Seis perguntas básicas sobre reguladores de tensão

O Regulador Automático de Tensão (ATR) produz uma tensão de saída fixa com uma amplitude predefinida constante, independentemente das variações da tensão de entrada ou das condições de carga.

Os reguladores automáticos utilizam dispositivos de passagem ativa (BJT ou MOSFET) (em série ou em paralelo) controlados por um amplificador diferencial de alto ganho. Compara a tensão de saída com uma fonte de tensão de referência de precisão e ajusta o dispositivo de passagem para manter uma tensão de saída constante.

Os reguladores automáticos convertem uma tensão CC de entrada numa tensão de comutação que é aplicada ao MOSFET ou BJT de potência. A tensão de saída filtrada do interruptor de potência é realimentada a um circuito que controla os tempos de ativação e desativação do interruptor de potência, de modo a que a tensão de saída se mantenha constante, independentemente das variações da tensão de entrada ou da corrente de carga.

1. Quais as topologias dos reguladores automáticos?

Existem três topologias comuns: buck, boost e buck/boost. Outras topologias incluem flyback, SEPIC, Cuk, push-pull, forward, full-bridge e half-bridge.

2.De que forma a frequência de comutação afeta o projeto do regulador?

Frequências de comutação mais elevadas permitem que o regulador utilize indutores e condensadores mais pequenos. Isto também significa maiores perdas de comutação e mais ruído no circuito.

3. Quais as perdas num regulador automático?

A energia necessária para ligar e desligar o MOSFET provoca perdas e está associada ao circuito de acionamento do gate do MOSFET. Da mesma forma, a comutação do estado condutor para o estado não condutor demora um certo tempo, o que resulta na dissipação de energia do MOSFET. Além disso, a energia necessária para carregar e descarregar a capacitância de gate do MOSFET entre a tensão de limiar e a tensão de gate também provoca perdas.

4. Quais são algumas aplicações comuns para os reguladores automáticos?

Dadas as tensões de entrada e de saída, a dissipação de energia de um regulador automático é proporcional à corrente de saída, pelo que as eficiências típicas podem ser de 50% ou menos. Otimizando o dispositivo, os reguladores automáticos podem atingir 90% de eficiência. No entanto, o ruído de saída de um regulador automático é muito menor do que o de um regulador automático com os mesmos requisitos de tensão e corrente de saída. Em geral, um regulador automático pode acionar cargas de corrente mais elevadas do que um regulador de tensão.

5.De que forma um regulador automático controla a sua saída?

Um regulador automático necessita de alguma forma de alterar a sua tensão de saída em resposta a alterações nas tensões de entrada e de saída. Uma abordagem é utilizar o PWM para controlar a entrada do interruptor de potência associado, controlando assim o seu tempo de ativação/desativação (ciclo de trabalho). Em funcionamento, a tensão de saída filtrada do regulador é realimentada ao controlador PWM para controlar o duty cycle. Se a saída filtrada mudar, a realimentação aplicada ao controlador PWM altera o ciclo de trabalho para manter uma tensão de saída constante.

6. Quais as especificações de projeto importantes para os circuitos integrados reguladores?

Os parâmetros básicos incluem a tensão de entrada, a tensão de saída e a corrente de saída. Dependendo da aplicação específica, outros parâmetros também podem ser importantes, como a ondulação da tensão de saída, a resposta a transitórios de carga, o ruído de saída e a eficiência. Parâmetros importantes para os reguladores automáticos incluem a tensão de dropout, PSRR (taxa de rejeição da fonte de alimentação) e ruído de saída.