Desenvolvimento de um carregador buck para bateria auxiliar de 12 V baseado no controlador LM5116 para aplicação em barco de competição

Abstract

Este trabalho apresenta o projeto, a implementação e a validação experimental de um carregador de baterias de 12 V baseado em um conversor CC-CC do tipo buck, voltado a aplicações embarcadas em embarcações elétricas de competição. O sistema foi dimensionado para operar a partir de um barramento CC de 30 V a 60 V e entregar até 3 A na saída, com limitação de corrente e possibilidade de habilitação manual. A topologia síncrona, empregando o controlador LM5116, foi adotada como solução principal e comparada, quando pertinente, a uma alternativa assíncrona. Foram descritas as etapas de especificação, cálculo e seleção de componentes, diretrizes de layout e montagem do protótipo, bem como a metodologia de ensaio em bancada. Os resultados experimentais contemplam regulação de tensão, comportamento dinâmico, ripple, eficiência e observações térmicas dos dispositivos de potência. Os resultados indicam desempenho consistente com o dimensionamento e evidenciam a superioridade da topologia síncrona em termos de eficiência nas condições de maior corrente, enquanto a variante assíncrona apresenta penalidade associada ao diodo de rodalivre.

This work presents the design, implementation, and experimental validation of a 12 V battery charger based on a DC–DC buck converter, intended for embedded applications in electric competition boats. The system was designed to operate from a 30 V to 60 V DC bus and deliver up to 3 A at the output, featuring current limiting and manual enable capability. A synchronous topology employing the LM5116 controller was adopted as the main solution and compared to an asynchronous alternative. The stages of specification, component sizing and selection, PCB layout guidelines, prototype assembly, and laboratory testing methodology are described. Experimental results include voltage regulation, dynamic response, output ripple, efficiency, and thermal observations of the power devices. The results indicate performance consistent with the proposed design and demonstrate the superiority of the synchronous topology in terms of efficiency under higher current conditions, while the asynchronous variant exhibits a penalty associated with freewheeling diode losses.