A mágica da conversão de tensão DC-DC (2023)
(lcamtuf.substack.com)- A tensão de baterias e adaptadores baratos não corresponde às tensões exigidas por motores, retroiluminação LCD e chips digitais, por isso a maioria dos eletrônicos de consumo depende de conversão de tensão DC
- Divisores resistivos e reguladores lineares são simples, mas, à medida que a corrente de carga ou a queda de tensão aumentam, as questões de perda térmica e autonomia da bateria crescem rapidamente
- Bombas de carga podem multiplicar ou dividir tensão apenas com comutação de capacitores, e às vezes passam de 90% de eficiência, mas em estruturas simples têm limitações de regulação de tensão e em cargas de alta corrente
- Conversores Buck usam indutores e chaves para criar tensões menores com precisão, e até dispositivos pequenos conseguem lidar com correntes de vários amperes, mas é preciso considerar perdas no indutor e interferência de radiofrequência
- Conversores Boost usam o colapso do campo magnético do indutor para gerar tensões acima da tensão de alimentação, e a saída pode subir para centenas ou milhares de volts, então a regulação da saída é essencial
Por que a conversão de tensão é necessária
- Quase todo eletrônico de consumo do mercado realiza conversão de tensão DC de alguma forma
- A tensão de saída de baterias comuns ou adaptadores de tomada baratos não atende às exigências de todos os componentes de um circuito
- motores
- retroiluminação LCD
- chips digitais de geração mais recente
- A conversão de tensão também pode acontecer dentro de um microcontrolador
- pode haver uma pequena bomba de carga interna para gerar tensões mais altas para EEPROM e memória flash
- pode haver um regulador separado para gerar tensões mais baixas para o núcleo da CPU
- Em circuitos eletrônicos de hobby, CIs lineares antigos como LM7805 e LM317 às vezes são usados junto com MCUs modernas de 32 bits
- Mesmo com o surgimento de reguladores chaveados, há muitos casos em que projetos alheios são copiados sem avaliar se realmente são adequados para a tarefa
Divisor de tensão baseado em resistores
- O jeito mais simples de criar uma tensão intermediária a partir de uma fonte estável conhecida é um divisor de tensão resistivo
- Se nenhuma carga significativa estiver conectada ao ponto médio entre R1 e R2, a corrente que passa pelos dois resistores será a mesma
- A tensão intermediária é calculada pela queda de tensão em R2, e, se R1 = R2, o ponto médio fica na metade da tensão de alimentação
- A maior limitação é que a corrente drenada pela carga precisa ser desprezível em comparação com a corrente que passa por R1·R2
- se essa condição não for atendida, a tensão intermediária varia de acordo com o comportamento da carga
- para fornecer uma tensão estável a uma carga de alto consumo, seriam necessários valores de resistência irrealisticamente baixos
- como resultado, uma grande corrente desperdiçada circula pelo caminho R1-R2
- Na prática, isso é comum em redes de polarização para entrada de op-amp ou bias de gate de FET
- nesses usos, a carga é praticamente inexistente e os valores de resistência podem ficar na faixa de 10kΩ~100kΩ
- a corrente desperdiçada permanece na faixa de microampères
Usar a carga como parte do divisor
- Se a carga se comportar quase como uma resistência constante nas condições do circuito, a própria carga pode ser usada como parte do divisor no lugar de R2
- Esse método ainda desperdiça energia
- o processo de reduzir a tensão da carga faz com que R1 atrapalhe o fluxo de elétrons e converta parte da energia de alimentação em calor
- o calor desperdiçado pode ser calculado pela lei de Joule,
P = IV
- Se a corrente for alta e a redução de tensão necessária for maior que uma fração de volt, a perda se torna severa
- Não há muitas cargas que realizem trabalho útil e, ainda assim, se comportem como uma resistência constante
- circuitos integrados executando programas não se encaixam nisso
- motores sob carga também não
- Essas cargas mudam a corrente necessária e a condutância ou resistência aparente ao longo do tempo, então a tensão de saída do divisor, que depende da razão entre resistências, oscila
Regulador linear básico
- Se um elemento que se comporta como um resistor variável for controlado por realimentação, é possível manter uma tensão de saída constante mesmo quando a resistência da carga muda
- Um seguidor de tensão baseado em transistor funciona de forma parecida
- um MOSFET de canal n começa a conduzir quando a tensão entre source e gate é suficientemente positiva
