Os reguladores de tensão são uma característica comum em muitos circuitos para garantir que uma tensão constante e estável seja fornecida a componentes eletrônicos sensíveis. Como eles operam é típico de muitos circuitos analógicos, o uso criterioso e elegante de feedback para ajustar a saída para o nível desejado.
Visão geral do regulador de tensão
Quando uma tensão constante e confiável é necessária, os reguladores de voltagem são os componentes diretores. Os reguladores de tensão aceitam uma tensão de entrada e criam uma tensão de saída regulada, independentemente da tensão de entrada, em um nível de tensão fixa ou em um nível de tensão ajustável (selecionando os componentes externos corretos). Essa regulação automática do nível de tensão de saída é tratada por várias técnicas de feedback, algumas tão simples quanto um diodo zener, enquanto outras incluem topologias complexas de feedback que podem melhorar o desempenho, confiabilidade, eficiência e adicionar outros recursos como aumentar a tensão de saída acima da tensão de entrada. o regulador de tensão.
Como funcionam os reguladores de tensão linear
Manter uma tensão fixa com uma entrada desconhecida e potencialmente ruidosa (ou pior) requer um sinal de feedback para saber quais ajustes precisam ser feitos. Os reguladores lineares usam um transistor de potência (BJT ou MOSFET dependendo do componente usado) como um resistor variável que se comporta como a primeira metade de uma rede divisora de tensão. A saída do divisor de tensão é usada como feedback para acionar adequadamente o transistor de potência para manter uma tensão de saída constante. Infelizmente, como o transistor se comporta como um resistor, ele desperdiça muita energia convertendo-o em calor, geralmente muito calor. Como a potência total convertida em calor é igual à queda de tensão entre a tensão de entrada e a tensão de saída multiplicada pela corrente fornecida, a potência dissipada pode muitas vezes ser muito alta e exigir bons dissipadores de calor.
Uma forma alternativa de um regulador linear é um regulador de derivação, como um diodo Zener. Em vez de agir como uma resistência de série variável como o típico regulador linear, um regulador de derivação fornece um caminho para o aterramento para o excesso de tensão (e corrente) fluir. Infelizmente, este tipo de regulador é frequentemente menos eficiente do que um regulador linear típico em série e só é prático quando é necessária pouca energia.
Como funcionam os reguladores de tensão de comutação
Um regulador de tensão de comutação funciona em um princípio totalmente diferente dos reguladores de tensão linear. Em vez de agir como um dissipador de tensão ou corrente para fornecer uma saída constante, um regulador de comutação armazena energia em um nível definido e usa feedback para garantir que o nível de carga seja mantido com um mínimo de oscilação de tensão. Esta técnica permite que o regulador de comutação seja muito mais eficiente que o regulador linear, ligando um transistor completamente (com resistência mínima) somente quando o circuito de armazenamento de energia precisa de uma explosão de energia. Isto reduz a potência total desperdiçada no sistema para a resistência do transistor durante a comutação, uma vez que transita da condução (resistência muito baixa) para não-condutora (resistência muito alta) e outras pequenas perdas de circuito.
Quanto mais rápido o interruptor de um regulador de comutação, menor a capacidade de armazenamento de energia necessária para manter a tensão de saída desejada, o que significa que componentes menores podem ser usados. No entanto, o custo de comutação mais rápida é uma perda de eficiência à medida que mais tempo é gasto na transição entre os estados condutores e não-condutores, o que significa que mais energia é perdida devido ao aquecimento resistivo.
Outro efeito colateral da troca mais rápida é o aumento do ruído eletrônico gerado pelo regulador de chaveamento. Usando diferentes técnicas de chaveamento, um regulador de comutação pode reduzir a tensão de entrada (topologia de campo), aumentar a tensão (topologia de boost), ou tanto diminuir quanto aumentar a tensão conforme necessário para manter a tensão de saída desejada O que torna os reguladores de comutação uma ótima opção para muitas aplicações alimentadas por bateria, já que o regulador de comutação pode aumentar ou aumentar a tensão de entrada da bateria à medida que a bateria descarrega. Isso permite que a eletrônica continue a funcionar bem além do ponto em que a bateria pode fornecer diretamente a tensão correta para o funcionamento do circuito.
