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O que é uma Fonte de Alimentação Digital: Noções Básicas

2 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 7 min

Muitos fabricantes estão agora anunciando e vendendo fontes de alimentação digitais – essas fontes oferecem maior desempenho

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Nosso Tutorial de Circuitos de Fonte de Alimentação Inclui:

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As fontes de alimentação digitais estão sendo usadas cada vez mais, pois são capazes de fornecer níveis aprimorados de desempenho em relação às fontes de alimentação mais tradicionais.

Os termos fonte de alimentação digital e energia digital estão sendo usados por muitas empresas para descrever seus novos produtos de fonte de alimentação.

Energia digital e fonte de alimentação digital podem significar coisas diferentes para pessoas diferentes. Para alguns, o termo fonte de alimentação digital pode se referir vagamente a uma fonte de alimentação que usa tecnologia de comutação, ou seja, uma fonte de alimentação comutada.

Mas o termo energia digital ou fonte de alimentação digital realmente se refere a uma fonte de alimentação na qual a tecnologia digital é usada dentro do circuito de realimentação e para controle da fonte. Em outras palavras, uma fonte de alimentação digital usa tecnologia digital para o controle e monitoramento da saída, bem como outros aspectos da operação da fonte.

Sumário

O QUE É UMA FONTE DE ALIMETAÇÃO DIGITAL: UMA DEFINIÇÃO

Muitas pessoas podem perguntar: o que é fonte de alimentação digital? A resposta para isso é fornecer inicialmente uma definição de fonte de alimentação e, em seguida, aprofundar o tópico para preencher os detalhes.

A fonte de alimentação pode ser definida como aplicações de energia que usam soluções gerenciadas e controladas digitalmente para fornecer configuração, monitoramento, feedback e funções de supervisão ou controle que se estendem ao controle de loop completo usando algoritmos digitais de hardware e software.

NOÇÕES BÁSICAS DE FONTE DE ALIMENTAÇÃO DIGITAL

O objetivo de uma fonte de alimentação é converter uma tensão de entrada fixa ou variável em uma tensão de saída fixa.

Para fornecer as saídas de tensão precisas reguladas, as fontes de alimentação usam feedback negativo para detectar o erro da saída necessária medida em relação a uma referência definida e alimentar essa tensão de erro de volta à entrada para corrigir o erro.

A maneira tradicional de realizar esse feedback é usar técnicas analógicas, mas também pode ser realizada usando técnicas digitais. Isso permite níveis muito maiores de flexibilidade e oferece a possibilidade de desempenho aprimorado.

Normalmente, as técnicas de energia digital são aplicadas para comutação de fontes de alimentação. Estes operam com um transistor de passagem em série que é ligado e desligado. Quanto mais tempo permanecer ligado, mais o capacitor de saída poderá carregar e, portanto, maior será a tensão de saída. Em outras palavras, a chave é modulada por largura de pulso.

O ciclo de trabalho da modulação por largura de pulso é controlado pelo loop de feedback dentro da fonte de alimentação. Se a tensão de saída cair muito, ou a carga for aumentada, a largura do pulso é aumentada para permitir que mais carga seja extraída do capacitor de saída sem que a tensão caia. Da mesma forma, se a carga for reduzida, a largura do pulso também será reduzida para manter a mesma tensão de saída.

No caso de uma fonte de alimentação digital, a malha de realimentação usada para controlar a modulação da largura de pulso é digital.

Para conseguir isso, o sinal de feedback é convertido em um número digital usando um conversor analógico para digital.

O número do sinal de feedback resultante é comparado digitalmente com um número de referência definido da tensão necessária e um termo de erro é gerado.