- é possível montar uma configuração em que a tensão desejada é aplicada ao gate com um divisor resistivo, e a carga fica do lado do source
- Dá para implementar isso com um MOSFET genérico como o 2N7000, mas ele não funciona tão bem quanto se imagina
- Vth não é um limiar binário
- o Vth do BS170 é especificado como 2.1V a 1mA, mas para conduzir 100mA o Vgs precisa chegar a cerca de 3.2V
- com Vref fixo, se for necessária mais corrente de carga, a diferença entre source e tensão de referência aumenta e a tensão de saída cai
- Se uma referência absoluta de tensão for fornecida por um diodo Zener interno, Vref pode ficar mais estável mesmo com variações na tensão de alimentação
- o diodo gera uma queda de tensão relativamente constante por causa da energia necessária para atravessar a região de depleção da junção p-n quando uma corrente controlada circula
- Usar um op-amp como seguidor de tensão para monitorar diretamente a tensão de saída fornecida à carga pode reduzir as limitações de um projeto com um único transistor
- o dispositivo detecta a diferença entre Vref e Vout
- ajusta a tensão do gate do transistor na direção oposta para eliminar o erro
- essa realimentação elimina a relação não ideal entre tensão gate-source e corrente de dreno, e também remove o deslocamento de Vth
- Os dois resistores de realimentação são opcionais e permitem ajustar a tensão de saída em proporção à tensão de referência do diodo
- se R1 = R2, Vout passa a ser 2 × Vref
- No fim, um regulador linear é um resistor variável sofisticado, então é difícil justificá-lo sem um motivo especial
- a energia é desperdiçada em proporção a I e V
- vêm junto problemas de dissipação térmica e redução da autonomia da bateria
- A exceção são casos com correntes muito pequenas ou quedas de tensão muito pequenas
- polarização de entrada de op-amp
- geração de tensão de referência para ADC
- reguladores lineares de precisão são adequados para esses usos
Conversores de capacitor chaveado e bombas de carga
- Reguladores em modo chaveado podem parecer complexos, mas o princípio básico de uma bomba de carga é a transferência de carga entre um capacitor voador e um capacitor de saída
- Se o capacitor voador Cf for ligado aos trilhos de alimentação, surge entre seus terminais a mesma tensão de Vsupply
- essa tensão é resultado da carga armazenada no campo elétrico dentro do capacitor
- ela permanece por um tempo mesmo depois de desconectá-lo da fonte
- Quando o Cf carregado é ligado ao capacitor de saída Co, parte da carga vai para Co, criando uma tensão positiva nos terminais do capacitor de saída
- repetindo esse processo, Co fica quase totalmente carregado
- a tensão entre A e B se aproxima de Vsupply
- Se o terminal mais negativo B do capacitor de saída for preso ao trilho positivo de alimentação, é possível medir 2 × Vsupply entre A e C, transformando o circuito em um multiplicador de tensão
- Em bombas de carga reais, em vez de mover fisicamente os capacitores, quatro FETs são alternados eletricamente em uma sequência definida
- a frequência de chaveamento costuma ficar entre 100kHz~2MHz
- um circuito de controle intermedeia o chaveamento para fornecer energia quase sem interrupções à carga conectada
- essa função de controle pode ser implementada de várias formas, e estruturas simples de microcontroladores executando pequenos trechos de código estão se tornando cada vez mais comuns
- Ao mudar a configuração dos capacitores de saída, é possível obter outros multiplicadores ou tensões negativas
- se Co for preso ao trilho de terra e Cf for invertido para frente e para trás, é possível gerar tensão negativa
- como a transferência de carga é simétrica, a mesma abordagem também permite divisão de tensão
- Capacitores confinam bem o campo elétrico interno, e MLCCs modernos apresentam baixa impedância nas frequências de operação típicas de bombas de carga
- CIs conversores como o LM2776 frequentemente mostram eficiência acima de 90% em uma ampla faixa de cargas
- a interferência de radiofrequência também não é grande
- a estrutura é simples e não exige lógica de controle avançada, o que facilita montar algo na hora mesmo sem um chip controlador dedicado
- A grande limitação de bombas de carga simples é a falta de regulação de tensão
- elas podem criar múltiplos arbitrários de Vsupply, mas, se a tensão de alimentação oscilar, a saída também oscila
