Para fornecer estas tensões, os fabricantes de equipamentos concebem secções de alimentação adequadas, muitas vezes bastante complexas, ou equipam o dispositivo com uma porta à qual ligamos a extremidade de uma fonte de alimentação padrão. Também pode acontecer que o dispositivo exija várias tensões de valores diferentes para um funcionamento correto. Neste caso, os programadores precisam de reduzir ou, por vezes, aumentar a tensão de entrada.
Três métodos de alimentação: conversor, divisor de tensão, estabilizador linear
Basicamente, existem três formas de alimentar o sistema: a secção de alimentação pode ser baseada num divisor de tensão, num estabilizador linear ou num conversor. Cada um destes métodos pode ser utilizado para reduzir a tensão, mas só os conversores permitem aumentá-la.
Divisor de tensão
A primeira forma de implementar uma secção de alimentação que podemos considerar é através de um sistema divisor de tensão. O funcionamento de um sistema deste tipo baseia-se na lei de Ohm e na tensão em resistências individuais. Manipulando os seus valores, podemos obter qualquer tensão de saída, mas será inferior à tensão de entrada. No entanto, este método de alimentação do dispositivo apresenta algumas desvantagens. A primeira é a eficiência de corrente — os divisores de tensão são compostos por resistências, que normalmente têm classificações de potência muito baixas. Qualquer corrente mais elevada fará com que os resistores se queimem muito rapidamente. É claro que podem ser utilizados resistores mais potentes, mas isso aumentaria significativamente o custo do sistema. A segunda grande desvantagem é que o divisor é sempre concebido em relação a uma tensão de entrada específica. Quando a tensão de entrada aumenta ou diminui, a tensão de saída também se alterará.
Estabilizadores lineares
Os reguladores de tensão lineares são a segunda opção, permitindo reduzir a tensão de entrada. Geralmente produzidos como componentes de três pinos, são bastante comuns nos equipamentos de distribuição. A sua função é muito simples: manter uma tensão de saída constante, independentemente da tensão de entrada. Claro que é preciso lembrar que a tensão de entrada deve ser superior à tensão de saída. Estes componentes caracterizam-se pelo baixo custo, mas apresentam um problema com a geração de calor. Toda a diferença de entrada e a tensão de saída desejada é convertida em calor. Como resultado, mesmo com correntes baixas, os componentes aquecem muito rapidamente, exigindo a utilização de dissipadores de calor adicionais, o que aumenta naturalmente o custo desta solução.
Conversores de tensão
A terceira opção para implementar um sistema de alimentação é baseá-lo num conversor de tensão. É constituído por vários elementos básicos: um indutor, um transístor de comutação, condensadores, resistências e um díodo de silício. Como se pode facilmente constatar, o conversor de tensão é um dispositivo muito mais complexo em comparação com as soluções apresentadas anteriormente. Existem vários tipos de conversores de tensão que podem aumentar ou diminuir a tensão de saída em relação à tensão de entrada.
Porquê escolher um conversor de voltagem?
Os conversores de tensão caracterizam-se por uma propriedade útil no projeto de dispositivos eletrónicos: a eficiência. Como sabemos, a perda de potência é uma grande desvantagem dos reguladores lineares. Neste aspeto, os conversores são muito mais económicos. Todo o conversor de tensão tem um parâmetro definido denominado eficiência, expresso em percentagem, que se refere à relação entre a potência de saída e a potência consumida da fonte. Por outras palavras, se o dispositivo tiver uma eficiência de 80%, significa que 20% dessa potência é perdida sob a forma de calor, gerado principalmente pelo transístor e pelo indutor. No entanto, é importante saber que o rendimento não é um valor constante e depende das condições de funcionamento do conversor, principalmente da tensão de alimentação, da tensão de saída e da corrente de carga.
Apesar das suas vantagens, os conversores de tensão apresentam também uma desvantagem: a interferência. Devido à sua construção e princípio de funcionamento, a tensão de saída do conversor não é perfeitamente constante. Isto pode ser um problema se precisarmos de alimentar um circuito que requer uma tensão perfeitamente constante. Nesse caso, deve ser colocado um filtro RC.
Os conversores de tensão, graças ao seu tamanho reduzido e elevada eficiência, podem ser utilizados em praticamente qualquer lugar. Ao projetar qualquer dispositivo, vale a pena optar por este tipo de componente.
Conversor de voltagem – Como funciona?
O conversor de tensão é um dispositivo elevador que reduz significativamente a tensão, ligando-a e desligando-a. Este processo é tão rápido que não interfere com o funcionamento do dispositivo ou sistema alimentado. O elemento de controlo para esta comutação em conversores CC/CC é tipicamente um MOSFET. No entanto, para que a tensão CC apareça na saída do dispositivo, são necessários componentes adicionais como condensadores e um indutor (bobine). Enquanto os condensadores atuam apenas como filtros, o indutor é concebido para armazenar energia enquanto o dispositivo está a funcionar, libertando-a posteriormente. Além disso, um díodo de silício deve ser incluído no circuito do conversor para controlar a direção do fluxo de corrente.
Conversores de tensão: tipos
Existem vários tipos de conversores de voltagem disponíveis no mercado, sendo os mais populares:
- Conversor abaixador (buck) – reduz a tensão,
- Conversor elevador (boost) – aumenta a tensão,
- Conversor elevador/redutor (SEPIC) – o dispositivo pode aumentar e diminuir a tensão de entrada.
Além disso, existem outros edifícios, dos quais os mais interessantes são:
- Conversor forward (conversor acelerador) – um tipo de conversor CC/CC baseado num transformador. É um conversor de estágio único – a energia extraída da fonte é transferida para a saída em tempo real. Graças à utilização de um transformador, a fonte de alimentação do estágio forward permite o isolamento galvânico da entrada e da saída. Estes conversores são utilizados em fontes de alimentação comutada com uma potência nominal de algumas centenas de watts ou menos e em máquinas de soldadura inversoras.
- Conversor flyback (conversor de paragem) – um tipo de conversor CC/CC que também utiliza isolamento galvânico na entrada e na saída. É um dispositivo de duas fases; no primeiro ciclo, a energia é armazenada no campo magnético da bobina para ser libertada no segundo ciclo. Estes tipos de sistemas são utilizados principalmente em fontes de alimentação comutada de baixa potência.
Conversor de voltagem: a que deve prestar atenção ao escolher um?
A escolha do conversor correto depende principalmente do equipamento que está a ser concebido. Se estiver a conceber um dispositivo pequeno e portátil, os conversores em miniatura são uma boa opção. Para equipamentos maiores, pode utilizar conversores maiores com dissipador de calor integrado para facilitar a dissipação térmica. Além disso, deve especificar o tipo de conversor necessário: elevador, redutor ou elevador/redutor.
Para minimizar as perdas de energia, é aconselhável equipar-se com conversores de tensão de alta eficiência. Por predefinição, a eficiência destes dispositivos varia entre 80% a 95%. Além disso, é também importante lembrar os parâmetros básicos do conversor, tais como a corrente máxima de saída, a gama de tensão de saída e a gama de tensão de entrada.
