Como Selecionar os Componentes da Fonte de Alimentação que Você Precisa

Criada: Dezembro 14, 2020
Atualizada: Julho 1, 2024

Ao longo dos anos, abri uma boa quantidade de fontes de alimentação e sempre me impressionei com o número de componentes que podiam ser embalados em uma pequena unidade de fonte de alimentação de bancada. Essas coisas estavam apenas reduzindo e retificando AC para DC, certo? Infelizmente, como na maioria dos sistemas eletrônicos, não é tão simples assim, especialmente quando você considera a maneira como os componentes reais da fonte de alimentação operam. Se você precisa projetar uma unidade de baixa potência ou um sistema de alta potência com múltiplos estágios de regulação, precisará de uma gama de componentes de fonte de alimentação para conversão, filtragem, regulação e controle. Compilamos uma lista curta de alguns componentes que você precisará em seu sistema de alimentação, bem como as especificações importantes a observar ao selecionar componentes.

Componentes Importantes da Fonte de Alimentação

Todos os componentes em uma fonte de alimentação são importantes, mas é mais importante agrupar componentes por tarefa dentro de um sistema de regulação de energia. Se você está trabalhando com baixa potência e só precisa de um regulador IC, então há um blog para isso. Veja este artigo para saber como selecionar um regulador de tensão. Caso contrário, seu trabalho é selecionar os componentes certos que se encaixarão em cada estágio do sistema de forma que ele possa operar sem falha térmica ou elétrica. Alguns componentes são universalmente necessários (por exemplo, passivos e MOSFETs de potência) em vários estágios de um sistema de energia, então tentaremos ajudar os novos projetistas de sistemas de energia a se informarem sobre esses pontos. Vamos olhar em ordem, da entrada para a saída de um sistema de fornecimento e condicionamento de energia maior e alguns dos componentes necessários em cada estágio.

Entrada: Retificação e Filtragem

Na entrada, você precisará de alguma filtragem para remover o ruído de modo comum de se propagar para a saída. Se você planeja rodar um sistema DC em uma fonte de energia AC (por exemplo, de um gerador) ou da rede elétrica AC (energia da rede), você precisará de retificação se estiver alimentando um sistema DC. ICs de ponte retificadora estão disponíveis para potências médias (alta tensão/baixa corrente). Sistemas de corrente muito alta não podem passar por um IC, então uma gama de componentes personalizados será necessária. Para diodos retificadores e ICs, observe a tensão/corrente direta e a tensão de ruptura reversa. Você quer garantir que a energia de entrada polarize suficientemente os diodos na ponte, mas não cause ruptura em polarização reversa. Para filtros, você deve olhar para a razão de redução de ruído de modo comum (CMRR) e a resistência DC dos leads. Você quer garantir que a queda de IR seja o mais baixa possível enquanto mantém o CMRR suficientemente alto.

Condicionamento: Correção do Fator de Potência e Estágios de Regulação

Para sistemas de baixa potência, mesmo que eles sejam alimentados pela rede elétrica, você vai querer usar um CI de correção de fator de potência (PFC). Isso é exigido pelas normas IEC e ajudará a manter a eficiência das suas etapas reguladoras a jusante elevadas. Sistemas de alta potência têm os mesmos requisitos, portanto, também precisam de uma etapa PFC, possivelmente com retificação para conversão AC-DC. A primeira etapa de regulação para um sistema de alimentação AC-DC aparece após o circuito PFC e fornece a primeira etapa de conversão de alta potência para a saída desejada. Em sistemas AC-DC, a 1ª etapa reguladora efetivamente converte o ripple residual da retificação e o troca por ruído de alta frequência em uma saída DC estável. As etapas reguladoras a jusante então aumentam ou diminuem a potência conforme necessário para fornecer a tensão ou corrente necessária a diferentes subsistemas. Valores de tensão e corrente de entrada/saída são importantes aqui, mas a eficiência também é.

Exemplo de aplicação do circuito PFC Renesas ISL6731BFBZ-T. Circuitos semelhantes podem ser construídos a partir de componentes discretos para sistemas de alta potência. Retirado do datasheet do ISL6731BFBZ-T.

Feedback e Controle

É aqui que o design de fontes de alimentação se torna muito interessante. O braço de feedback do sistema é uma área onde a potência precisa ser devolvida a um estágio anterior no regulador ou a uma unidade de detecção para controlar a conversão. Isso é tudo sobre garantir que o sistema sempre forneça energia estável enquanto a tensão de alimentação estiver acima de um mínimo. Construir um loop de feedback e controle requer isolamento, bem como um driver personalizado para ajustar a saída de qualquer uma das etapas reguladoras.

Há uma variedade de especificações diferentes a serem observadas ao selecionar esses componentes. Para componentes em um loop de feedback, onde a saída precisa ser sentida e usada para fornecer controle de precisão, as especificações de tensão/corrente de entrada são provavelmente as mais importantes. Para circuitos de driver/controle PWM, você precisará combinar a frequência PWM ao valor ideal para a seção reguladora. As classificações de proteção contra ESD também são importantes aqui, pois você precisa garantir que o sistema não falhará no caso de uma descarga perigosa no loop de controle.

O UCC24612 da Texas Instruments usado na retificação síncrona de baixo lado. Do datasheet do UCC24612.

Outros Componentes de Fornecimento de Energia

Outros componentes que você pode precisar em um fornecimento de energia incluem uma gama de passivos, que aparecem em todas as seções acima de alguma forma. Se você está projetando um conversor/regulador de energia personalizado para um regulador de alta potência, provavelmente acabará usando dezenas de capacitores. Em um projeto recente para um veículo não tripulado, usamos mais de 100 capacitores apenas na seção de regulação de energia para garantir uma saída de energia estável.

Quando você precisa selecionar componentes de fornecimento de energia, você precisa usar um motor de busca com recursos avançados de busca e filtragem. Octopart oferece uma solução completa para aquisição de eletrônicos e gestão da cadeia de suprimentos, e você terá acesso a uma gama de componentes para diferentes aplicações. Confira nossa página de circuitos integrados de gerenciamento de energia para encontrar alguns componentes especializados que você precisará para o seu próximo regulador de energia.

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