- é possível fazer uma regulação grosseira monitorando a tensão de saída e interrompendo a transferência de carga quando o ponto de ajuste é alcançado
- também se pode adicionar um regulador linear na saída, mas é preciso aceitar a perda de eficiência
- o LTC3240 é um exemplo de bomba de carga elevadora regulada com cerca de ±5%
- A transferência de carga em uma bomba de carga é intrinsecamente descontínua e depende da diferença de tensão entre os capacitores
- quanto mais a tensão de saída se aproxima do alvo, menor é a carga que pode ser transferida em um ciclo
- ela é menos adequada para aplicações de alta corrente
- é raro usar bombas de carga com cargas acima de cerca de 200mA
- acima disso, soluções baseadas em indutores costumam levar vantagem
Conversor Buck
- O regulador de tensão baseado em indutor mais simples é o conversor Buck, que gera uma tensão de saída controlada menor que a tensão de alimentação
- O controlador monitora a tensão de saída e, quando ela cai abaixo do nível predefinido, liga a chave para recarregar o capacitor de saída a partir do trilho de alimentação
- Se não houver um jeito de limitar a corrente de partida, o capacitor pode carregar rápido demais e fazer Vout ultrapassar imediatamente Vsupply
- é possível colocar um pequeno resistor no caminho de carga, mas parte da energia será dissipada em calor e desperdiçada
- o indutor é uma escolha melhor porque se opõe a mudanças de corrente enquanto armazena parte da energia de forma reversível em seu campo magnético interno
- Quando a chave fecha, a corrente no indutor aumenta gradualmente, o que facilita controlar o nível de carga do capacitor
- Quando a chave abre, o colapso do campo magnético do indutor tenta manter o fluxo de corrente anterior
- se não houver um novo caminho, surge um pico de tensão perigoso nos terminais do indutor
- o lado da chave fica em potencial negativo, e o lado do capacitor em potencial positivo
- a energia armazenada é dissipada de forma improdutiva, fazendo o indutor se comportar quase como um resistor
- Para evitar isso, um conversor Buck simples precisa de um diodo polarizado reversamente ou de uma chave auxiliar
- quando o lado esquerdo do indutor fica mais negativo que o trilho de 0V, o diodo conduz
- o campo magnético em colapso puxa elétrons do trilho de 0V e os empurra para o capacitor e a carga
- O projetista também precisa considerar a corrente que continua fluindo enquanto a chave está desligada, para evitar sobrecarga no capacitor
- a energia armazenada no campo magnético é quase proporcional ao tempo em que o indutor fica ligado
- por isso, a magnitude do fenômeno é relativamente fácil de prever e controlar
- Conversores Buck destacam sua alta eficiência de chaveamento, mas o desempenho ideal normalmente aparece apenas em certas faixas de carga
- uma das principais fontes de perda é a resistência da bobina do indutor
- componentes baratos e de encapsulamento pequeno podem ter essa resistência elevada
- o campo eletromagnético que escapa do indutor causa perdas e interferência de rádio nas faixas MF e HF
- em alguns usos, como receptores de rádio ou amplificadores de precisão, fontes chaveadas podem ser problemáticas
- Por outro lado, conversores Buck operam de forma semiconstínua e são fortes em entrega de alta corrente e regulação de tensão
- há um caminho direto de corrente da fonte até a carga
- há uma diferença de tensão consistente entre os terminais do indutor
- até dispositivos pequenos como o AP63203 conseguem lidar com vários amperes
- como a corrente no indutor aumenta gradualmente, é possível obter excelente regulação de tensão
- Além dos CIs que exigem indutor externo, também existem módulos integrados baratos que simplificam o projeto do circuito
- CUI VXO7803-500
- MPS mEZD71202A-F
- o preço no varejo pode ficar na faixa de $1~$2, tornando-os uma opção para economizar tempo em circuitos de hobby
Conversor Boost
- Reguladores Buck só conseguem gerar tensões abaixo do trilho de alimentação, porque, se a tensão do capacitor de saída ficar acima da tensão de alimentação, a corrente no indutor passa a fluir no sentido inverso quando a chave fecha
- A forma mais comum de gerar uma tensão mais alta é a topologia Boost
- Quando a chave fecha, em princípio ocorre um curto entre os trilhos de alimentação, mas por um curto período o indutor se opõe ao fluxo de corrente e desvia a energia da fonte para seu campo magnético interno
- esse efeito diminui rapidamente quando o núcleo satura
- para evitar a destruição do indutor ou desperdício de energia, a chave não pode permanecer fechada por muito tempo
