. Daqui, pasta eu ligar cada parte dele na parte de potência e ir testando, se alguma peça precisar ser trocada eu posso isolar cada secção separadamente.

  

Circuito final:

  Aqui o circuito final, já com botões e a placa Bluetooth que eu utilizei nos testes (postado no meu canal do YouTube).

Shorts do teste com um amplificador de som: aqui.

Atualização:

O circuito anterior tinha uma falha: quando a bateria está com um tensão baixa, o conversor não desliga!

Tensão do pino feedback: 2,5V.  Então se a bateria por uma acaso chegar nessa tensão, ele não irá mais desligar!  E pior, com uma tensão baixa, ao apertar o botãode desligar, invés de a tensão da saida cair, irá aumentar!

Por isso a modificação simplesmente consiste em desligar usando os 5V da referência do próprio chip.