A6 Fontes de alimentação e conversores AC/DC

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Toda fonte de alimentação tem a mesma missão: converter a energia elétrica disponível, normalmente corrente alternada da rede, em uma tensão de corrente contínua estável e regulada. Os reguladores lineares são a solução mais simples: eles absorvem o excesso de tensão dissipando-o como calor em um transistor colocado em série com a carga — o mesmo efeito Joule descrito pelo modelo de resistência e pela lei de Ohm. Eles são de baixo ruído e têm uma resposta muito rápida, mas sua eficiência energética é baixa justamente porque desperdiçam toda a diferença entre a tensão de entrada e a de saída como calor.

Os conversores de modo chaveado, por outro lado, transferem energia de forma muito mais eficiente usando uma chave de alta velocidade juntamente com um indutor e um capacitor que armazenam e liberam energia em cada ciclo de chaveamento, empregando a mesma capacidade de armazenamento de energia descrita pelo modelo de componente reativo. O conversor buck, o mais comum de todos, fornece uma tensão de saída diretamente proporcional à fração de tempo em que a chave permanece fechada em cada ciclo. O conversor boost faz o oposto, fornecendo uma tensão de saída maior que a tensão de entrada, que aumenta à medida que essa fração de tempo se aproxima do ciclo completo.

Aumentar a frequência de comutação permite o uso de indutores e capacitores menores e mais compactos, mas também aumenta as perdas associadas a cada chave individual, resultando em uma relação de compromisso entre tamanho e eficiência. Os conversores ressonantes mais sofisticados alcançam comutação praticamente sem perdas, utilizando a mesma frequência de ressonância descrita pelo modelo de componente reativo, e atingem as maiores eficiências disponíveis atualmente em carregadores e fontes de alimentação modernos.

Portanto, este módulo, que começa com duas maneiras diferentes de converter corrente alternada em corrente contínua, conclui mostrando que a vantagem de eficiência de um conversor de modo comutado sobre um linear tem um preço: é paga com maior complexidade de projeto e uma nova relação de compromisso entre o tamanho do componente e as perdas de cada chave, uma relação de compromisso que um regulador linear simplesmente não precisa enfrentar.

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