- Quando a chave abre, o colapso do campo magnético do indutor tenta manter o fluxo de carga na direção original
- o terminal esquerdo da bobina fica em potencial mais negativo
- o terminal direito fica em potencial mais positivo
- O lado mais negativo continua ligado ao trilho positivo de alimentação, então o potencial de referência da fonte permanece fixo
- no outro terminal surge uma tensão maior que Vsupply
- esse pico de tensão faz o diodo conduzir e transferir energia para o capacitor
- Como a força eletromotriz máxima produzida pela bobina pode ultrapassar bastante Vsupply, o capacitor também pode carregar a tensões mais altas
- se o chaveamento for rápido o bastante e o processo continuar indefinidamente, é possível chegar a centenas ou milhares de volts
- por isso, a regulação da saída é essencial
- é possível ajustar a quantidade de energia transferida em cada etapa mudando o tempo em que o indutor permanece ligado
- Conversores Boost como o MCP1642B/D são comumente usados para alimentar dispositivos de tensão mais alta a partir de uma única pilha alcalina, ou para gerar mais de 10V para dispositivos como retroiluminação LCD
- Conversores Boost compartilham a maior parte das vantagens e desvantagens da topologia Buck
- exigem indutor
- deixam uma marca significativa de interferência de radiofrequência
- conseguem fornecer correntes consideráveis com relativa facilidade
Substituição de diodos em implementações reais
- Em conversores Buck e Boost reais, os diodos frequentemente são substituídos por chaves MOSFET que operam de forma síncrona
- Essa mudança não altera a função do circuito, mas permite evitar a queda de tensão inerente a uma junção p-n
1 comentários
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Conversores DC-DC são difíceis, mas interessantes. O conceito básico é que, se você faz uma corrente passar por um indutor por um instante e depois a interrompe, surge um grande pico de tensão; é assim que funciona o sistema clássico de ignição de automóveis.
Se você enviar esse pico por um diodo para carregar um capacitor, consegue uma saída em corrente contínua. A vantagem de uma fonte chaveada é que há pouquíssima resistência no caminho da potência, então a eficiência é boa; a desvantagem é que, durante parte do ciclo, ela praticamente coloca a entrada em curto, então, em caso de falha, pode causar incêndio e pode exigir um limitador de corrente de partida ou um fusível.
Existem topologias elevadoras, abaixadoras e baseadas em transformador; usando transformador, é possível isolar entrada e saída, o que é essencial para segurança quando se opera a partir da rede AC. Algo que fiz no passado foi um circuito que recebia 5 V DC via USB e gerava 120 V DC para acionar um teletipo antigo que precisava de 60 mA a 120 V DC: https://github.com/John-Nagle/ttyloopdriver/blob/master/boar...
O circuito básico era simples, mas incluía vários beads de ferrite SMD e capacitores pequenos para impedir que picos vazassem para a entrada USB, para a saída e em radiofrequência; também foi preciso escolher os valores por simulação no LTspice para reduzir ruído de tensão e corrente.
Uma forma melhor de entender é: a fonte faz corrente passar pelo indutor, armazenando energia no campo magnético; quando isso para, o campo magnético diminui e a energia volta a se converter em corrente, entrando no circuito.
O ponto principal é que, escolhendo bem o timing e os parâmetros, você consegue selecionar a tensão da corrente a jusante. A tensão nos terminais do indutor depende da inclinação da intensidade do campo magnético ao redor do fio do indutor; portanto, escolhendo outra inclinação, você produz outra tensão. Se você quer uma tensão estável, o gráfico da intensidade do campo magnético fica aproximadamente como uma onda dente de serra, e o gráfico da tensão induzida fica aproximadamente como uma onda quadrada. É uma explicação simplificada para facilitar a compreensão, mas a onda dente de serra cria uma inclinação de corrente constante, e isso leva a uma tensão constante.
Se a chave ficar ligada por tempo demais e o indutor atingir a corrente de saturação, ou se ocorrer um entre vários modos de falha em cascata, a entrada pode, na prática, acabar em curto. Isso é algo que pode acontecer em muitos circuitos eletrônicos, como em um simples capacitor de desacoplamento de tântalo ou no latch-up SCR de um CI, mas é um bom modo de falha a se considerar ao projetar uma topologia de fonte.
