Fonte de Alimentação Linear: Alimentação Regulada Linear

2 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 9 min

As fontes de alimentação reguladas linearmente são capazes de oferecer níveis extremamente baixos de ruído de saída e boa estabilização, mas às custas de tamanho e eficiência.

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O tutorial dos circuitos da fonte de alimentação incluem:

O tutorial dos circuitos da fonte de alimentação incluem:

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Fontes de alimentação lineares são amplamente utilizadas devido às vantagens que oferecem em termos de desempenho geral, e também a tecnologia está muito bem estabelecida porque está disponível há muitos anos.

Embora as fontes de alimentação lineares possam não ser tão eficientes quanto as fontes de alimentação comutadas, elas oferecem o melhor desempenho e, portanto, são usadas em muitas aplicações onde o ruído é de grande importância.

Fonte de alimentação linear variável típica para uso em laboratório de bancada

Embora o desempenho das fontes de alimentação linear seja muito bom, elas são maiores e mais caras do que suas relações de fonte de alimentação comutada, e o desempenho das unidades SMPS está melhorando o tempo todo.

Uma área importante onde as fontes de alimentação lineares são quase sempre usadas é para aplicações audiovisuais, amplificadores de alta fidelidade e similares. Aqui, o ruído e os picos de comutação das fontes de alimentação comutadas podem causar problemas – que os SMPSs estão melhorando o desempenho o tempo todo, mas as fontes lineares tendem a ser usadas na maioria das vezes.

Sumário

NOÇÕES BÁSICAS DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR

Fontes de alimentação reguladas lineares ganham esse nome pelo fato de usarem técnicas lineares, ou seja, não chaveadas para regular a saída de tensão da fonte de alimentação. O termo fonte de alimentação linear implica que a fonte de alimentação é regulada para fornecer a tensão correta na saída.

A tensão é detectada e este sinal é realimentado, normalmente em alguma forma de amplificador diferencial, onde é comparado com uma tensão de referência, e o sinal resultante é usado para garantir que a saída permaneça na tensão necessária.

Às vezes, a detecção da tensão pode ser realizada nos terminais de saída ou, em algumas ocasiões, pode ser obtida diretamente na carga. O sensoriamento remoto é usado onde pode haver perdas ôhmicas entre a fonte de alimentação e a carga. Muitas vezes, os suprimentos de bancada de laboratório têm essa capacidade.

Diferentes fontes de alimentação linear terão circuitos diferentes e incorporarão blocos de circuito diferentes se recursos adicionais forem necessários, mas sempre incluirão os blocos básicos, bem como alguns adicionais opcionais.

TRANSFORMADOR DE ENTRADA DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO

Como muitas fontes de alimentação reguladas obtêm sua fonte de alimentação de uma entrada de rede CA, é comum que as fontes de alimentação linear tenham um transformador de redução ou ocasionalmente um transformador de aumento. Isso também serve para isolar a fonte de alimentação da entrada de rede por segurança.

O transformador é tipicamente um componente eletrônico relativamente grande, especialmente se for usado em uma fonte de alimentação regulada linearmente de maior potência. O transformador pode adicionar peso significativo à fonte de alimentação e também pode ser bastante caro, especialmente para os de maior potência.

Dependendo da abordagem do retificador adotada, o transformador pode ser um único secundário ou pode ser com derivação central. Também podem estar presentes enrolamentos adicionais se forem necessárias tensões adicionais.

Para rádios antigos e outros eletrônicos eletrônicos antigos, vários enrolamentos secundários eram comuns. Normalmente, o enrolamento secundário principal era centralizado para permitir a retificação de onda completa com uma válvula de diodo duplo ou retificador de tubo, e outros enrolamentos secundários eram necessários para os aquecedores de válvula ou tubo – geralmente 5 volts para o retificador e depois 6,3 v para as válvulas / tubos eles mesmos.

Uma das vantagens de usar um transformador é que é possível ter vários enrolamentos para as diferentes tensões necessárias, caso seja necessário.

RETIFICADOR

Como a entrada de uma fonte CA é alternada, ela precisa ser convertida para um formato CC. Várias formas de circuito retificador estão disponíveis.

A forma mais simples de retificador que pode ser usada em uma fonte de alimentação é um único diodo, fornecendo retificação de meia onda. Essa abordagem normalmente não é usada porque é mais difícil suavizar satisfatoriamente a saída.

Normalmente é usada retificação de onda completa, usando ambas as metades do ciclo. Isso fornece uma forma de onda que pode ser mais facilmente suavizada.

Existem duas abordagens principais para fornecer retificação de meia onda. Uma é usar um transformador com derivação central e dois diodos. A outra é usar um único enrolamento no transformador de alimentação e usar uma ponte retificadora com quatro diodos. Como os diodos são muito baratos e o custo de fornecer um transformador com derivação central é maior, a abordagem mais comum atualmente é usar um retificador em ponte.

Mesmo para reguladores alimentados por CC, um retificador pode ser colocado na entrada para proteger contra conexão inversa da alimentação.

