Os reguladores de tensão pegam uma tensão de entrada e criam uma tensão de saída regulada, independentemente da tensão de entrada em um nível de tensão fixo ou em um nível de tensão ajustável. Esta regulação automática do nível de tensão de saída é tratada por várias técnicas de feedback. Algumas dessas técnicas são tão simples quanto um diodo Zener. Outros incluem topologias de feedback complexas que melhoram o desempenho, confiabilidade e eficiência e adicionam outros recursos, como aumentar a tensão de saída acima da tensão de entrada para o regulador de tensão.
Os reguladores de tensão são um recurso comum em muitos circuitos para garantir que uma tensão constante e estável seja fornecida aos componentes eletrônicos sensíveis.
Como funcionam os reguladores de tensão linear
Manter uma tensão fixa com uma entrada desconhecida e potencialmente ruidosa requer um sinal de feedback para esclarecer quais ajustes precisam ser feitos. Os reguladores lineares usam um transistor de potência como um resistor variável que se comporta como a primeira metade de uma rede divisora de tensão. A saída do divisor de tensão aciona o transistor de potência apropriadamente para manter uma tensão de saída constante.
Como o transistor se comporta como um resistor, ele desperdiça energia convertendo-a em calor - muitas vezes muito calor. Como a potência total convertida em calor é igual à queda de tensão entre a tensão de entrada e a tensão de saída vezes a corrente fornecida, a potência dissipada muitas vezes pode ser muito alta, exigindo bons dissipadores de calor.
Uma forma alternativa de regulador linear é um regulador shunt, como um diodo Zener. Em vez de atuar como uma resistência em série variável, como faz o regulador linear típico, um regulador de derivação fornece um caminho para o terra para que o excesso de tensão (e corrente) flua. Este tipo de regulador é muitas vezes menos eficiente do que um regulador linear de série típico. Só é prático quando pouca energia é necessária e fornecida.
Como funcionam os reguladores de tensão de comutação
Um regulador de tensão de comutação funciona com um princípio diferente dos reguladores de tensão linear. Em vez de atuar como um dissipador de tensão ou corrente para fornecer uma saída constante, um regulador de comutação armazena energia em um nível definido e usa feedback para garantir que o nível de carga seja mantido com o mínimo de ondulação de tensão. Essa técnica permite que o regulador de comutação seja mais eficiente que o regulador linear, ligando totalmente um transistor (com resistência mínima) somente quando o circuito de armazenamento de energia precisar de uma explosão de energia. Esta abordagem reduz a potência total desperdiçada no sistema para a resistência do transistor durante a comutação à medida que transita de condutora (resistência muito baixa) para não condutora (resistência muito alta) e outras perdas de circuito pequeno.
Quanto mais rápido um regulador de comutação comuta, menos capacidade de armazenamento de energia ele precisa para manter a tensão de saída desejada, o que significa que componentes menores podem ser usados. No entanto, o custo de comutação mais rápida é uma perda de eficiência, pois mais tempo é gasto na transição entre os estados de condução e não condução. Mais energia é perdida com o aquecimento resistivo.
Outro efeito colateral da comutação mais rápida é o aumento do ruído eletrônico gerado pelo regulador de comutação. Usando diferentes técnicas de comutação, um regulador de comutação pode:
- Diminua a tensão de entrada (topologia buck).
- Aumente a tensão (topologia de impulso).
- Ambos diminuem ou aumentam a tensão (buck-boost) conforme necessário para manter a tensão de saída desejada.
Essa flexibilidade torna os reguladores de comutação uma ótima opção para muitas aplicações alimentadas por bateria, pois o regulador de comutação pode aumentar ou aumentar a tensão de entrada da bateria à medida que a bateria descarrega.