Dito isso, no caso de elevar de 5 V para 120 V usando USB como alimentação, dá para entender de onde veio a intuição de “curto”.
Pode haver algo parecido com um curto por um breve instante através de componentes parasitas, mas, no caso ideal, não.
Hoje em dia os chips normalmente já têm soft start integrado, mas o problema é que é preciso um capacitor de entrada, e esse capacitor, quando conectado pela primeira vez, realmente parece um curto.
Se for um capacitor cerâmico pequeno, normalmente não é grande problema, mas a indutância do cabo pode, por acaso, formar um conversor boost e tentar alimentar o conversor real com um pico de tensão.
Há uma conexão interessante entre conversores boost e bombas de aríete hidráulico.
Uma bomba de aríete é um dispositivo que usa a energia cinética de uma corrente de água para bombear água de um riacho para um ponto mais alto, sem alimentação externa. As equações dos dois dispositivos são essencialmente as mesmas; só mudam as unidades.
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_ram
Recomendo muito o curso MIT 6.622 Power Electronics, disponibilizado recentemente no OCW.
https://youtube.com/playlist?list=PLUl4u3cNGP62UTc77mJoubhDE...
https://ocw.mit.edu/courses/6-622-power-electronics-spring-2...
O professor David Perreault é excelente. Ele entra até em tópicos avançados dos quais você provavelmente não precisará, a menos que esteja projetando sistemas de múltiplos kW, mas cobre todos os fundamentos e constrói o entendimento desde a base, para que você saiba o que faz sentido usar e quando.
Há muitos hobbistas, como audiófilos ou entusiastas de trens em miniatura, que chegam ao ponto de conseguir projetar e implementar seus próprios circuitos, então certamente deve haver um caminho viável; eu realmente queria aprender eletrônica, mas ainda não consegui dominar direito.
Conheço o básico de resistores, diodos, capacitores e transistores, e consigo explicar a fonte de alimentação clássica mais simples, feita com transformador, retificação de onda completa e capacitor. Já montei circuitos digitais básicos como LDO + Arduino/ESP + LED, e sei um pouco de física básica. Soldar eu soldo bem.
Sobre a afirmação de que “por causa dos problemas de gerenciamento térmico e da redução da vida útil da bateria, a regulação linear quase nunca vale o esforço”, eu vejo exatamente o contrário. Se o texto é voltado a desenvolvedores amadores, é bem provável que muitos projetos sejam alimentados por um carregador USB de 5 V e consumam algo na faixa de algumas centenas de mA
LDOs são muito baratos, fáceis de encontrar, têm características de saída bastante boas e são muito simples de usar. Se você tem 5 V praticamente ilimitados e precisa de 3,3 V a 100 mA, por que não usar?
Já um conversor buck exige trabalho real de engenharia. Não dá para simplesmente colocar um CI qualquer e esperar que funcione perfeitamente na primeira tentativa. Ou você usa um módulo totalmente integrado caro, ou precisa fazer bastante cálculo e aquisição de componentes por conta própria. Para um desenvolvedor amador fazendo uma PCB simples e única, nenhuma das opções é muito atraente
Mesmo com componentes como um ESP32 que precisam de 250 mA, é suficiente; para um projeto hobby, US$ 2,40 também é aceitável
Conversores buck baratos são ruidosos, e isso é bem incômodo ao fazer projetos de áudio ou rádio, ou quando esses dispositivos estão por perto
Mas, por exemplo, se precisar baixar de 24 V para 3,3 V, um LDO pode esquentar bastante; mesmo a 100 mA, a perda passa de 2 W. No fim, “depende da situação” é a resposta certa
Do ponto de vista de um iniciante, muitos tutoriais são muito irritantes porque passam por cima dizendo algo como “aqui há uma chave ou oscilador mágico essencial para o funcionamento do conversor boost, mas não vou explicar como implementar de fato”
Além disso, esse circuito precisa funcionar no nível da tensão de partida e, em muitos casos, também precisa ter isolação galvânica em relação ao conversor. Há muita coisa para se preocupar, e na prática isso não é trivial
Normalmente a resposta é encontrar um CI que funcione na tensão de entrada desejada, ou alimentar com um regulador linear a pequena quantidade de energia necessária para o gerador de PWM. Também é preciso tomar cuidado ao usar diretamente respostas geradas por IA. O Claude 3.5 Sonnet sugeriu ligar um Arduino diretamente a 230 V e, mesmo depois de algumas interações, gerou um circuito com elementos estranhos e sem sentido, como “diodos em antiparalelo”
