Conheça três tipos diferentes de reguladores de tensão

Falemos um pouco sobre os vários tipos de reguladores de tensão e seus diversos usos. Vamos ver como são as aplicações especificas dos mais diversos tipos de reguladores de tensão?

Você conhece os tipos de reguladores de tensão? Quando uma tensão estável e confiável é necessária, os reguladores de tensão são o componente principal. Eles recebem uma tensão de entrada e criam uma tensão de saída regulada, independentemente da tensão de entrada em um nível de tensão fixo ou ajustável.

Essa regulação automática do nível de tensão de saída é tratada por várias técnicas de feedback, algumas tão simples quanto um diodo Zener, enquanto outras incluem topologias de feedback complexas que podem melhorar o desempenho, a confiabilidade, a eficiência e adicionar outros recursos, como aumentar a tensão de saída acima da tensão de entrada.

Principais tipos de reguladores de tesão

Existem vários tipos de reguladores de tensão utilizados em eletrônica. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns:

1. Regulador Linear: Também conhecido como regulador de tensão linear, é um dispositivo que utiliza componentes eletrônicos, como transistores, para fornecer uma tensão regulada. Ele opera através do ajuste de sua resistência interna para manter uma tensão de saída constante, independentemente das variações na tensão de entrada ou na carga.
2. Regulador de Tensão comutado (Switching): Também chamado de regulador de tensão chaveado, é um tipo de regulador que utiliza técnicas de comutação para fornecer uma tensão regulada. Ele opera através do chaveamento rápido de dispositivos eletrônicos, como transistores MOSFET ou IGBTs, para controlar eficientemente a tensão de saída.
3. Regulador de Tensão de Comutação Síncrona: É uma variação do regulador de tensão comutado, que utiliza um transistor de comutação síncrono adicional em conjunto com o transistor principal para melhorar a eficiência energética. Esses reguladores reduzem as perdas de energia causadas pelos diodos de retificação presentes nos reguladores de tensão comutados convencionais.
4. Regulador de Tensão Ajustável: É um tipo de regulador que permite ao usuário ajustar a tensão de saída dentro de uma faixa especificada. Geralmente, eles são baseados em reguladores lineares ou comutados e incluem um potenciômetro ou outro dispositivo de ajuste para alterar a tensão de saída conforme desejado.
5. Regulador de Tensão de Comutação de Alta Frequência: São reguladores de tensão comutados que operam em frequências muito altas, geralmente na faixa de megahertz ou gigahertz. Eles são usados em aplicações que exigem um tamanho compacto, alta eficiência e resposta rápida.

Esses são apenas alguns exemplos de tipos de reguladores de tensão comumente utilizados. Cada tipo possui características distintas e é adequado para diferentes aplicações, dependendo dos requisitos de tensão, eficiência, tamanho e custo.

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O que é um regulador de tensão?

Um regulador de tensão é um sistema projetado para manter automaticamente uma tensão constante. Um regulador de tensão pode usar um design de feed-forward simples ou pode incluir feedback negativo.

Ele pode usar um mecanismo eletromecânico ou componentes eletrônicos. Dependendo do projeto, pode ser usado para regular uma ou mais tensões CA ou CC.

Reguladores eletrônicos de tensão são encontrados em dispositivos como fontes de alimentação de computador, onde estabilizam as tensões CC usadas pelo processador e outros elementos. 

Nos alternadores automotivos e usinas geradoras de centrais elétricas, os reguladores de tensão controlam a saída da usina. 

Em um sistema de distribuição de energia elétrica, os reguladores de tensão podem ser instalados em uma subestação ou ao longo das linhas de distribuição para que todos os clientes recebam tensão constante, independentemente de quanta energia é retirada da linha.

Reguladores de tensão são dispositivos, geralmente formados por semicondutores, tais como diodos e circuitos integrados, que tem por finalidade a manutenção da tensão de saída de um circuito elétrico.

Sua função principal é manter a tensão produzida pelo gerador nos limites exigidos pela bateria ou sistema elétrico que está alimentando. Um regulador de tensão é incapaz de gerar energia.

A tensão de entrada deve ser sempre superior à sua tensão de regulagem nominal. Dependendo do projeto, ele pode ser usado para regular uma ou mais tensões AC, ou DC.

Reguladores de tensão são encontrados em dispositivos como fontes de alimentação variadas, em alternadores automotivos e centrais de usinas elétricas, nesse último caso o regulador de tensão é utilizado para distribuir uma tensão constante para todos os clientes.

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Quais os tipos de reguladores de tensão?

Vários tipos diferentes de reguladores de tensão variam de muito acessíveis a muito eficientes. O tipo de regulador de tensão mais acessível e geralmente o mais fácil de usar são os reguladores de tensão lineares.

Os reguladores lineares são de vários tipos, são muito compactos e usados ​​frequentemente em sistemas de baixa tensão e baixa potência.

Os reguladores de comutação são muito mais eficientes do que os reguladores de tensão linear, mas são mais difíceis de trabalhar e mais caros.

Reguladores de tensão lineares

Uma das maneiras mais básicas de regular a tensão e fornecer uma tensão estável para a eletrônica é usar um regulador de tensão linear de 3 pinos padrão como o LM7805, que fornece uma saída de 5 volts e 1 amp com uma tensão de entrada de até 36 volts (dependendo do modelo).

Os reguladores lineares funcionam ajustando a resistência efetiva em série do regulador com base em uma tensão de realimentação, tornando-se essencialmente um circuito divisor de tensão. 

Isso permite que o regulador produza uma tensão constante efetiva, independentemente de qual carga de corrente é colocada nele, até sua capacidade atual.

