Circuitos de fonte de alimentação

Existem três tipos principais de fontes de alimentação: não regulamentada (também chamado de força bruta ), regulado linearmente , e comutação . O quarto tipo de circuito de fonte de alimentação chamado de regulado por ondulação , é um híbrido entre os designs de “força bruta” e “comutação” e merece uma subseção para si mesmo.

Não regulamentado

Uma fonte de alimentação não regulamentada é o tipo mais rudimentar, consistindo em um transformador , retificador e filtro passa-baixo . Essas fontes de alimentação normalmente exibem muita ondulação de tensão (ou seja, instabilidade de variação rápida) e outro "ruído" CA sobreposto à energia CC. Se a tensão de entrada variar, a tensão de saída variará em uma quantidade proporcional. A vantagem de um fornecimento não regulamentado é que é barato, simples e eficiente.

Linear regulado

Uma fonte regulada linear é simplesmente uma fonte de alimentação de “força bruta” (não regulada) seguida por um circuito de transistor operando em seu modo “ativo” ou “linear”, daí o nome linear regulador. (Óbvio em retrospecto, não é?) Um regulador linear típico é projetado para produzir uma tensão fixa para uma ampla gama de tensões de entrada e simplesmente diminui qualquer tensão de entrada em excesso para permitir uma tensão de saída máxima para a carga. Essa queda de tensão excessiva resulta em uma dissipação de energia significativa na forma de calor. Se a tensão de entrada ficar muito baixa, o circuito do transistor perderá a regulação, o que significa que não conseguirá manter a tensão estável. Ele pode apenas reduzir o excesso de tensão, não compensar a deficiência de tensão da seção de força bruta do circuito. Portanto, você deve manter a tensão de entrada pelo menos 1 a 3 volts acima da saída desejada, dependendo do tipo de regulador. Isso significa o equivalente de energia a pelo menos pelo menos 1 a 3 volts multiplicados pela corrente de plena carga serão dissipados pelo circuito regulador, gerando muito calor. Isso torna as fontes de alimentação reguladas linearmente ineficientes. Além disso, para se livrar de todo aquele calor, eles precisam usar grandes dissipadores de calor, que os tornam grandes, pesados ​​e caros.

Troca

Uma fonte de alimentação regulada por chaveamento (“Switcher”) é um esforço para perceber as vantagens dos projetos de força bruta e regulados lineares (pequeno, eficiente e barato, mas também “limpo”, tensão de saída estável). As fontes de alimentação de comutação funcionam segundo o princípio de retificar a tensão da linha de alimentação CA de entrada em CC, reconvertendo-a em CA de onda quadrada de alta frequência por meio de transistores operados como interruptores liga / desliga, aumentando ou diminuindo essa tensão CA usando um leve transformador, retificando a saída CA do transformador em CC e filtrando para a saída final. A regulação da tensão é obtida alterando o "ciclo de trabalho" da inversão DC para AC no lado primário do transformador. Além de serem mais leves devido ao núcleo do transformador menor, os comutadores têm outra vantagem tremenda sobre os dois projetos anteriores:este tipo de fonte de alimentação pode ser feito de forma totalmente independente da tensão de entrada que pode funcionar em qualquer sistema de energia elétrica do mundo; são chamadas de fontes de alimentação “universais”. A desvantagem dos comutadores é que eles são mais complexos e, devido à sua operação, tendem a gerar muito “ruído” CA de alta frequência na linha de alimentação. A maioria dos switchers também tem uma tensão de ondulação significativa em suas saídas. Com os tipos mais baratos, esse ruído e ondulação podem ser tão ruins quanto para uma fonte de alimentação não regulamentada; tais switchers low-end não são inúteis, porque eles ainda fornecem uma tensão de saída média estável e existe a capacidade de entrada "universal". Switchers caros são livres de ondulação e têm ruído quase tão baixo quanto para alguns tipos lineares; esses switchers tendem a ser tão caros quanto os suprimentos lineares. A razão para usar um switcher caro em vez de um bom linear é se você precisa de compatibilidade de sistema de energia universal ou alta eficiência. Alta eficiência, peso leve e tamanho pequeno são os motivos pelos quais a troca de fontes de alimentação é quase universalmente usada para alimentar circuitos de computadores digitais.

Ripple regulado

Uma fonte de alimentação regulada por ondulação é uma alternativa ao esquema de design regulado linearmente:uma fonte de alimentação de "força bruta" (transformador, retificador, filtro) constitui a "extremidade dianteira" do circuito, mas um transistor operado estritamente ligado / desligado Os modos (saturação / corte) transferem energia DC para um grande capacitor conforme necessário para manter a tensão de saída entre um ponto de ajuste alto e baixo. Como nos switchers, o transistor em um regulador de ondulação nunca passa a corrente enquanto estiver em seu modo "ativo" ou "linear" por um período de tempo substancial, o que significa que muito pouca energia será desperdiçada na forma de calor. No entanto, a maior desvantagem desse esquema regulatório é a presença necessária de alguma tensão de ondulação na saída, já que a tensão CC varia entre os dois pontos de ajuste de controle de tensão. Além disso, essa ondulação de tensão varia em frequência dependendo da corrente de carga, o que torna a filtragem final da energia CC mais difícil. Os circuitos do regulador de ondulação tendem a ser um pouco mais simples do que os circuitos do switcher e não precisam lidar com as altas tensões da linha de energia que os transistores do switcher devem lidar, tornando-os mais seguros para trabalhar.

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