Dá para filtrar por complexidade, aproximadamente a contagem da BoM, tamanho, custo etc., de acordo com parâmetros como faixa de tensão de entrada, faixa de tensão de saída e potência; o projeto normalmente também inclui um layout de referência
https://webench.ti.com/power-designer/
Trabalho com ensaios de compatibilidade eletromagnética automotiva, e a causa de reprovação em testes ou de interferência em outros dispositivos quase sempre está na conversão de tensão
Conversores buck-boost são ruidosos e complicados, e usar um CI monolítico do fornecedor mais barato não facilita a depuração. Isso acaba levando a discussões bem incômodas
Em trabalhos recentes com áudio, vi muitas vezes dispositivos que, por exemplo, convertem 3,7 V para 5 V injetarem ruído no trilho de alimentação, e esse ruído chegar até a entrada do microfone
O recurso de suporte a bateria do pisource é particularmente ruim, mas muitas outras fontes alimentadas por bateria também fazem isso. Não só microfones, mas também sensores sensíveis, como acelerômetros, são afetados
Espero que, daqui para frente, quem fabrica conversores DC-DC se preocupe em deixar a alimentação suficientemente limpa para que isso não aconteça
Isso é intrinsecamente inevitável e é muito sensível ao layout da placa. Filtrar, de forma ativa ou passiva, todos esses componentes de frequência de banda larga não é nada trivial; não há uma solução geral, apenas um espaço de trade-offs de alta dimensionalidade
É verdade que ruído é importante em circuitos analógicos e, se quiser, você pode gastar bastante em módulos DC/DC especiais que tentam reduzir o ruído ao máximo usando indutores integrados
A eficiência de 96% dos conversores síncronos parece boa no papel, mas, à medida que o consumo de corrente dos computadores de placa única continua aumentando e motores BLDC passam a operar em tensões mais altas, alimentar ambos a partir da mesma fonte gera um grande problema térmico
Baixar 12 V para 5 V a 5 A gera calor gerenciável, mas, quando o lado da bateria sobe para 20 V ou 30 V, as perdas térmicas causadas pela grande queda de tensão começam a derreter o entorno. Em alguns casos, mesmo aumentando as perdas, foi necessário usar trilhos de alimentação em cascata, primeiro reduzindo para 24 V e depois de 24 V para 12 V e de 12 V para 5 V, para dividir o aquecimento entre vários conversores buck. Gostaria de ouvir qual é a solução profissional além de um dissipador de calor gigantesco
Como o computador de placa única já dissipa 25 W, os 2 W do conversor DC-DC podem ser tratados da mesma forma
https://www.meanwellusa.com/webapp/product/search.aspx?prod=...
Acima de certo nível de potência, é fisicamente impossível se manter apenas com resfriamento por convecção. Ao observar amplificadores de áudio ou CPUs/GPUs comuns, vemos bancos de MOSFETs, capacitores e indutores. A quantidade de itens na BoM pode aumentar, mas a exigência de desempenho de cada componente diminui
O risco é que os MOSFETs precisam ser cuidadosamente classificados e casados. Se forem operados muito perto da corrente nominal, um deles pode queimar, a carga se distribui para os demais e, sem suportarem essa carga adicional, eles podem falhar em cadeia em um intervalo muito curto. Ou, se um deles falhar em curto em vez de aberto, os outros também morrem imediatamente
Um alerta amigável para quem não está familiarizado com eletrônica: este texto foi escrito no estilo “agora desenhe o resto da coruja”. Não sei bem quem é o público-alvo.
Quem consegue ler o conteúdo neste nível provavelmente já sabe a maior parte disso, e possivelmente até mais. O restante precisa de um livro, e esse livro trataria este conteúdo como algo bem básico, derivando também as equações mostradas aqui para permitir entendê-las.
Acho que, se o título contém “conversão de tensão DC-DC”, isso já serve bem para filtrar tanto quem não faz ideia do que significa quanto quem já sabe fazer exatamente.
Uma alternativa comum no mundo dos microcontroladores é simplesmente empilhar alguns diodos em série. É uma alternativa muito simples, e já vi ser usada algumas vezes.