Ao selecionar um regulador de comutação, a eficiência é o critério mais crítico. Dispositivos compactos modernos devem atingir fornecimento de energia confiável em um espaço pequeno. A capacidade de gerar tensões estáveis ​​enquanto fornece corrente substancial é um requisito fundamental no design de componentes eletrônicos. Reguladores de comutação são dispositivos essenciais para gerar tensões de alimentação estáveis ​​e aumentar ou diminuir tensões. Reguladores de comutação são conhecidos por vários nomes: conversores ou interruptores, fontes de alimentação de modo de comutação (SMPS) e reguladores ou conversores CC/CC. Sua popularidade continua a crescer devido a vantagens como atender aos requisitos de eficiência de conversão de alta potência, flexibilidade na derivação de saídas estáveis ​​de uma única fonte de tensão de entrada e adaptabilidade a configurações de múltiplas saídas com polaridades variadas. Os tipos mais comuns de conversores de comutação incluem:

Tipo de impulso:Aumenta a tensão de entrada e fornece uma saída regulada.

Tipo Buck:Reduz a tensão de entrada e fornece uma saída regulada.

Impulso de Buck:Aumenta ou diminui a tensão de entrada, com polaridade negativa opcional.

Tipo Flyback:Uma variante buck-boost que fornece isolamento elétrico.

Reguladores de tensão linear ajustável e de tensão constante

Durante anos, os projetos de fontes de alimentação dependeram de reguladores lineares. Os reguladores lineares são excelentes para fornecer tensões de saída fixas e contínuas. Além disso, outros reguladores lineares (por exemplo, LM317) oferecem ajustabilidade. Os tipos comuns de reguladores de tensão de saída constante e linear incluem a série 78xx (saída positiva) e a série 79xx (saída negativa). Esses reguladores fornecem saídas estáveis ​​variando de 5 V a 24 V. Os reguladores lineares não são fontes de alimentação de modo de comutação. Suas vantagens incluem simplicidade, baixo custo, baixo ruído e baixa ondulação. No entanto, sua potência de saída é tipicamente abaixo de 10 W, e sua eficiência é frequentemente baixa, levando à geração de calor. Os reguladores lineares podem executar apenas a regulação de redução, enquanto os SMPS podem utilizar topologias buck, boost ou buck-boost para aumentar, diminuir ou inverter as polaridades das tensões.

Sistemas de alimentação de energia comutada

A maioria das televisões modernas, computadores pessoais, drivers de motor DC e amplificadores de potência requerem dispositivos SMPS avançados e de alta eficiência. Esses dispositivos utilizam tecnologia de comutação de semicondutores em vez de métodos lineares convencionais para fornecer tensões de saída. Um conversor de comutação básico consiste em um estágio de comutação de energia e um circuito de controle. O SMPS oferece menor dissipação de energia e maior eficiência operando transistores internos (ou MOSFETs de potência) em estados saturados "ON" e corte "OFF".

Reguladores de comutação Buck

A série LM2596x da SLKOR A Semiconductor fornece conversores buck DC/DC de alta eficiência, tornando-os uma solução compacta para aplicações que exigem conversão de energia eficiente, como projetos automotivos e industriais. O LM2596x integra um oscilador de frequência fixa e um módulo de compensação de frequência.

Sua simplicidade de design requer componentes externos mínimos. O chip também apresenta habilitação integrada com histerese, proteção contra sobretemperatura, proteção contra sobrecorrente e proteção secundária contra sobrecorrente. Durante eventos de sobrecorrente secundária, o chip reduz a frequência operacional de 150 kHz para 50 kHz. Um exemplo é o regulador de comutação buck LM2596S-ADJ (Figura 1).

Figura 1: LM2596S-ADJ O regulador de comutação buck fornece tensão de saída estável. (Crédito da imagem: SLKOR Semicondutor)

O regulador de comutação buck LM2596SX-12 (Figura 2) é um conversor PWM DC/DC de frequência fixa de 150 kHz. Ele oferece uma capacidade de acionamento de corrente de saída de 3 A com alta eficiência, baixa ondulação e excelente regulação de linha/carga. Utilizando modulação PWM, o chip suporta uma faixa de ciclo de trabalho linear de 0–100%.

Este dispositivo não só fornece excelente resposta transiente, mas também ocupa uma área mínima de PCB. Seu pacote compacto e alta densidade de potência o tornam ideal para displays LCD, TVs, porta-retratos digitais, decodificadores, modems, dispositivos de telecomunicações e equipamentos de rede.

Figura 2: LM2596SX-12 regulador de comutação buck atende aos requisitos de baixa tensão. (Crédito da imagem: SLKOR Semicondutor)

Reguladores de comutação Boost

O SL2733 é um conversor de reforço CC/CC projetado para fornecer corrente constante precisa para acionar vários LEDs. Com uma frequência de comutação fixa de 1 MHz, o SL2733 pode ser pareado com pequenos capacitores e indutores cerâmicos externos. A corrente de saída é ajustável por meio de um resistor externo (R1), permitindo que o dispositivo acione vários LEDs em série. O SL2733 é adequado para acionar LEDs idênticos, suportando até nove LEDs brancos em série ou uma tensão máxima de acionamento de 32 V. O brilho do LED pode ser ajustado usando uma tensão CC, sinal lógico ou sinal de modulação por largura de pulso (PWM). O pino de desligamento (SHDW) permite que o dispositivo opere em um modo de desligamento de baixa corrente quiescente. Além da proteção térmica e limitação de corrente de sobrecarga, o chip entra em um modo de ultrabaixo consumo durante falhas de circuito aberto do LED. Ele é alojado em um pacote compacto SOT23-5.