Uma das grandes desvantagens dos reguladores de tensão linear é a grande queda de tensão mínima no regulador de tensão, a qual é de 2.0 volts no regulador de tensão linear LM7805 padrão. Isso significa que, para obter uma saída estável de 5 volts, é necessária pelo menos uma entrada de 7 volts. 

Essa queda de tensão desempenha um papel importante na energia dissipada pelo regulador linear, que precisaria dissipar pelo menos 2 watts se estivesse fornecendo uma carga de 1 A (queda de tensão de 2 volts vezes 1 A). A dissipação de energia piora quanto maior a diferença entre a tensão de entrada e saída. 

Assim, por exemplo, enquanto uma fonte de 7 volts regulada para 5 volts fornecendo 1 amp dissiparia 2 watts através do regulador linear, uma fonte de 10 volts regulada para 5 volts fornecendo a mesma corrente dissiparia 5 watts, tornando o regulador apenas 50 por cento eficiente.

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Reguladores tensão de comutação

Os reguladores lineares são ótimas soluções para aplicações de baixo consumo e baixo custo, onde a diferença de tensão entre a entrada e a saída é baixa e não é necessária muita energia. 

A maior desvantagem dos reguladores lineares é que eles são ineficientes, e é aí que os reguladores de comutação entram em cena.

Quando alta eficiência é necessária ou é esperada uma ampla faixa de tensão de entrada, incluindo tensões de entrada abaixo da tensão de saída desejada, um regulador de comutação se torna a melhor opção. 

Os reguladores de tensão de chaveamento têm eficiência de energia de 85% ou mais em comparação com as eficiências lineares de reguladores de tensão que geralmente estão abaixo de 50%.

Os reguladores de comutação geralmente exigem componentes extras sobre os reguladores lineares, e os valores dos componentes têm muito mais efeito sobre o desempenho geral dos reguladores de comutação do que os reguladores lineares.

Também há mais desafios de projeto no uso efetivo de reguladores de comutação, sem comprometer o desempenho ou o comportamento do restante do circuito, resultante do ruído eletrônico que o regulador pode gerar.

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Comparativo entre Reguladores Lineares vs Reguladores de Comutação

Fontes de alimentação CC simples podem ser elaboradas com retificadores. Mas eles sofrem com mudanças na entrada ou na carga. Isso iniciou o desenvolvimento dos circuitos reguladores lineares (série / shunt).

Os reguladores lineares mantêm uma tensão constante, variando sua resistência à mudança de tensão de entrada de contrapeso. Ainda assim, a eficiência desse sistema é baixa.

Eles são pesados ​​e não flexíveis o suficiente para serem escolhidos para cada aplicação. Assim, a fonte de alimentação comutada (SMPS) foi projetada.

Os SMPSs usam uma chave de alta frequência com ciclo de trabalho variável para manter a tensão de saída. A variação da tensão de saída causada pela comutação é filtrada por um filtro LC.

Os sistemas de fonte de alimentação de modo comutado devem sua origem aos dias em que os rádios valvulados ou de tubo de automóveis precisavam de um grande suprimento de HT.

Por exemplo, o rádio precisaria de 150 V DC para ser gerado a partir de um sistema de energia de automóvel de normalmente 12 V DC. Hoje encontramos aplicações SMPS na grande maioria dos eletrônicos.

Fontes de alimentação comutadas são basicamente conversores DC – DC. Se a entrada for CA, a entrada é primeiro retificada para a tensão CC. Portanto, dependendo da entrada, um SMPS pode ter dois (DC – AC, AC – DC) ou três (AC – DC, DC – AC, AC – DC) estágios.

Os dois tipos de reguladores têm suas vantagens diferentes:

• Os reguladores lineares são melhores quando o ruído de baixa saída (e baixo ruído irradiado de RFI ) é necessário
• Os reguladores lineares são melhores quando uma resposta rápida a distúrbios de entrada e saída é necessária
• Em níveis de baixa potência, os reguladores lineares são mais baratos e ocupam menos espaço na placa de circuito impresso
• Os reguladores de comutação são melhores quando a eficiência de energia é crítica, exceto que os reguladores lineares são mais eficientes em um pequeno número de casos (como um microprocessador de 5 V frequentemente no modo “hibernar” alimentado por uma bateria de 6 V, se a complexidade do circuito de comutação e a corrente de carga da capacitância da junção significa uma alta corrente quiescente no regulador de comutação).
• Reguladores de comutação são necessários quando a única fonte de alimentação é uma tensão CC e uma tensão de saída mais alta é necessária.
• Em níveis de energia acima de alguns watts, alternar os reguladores são mais baratos (por exemplo, o custo de remoção do calor gerado é menor)

Diodos Zener

Uma das maneiras mais simples de regular a tensão é com um diodo Zener. 

Enquanto um regulador linear é um componente bastante básico, com poucos componentes extras necessários para o trabalho e muito pouca complexidade de projeto, um diodo Zener fornece regulação de tensão adequada em alguns casos, com apenas um único componente.

Como um diodo Zener desvia toda a tensão extra acima do seu limite de voltagem de ruptura para o terra, ele pode ser usado como um regulador de tensão muito simples, com a tensão de saída puxada pelas pontas do diodo Zener.

No entanto, os diodos Zener costumam ter capacidade limitada para lidar com energia, o que limita onde eles podem ser usados ​​como reguladores de tensão apenas para aplicações de energia muito baixa. 

Ao usar diodos Zener dessa maneira, é melhor limitar a energia disponível que pode fluir através do Zener selecionando estrategicamente um resistor de tamanho adequado.

Estes são os tipos de reguladores de tensão existentes e seus usos específicos.

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Perguntas Frequentes