O termo de erro é inserido em um equivalente digital de um filtro de loop. Isso é conhecido como um filtro proporcional-integral-derivado ou PID. Os três termos correspondem a três elementos do filtro que atuam em paralelo:

Proporcional: Este elemento da realimentação da fonte de alimentação digital fornece o ganho para o sinal de erro. Se o ganho for definido como alto, a tensão de saída da fonte retornará rapidamente ao valor necessário.
Integral: O caminho Integral dentro do circuito de feedback da fonte de alimentação digital é o tempo integral das voltagens de erro anteriores e permite que uma voltagem de saída constante seja mantida mesmo quando o sinal de erro é zero.
Derivativo: Este caminho dentro do circuito de feedback para a fonte de alimentação digital define a taxa de mudança para o sinal de erro. À medida que a saída da oferta retorna mais próxima do valor requerido, a taxa de variação é reduzida e desta forma o overshoot é consideravelmente reduzido.

O uso de todos os três elementos no circuito de feedback para a fonte de alimentação digital permite que a estabilidade do circuito seja mantida enquanto ainda mantém um erro de deslocamento zero.

VANTAGENS DA FONTE DE ALIMENTAÇÃO

Há muitas razões para usar fontes de alimentação digitais; vantagens de energia digital significam que ela tem muito a oferecer.

Os parâmetros podem ser alterados durante a operação: As fontes de alimentação digitais oferecem uma flexibilidade considerável. Uma maneira pela qual isso pode ser usado com vantagem é alterar as características da fonte de alimentação enquanto ela está em operação. Isso pode ser usado, por exemplo, para alterar as características se a carga mudou de plena carga para muito pequena, ou se a temperatura mudou, etc.
Compensação de desvio de componente: Um algoritmo pode ser introduzido em uma fonte de alimentação digital para compensar as alterações nos valores dos componentes devido ao aumento de temperatura, variações de tolerância e até mesmo envelhecimento.
Operação coordenada: Muitas fontes de alimentação têm muitas saídas diferentes. O uso de um suprimento digital pode facilitar a adaptação da resposta dos suprimentos para que as alterações em um possam afetar a saída de outros. Um exemplo simples pode ser que um suprimento deve surgir após os outros em determinadas situações. Embora um exemplo simples como este possa ser implementado usando uma fonte analógica, funções mais complicadas podem ser implementadas muito mais facilmente usando uma fonte de alimentação digital.
Loop de feedback mais rápido: O uso de um loop de feedback analógico com seus capacitores inerentes, etc, tende a diminuir o tempo de resposta da fonte de alimentação geral a quaisquer alterações. O uso de uma fonte de alimentação digital pode melhorar seu tempo de resposta a quaisquer alterações.
Melhore o desempenho de EMI: EMI é um aspecto importante de qualquer projeto e, para a comutação de fontes de alimentação, pode ser um grande problema, pois os picos de comutação podem aumentar as emissões irradiadas. A tecnologia de fonte de alimentação digital pode ajudar isso alterando a taxa de ativação do MOSFET de potência em série em resposta a mudanças na carga.

Há muitas vantagens em usar a tecnologia de fonte de alimentação digital. Como resultado, essa tecnologia está sendo usada cada vez mais em projetos de fontes de alimentação de todos os tipos.

IMPLEMENTANDO A FONTE DE ALIMENTAÇÃO DIGITAL

As fontes de alimentação digitais geralmente são construídas em torno de ICs de alimentação digital que foram projetados especificamente para essas aplicações.

Uma nova geração de chips de energia digital foi desenvolvida por várias empresas de gerenciamento de energia e elas formam a base das fontes de alimentação resultantes. Grande parte do trabalho de desenvolvimento já foi feito e os kits de desenvolvimento estão disponíveis para permitir que os projetos sejam lançados no mercado mais rapidamente.

As fontes de alimentação digitais estão sendo vistas cada vez mais no mercado. Além disso, o termo está sendo usado indiscriminadamente por muitos para descrever uma fonte que pode ser apenas uma fonte de alimentação comutada. Às vezes, é necessário observar atentamente a especificação da fonte para garantir que ela seja uma fonte de alimentação digital real e que esteja fornecendo desempenho aprimorado em relação a outros tipos mais tradicionais.

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