Normalmente, os diodos usados atualmente são diodos de junção PN semicondutores, pois há uma boa variedade de diodos de baixo custo capazes de transportar altos níveis de corrente e altas tensões reversas.

Em alguns casos, pode ser possível usar diodos Schottky, pois fornecem uma queda de tensão direta muito menor, mas as versões de silício desses diodos normalmente têm uma baixa tensão de ruptura reversa e um vazamento maior, portanto, é necessário estar ciente disso.

Os novos diodos Schottky de carbeto de silício, diodos SiC podem ter tensões de ruptura muito mais altas e níveis de vazamento mais baixos, caso isso seja necessário, embora os custos sejam mais altos.

ALISAMENTO DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO

Uma vez retificado de um sinal AC, o DC precisa ser suavizado para remover o nível de tensão variável. Grandes capacitores de reservatório são usados para isso.

Ação de suavização de um capacitor de reservatório

O elemento de suavização do circuito usa um grande capacitor. Isso carrega à medida que a forma de onda de entrada do retificador sobe ao seu pico. À medida que a tensão da forma de onda retificada diminui, uma vez que a tensão está abaixo da do capacitor, o capacitor começa a fornecer carga, mantendo a tensão elevada, até a próxima forma de onda ascendente do retificador.

A suavização não é perfeita, e sempre haverá alguma ondulação residual, mas permite que as grandes variações de tensão sejam removidas.Leia mais sobre . . . . Suavização de capacitores.

REGULADORES DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR

A maioria das fontes de alimentação hoje em dia fornece uma saída regulada. Com a eletrônica moderna, é bastante fácil e não muito caro incluir um regulador de tensão linear. Isso fornece uma saída de tensão constante, independentemente da carga – dentro dos limites especificados.

Com muitos componentes eletrônicos e dispositivos eletrônicos, etc, exigindo suprimentos com manutenção precisa, uma fonte de alimentação regulada é uma necessidade.

Existem dois tipos principais de fonte de alimentação linear:

Regulador shunt: O regulador shunt é menos utilizado como elemento principal dentro de um regulador de tensão linear. Para esta forma de alimentação linear, um elemento variável é colocado sobre a carga. Há um resistor de fonte colocado em série com a entrada e o regulador de derivação é variado para garantir que a tensão na carga permaneça constante.A fonte de alimentação é projetada para uma determinada corrente, e com a carga aplicada, o regulador shunt absorve qualquer corrente não requerida pela carga para que a tensão de saída seja mantida.Leia mais sobre . . . . Regulador de derivação.
Regulador em série: Este é o formato mais utilizado para um regulador de tensão linear. Como o nome indica, um elemento em série é colocado no circuito e sua resistência varia através da eletrônica de controle para garantir que a tensão de saída correta seja gerada para a corrente tomada.Diagrama de blocos de um regulador de tensão em sérieNeste diagrama de blocos, uma tensão de referência é usada para acionar o elemento de passagem em série que pode ser um transistor bipolar ou um FET. A referência pode ser apenas uma tensão obtida de uma fonte de tensão de referência, por exemplo, um componente eletrônico como um diodo Zener.A abordagem mais usual é amostrar a tensão de saída e alimentá-la em um amplificador diferencial para comparar a saída com uma referência e, em seguida, usar isso para acionar o circuito do elemento de passagem final.Leia mais sobre . . . . Regulador de série.

Ambos os tipos de regulador linear são usados em fontes de alimentação e, embora o regulador série seja mais amplamente utilizado, há casos em que o regulador shunt também é usado.

VANTAGENS / DESVANTAGENS DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR

O uso de qualquer tecnologia é muitas vezes um equilíbrio cuidadoso de várias vantagens e desvantagens. Isso é verdade para fontes de alimentação lineares que oferecem algumas vantagens distintas, mas também têm suas desvantagens.

Vantagens da PSU linear

Tecnologia estabelecida: As fontes de alimentação lineares têm sido amplamente utilizadas por muitos anos e sua tecnologia é bem estabelecida e compreendida.
Baixo ruído: O uso da tecnologia linear sem qualquer elemento de comutação significa que o ruído é reduzido ao mínimo e os picos irritantes encontrados nas fontes de alimentação comutadas agora são encontrados.

Desvantagens da PSU linear

Eficiência: Devido ao fato de que uma fonte de alimentação linear usa tecnologia linear, ela não é particularmente eficiente. Eficiências de cerca de 50% não são incomuns e, em algumas condições, podem oferecer níveis muito mais baixos.
Dissipação de calor: O uso de um elemento regulador em série ou paralelo (menos comum) significa que quantidades significativas de calor são dissipadas e isso precisa ser removido.
Tamanho: O uso de tecnologia linear significa que o tamanho de uma fonte de alimentação linear tende a ser maior do que outras formas de fonte de alimentação.

Apesar das desvantagens, a tecnologia de fonte de alimentação regulada linear ainda é amplamente utilizada, embora seja mais amplamente utilizada onde são necessários baixo ruído e boa regulação. Uma aplicação típica é para amplificadores de áudio onde a alimentação linear é capaz de fornecer um ótimo desempenho para alimentar todos os estágios do amplificador.

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