Menor é melhor

Com o SL2188 Reduz o número de componentes externos. Este dispositivo suporta componentes externos compactos, enquanto seu recurso de partida suave minimiza a corrente de partida. Ele suporta uma ampla faixa de cargas de corrente e integra um MOSFET de potência capaz de suportar correntes de comutação de pico superiores a 1 A, com uma tensão de saída de até 3.6 V. Este design versátil, compacto e de alta potência é ideal para produtos de bateria de lítio de célula única, incluindo sistemas de bateria alcalina de duas e três células, NiMH ou NiCd. Conversores de reforço como o SL2188 são ideais para periféricos sem fio, acessórios de jogos, dispositivos médicos pessoais e reprodutores de mídia portáteis. Os rápidos avanços tecnológicos continuam a impulsionar fatores de forma menores. Comparado ao SOP-J8, o SL23 empacotado com SOT2188 reduz significativamente a área de PCB necessária.

Figura 3: À medida que os designs dos componentes diminuem, os pacotes miniaturizados (por exemplo, SOT23) se tornam essenciais. (Crédito da imagem: SLKOR Semicondutor)

Maximizando a eficiência enquanto reduz o consumo de energia

A demanda por miniaturização continua sendo uma força motriz, juntamente com a necessidade de manter a confiabilidade e a eficiência energética. O regulador de comutação buck SY8120B (Figura 4) oferece um design compacto com saída ajustável e fornecimento de energia confiável.

Figura 4: SY8120B é um regulador de comutação buck que fornece energia de forma confiável em um design menor e mais compacto. (Crédito da imagem: SLKOR Semicondutor)

Alguns podem supor que a miniaturização sacrifica a capacidade de carga ou o fornecimento confiável de energia, mas não é esse o caso. O SY8120B atinge alta eficiência de conversão enquanto reduz o consumo de energia (Figura 5). Ao fornecer baixa corrente de espera, os dispositivos alimentados por bateria minimizam o consumo de energia em estado ocioso. Além disso, o controle constante de tempo permite uma operação eficiente com carga leve.

 
Figura 5: Os projetistas buscam conversores buck DC/DC de alta eficiência que forneçam energia de forma confiável. (Crédito da imagem: SLKOR Semicondutor)

Conversores Flyback para aplicações CA/CC e CC/CC

Um conversor flyback é uma topologia buck-boost que incorpora um transformador flyback. Ele é adequado para conversão CA/CC e CC/CC, fornecendo isolamento elétrico entre entrada e saída. Ele também oferece benefícios de multiplicação e isolamento da relação de tensão. Os conversores de energia isolados empregam dois esquemas de controle: controle de modo de tensão e controle de modo de corrente. Para operação estável, o controle de modo de corrente é tipicamente preferido.

Conversores DC/DC Buck-Boost

Um conversor buck-boost é um conversor DC/DC clássico cuja magnitude de tensão de saída pode ser maior ou menor que a tensão de entrada. Ele também pode gerar tensões negativas. Semelhante a um conversor flyback, ele usa um único indutor em vez de um transformador. Especificamente, o conversor buck-boost compreende duas topologias distintas capazes de gerar tensões de saída que variam de acima da tensão de entrada até zero. Fontes de alimentação DC/DC, às vezes chamadas de "choppers", incluem um circuito buck-boost que funciona como um conversor boost ou buck dependendo do ciclo de trabalho.

Conclusão

A conversão de energia de alta eficiência em projetos automotivos e industriais modernos depende de reguladores de comutação. À medida que os projetos se tornam cada vez mais compactos, a demanda por dispositivos versáteis e de alta eficiência capazes de manter níveis de energia estáveis ​​nunca foi tão grande. Embora os reguladores de comutação possam ser chamados por vários nomes — SMPS, reguladores de comutação CC/CC, conversores ou reguladores —SLKOR oferece uma ampla gama de soluções compactas para aplicações que exigem conversão de energia eficiente.

Os reguladores de comutação têm um valor significativo no design de sistemas eletrônicos, fornecendo conversão de energia estável e eficiente com miniaturização e multifuncionalidade. Eles são amplamente adotados em vários campos. Por meio deste artigo, obtivemos uma compreensão mais profunda dos conceitos e tipos fundamentais de reguladores de comutação, as diferenças entre reguladores lineares e SMPS e SLKORProdutos reguladores de comutação de alta eficiência e suas aplicações. 

Quais são suas experiências ou perguntas sobre design e aplicações de reguladores de comutação? Compartilhe suas ideias nos comentários!