O princípio de funcionamento do regulador comutado

Os reguladores comutados são reguladores de tensão eficientes que controlam a corrente através da comutação rápida de elementos de comutação (como MOSFETs) e alcançam a regulação de tensão por meio de componentes de armazenamento de energia (como indutores ou capacitores). Aqui está uma explicação de como eles funcionam e seus componentes-chave:

1. Controle do Elemento de Comutação

O núcleo de um regulador comutado é um elemento de comutação que se alterna periodicamente entre o estado LIGADO e o estado DESLIGADO. Quando o elemento de comutação está no estado LIGADO, a tensão de entrada é transferida através do elemento de comutação para o indutor; quando o elemento de comutação está no estado DESLIGADO, a corrente no indutor é forçada a continuar fluindo através do diodo (ou retificador síncrono) no final da saída.

2. O papel dos indutores e capacitores

• Indutor: Como componente de armazenamento, ele armazena energia quando o elemento de comutação está conduzindo e libera energia quando o elemento de comutação é desligado.

• Capacitor: Conectado em paralelo na saída para suavizar a tensão de saída e reduzir o ruído causado pela interrupção da corrente do indutor.

3. Controle por Modulação de Largura de Pulso (PWM)

A PWM é um método para controlar a proporção de tempo de condução e corte dos elementos de comutação. Ajustando o ciclo de trabalho (ou seja, a relação entre o tempo de condução e o período total) do sinal PWM, é possível controlar a velocidade com que os indutores armazenam e liberam energia, assim regulando a magnitude da tensão de saída.

4. Loop de Retroalimentação

Para manter a estabilidade da tensão de saída, geralmente é incluído um loop de retroalimentação nos reguladores comutados tipo buck. Este loop monitora a tensão de saída e a compara com uma tensão de referência. Se a tensão de saída se desviar do valor definido, o loop de retroalimentação ajusta o ciclo de trabalho do sinal PWM para aumentar ou diminuir a transferência de energia do indutor, mantendo assim a estabilidade da tensão de saída.

5. Modos de Funcionamento

• Modo de Condução Contínua (CCM): Sob condições de carga pesada, a corrente no indutor nunca cai a zero ao longo de todo o ciclo de comutação.

• Modo de Condução Descontínua (DCM): ou Modo Burst: Sob condições de carga leve ou sem carga, o regulador pode entrar nesses modos para melhorar a eficiência e reduzir o consumo de potência em ociosidade.

6. Eficiência e Gerenciamento Térmico

Como a ação de comutação do elemento de comutação gera certas perdas, a eficiência do regulador comutado não é 100%. No entanto, designs de alta eficiência podem ser alcançados otimizando a seleção de elementos de comutação, reduzindo as perdas de comutação e condução. Ao mesmo tempo, medidas apropriadas de gerenciamento térmico (como dissipadores de calor) também são necessárias para evitar o superaquecimento e manter a confiabilidade do regulador.

Resumo

Os reguladores comutados alcançam a regulação de tensão eficiente e estável através do mecanismo acima e são amplamente utilizados em diversos dispositivos eletrônicos, como computadores, telefones celulares, TVs, etc., garantindo que esses dispositivos possam operar normalmente sob várias condições de tensão de entrada.