Regulação Linear vs. Conversor Chaveado

   Olá. Hoje falarei brevemente sobre as diferenças, vantagens e desvantagens entre a regulação linear e a conversão chaveada, para entender um pouco sobre o que se trata essas denominações.

   Na regulação linear existe um componente em série com a entrada, que segura certa tensão sobre ele, regulando a tensão na saída. Para entender o problema desse método, vamos ilustrar um exemplo simples:

   Suponha uma fonte cuja saída é de 10 Volts e 1A, porém a tensão de entrada é de 30 Volts. Se há 30 Volts na entrada e 10 Volts na saída, então a tensão sobre o elemento regulador é de 20V. Se a corrente na carga (na saída) é de 1A, então a corrente no elemento regulador também é de 1A, pois eles estão em série. Se existe 20V de tensão sobre o elemento regulador, e uma corrente de 1A atravessando-o, então a potência dissipada por esse elemento é de 20W!!! A potência na carga é de 10W e a potência total fornecida pela entrada é de 30W. Fazendo os cálculos, percebe-se que a eficiência da fonte é de 33%. Se você fizer mais uns cálculos, poderá se convencer que a eficiência da fonte é igual a tensão na saída dividida pela tensão na entrada. Ou, de outro modo:

   Esta é a principal desvantagem da regulação linear e, para projetos que envolvem grande potência, essa característica torna inviável a utilização de uma fonte linear. Porém ela tem suas vantagens, caso contrário já teria sido deixada de lado. Suas vantagens são a simplicidade, pois é relativamente fácil montar fontes lineares e chaveadas usando CI's hoje em dia, mas é possível implementar uma regulação linear utilizando somente componentes discretos, como transistores e diodos zeners, o que é bastante complicado de se fazer para uma fonte chaveada. Outra vantagem é o bom custo/benefício desse tipo de regulação para projetos de baixa potência.

   A conversão chaveada é uma técnica que permite um aproveitamento muito melhor da potência fornecida pela entrada, o que significa uma eficiência energética muito maior.

   Imagine aquele elemento regulador, mas agora ele funciona como uma chave. Ora está aberta e ora está fechada. Se esta "chave" está fechada, há uma corrente fluindo sobre ela, mas, idealmente, não há tensão. Se a chave está aberta, ela segura sobre si toda a tensão possível, mas não há corrente fluindo por ela. Devido a isso, não importa se ela está aberta ou fechada, não há dissipação de potência nesta chave.

   Imagine que a chave fique metade do tempo aberta e metade do tempo fechada. Então, durante metade do tempo você tem toda a tensão de entrada na carga e, durante metade do tempo, você não tem nenhuma tensão na carga. Isso gera uma tensão média na carga que é metade da tensão total da entrada. Claro que isso não é uma tensão CC pura, mas com a ajuda de alguns componentes de filtragem, é possível tornar essa tensão uma tensão CC pura. A vantagem desse método é que, idealmente, temos 100% de eficiência energética. Claro que a vida real não é igual a teoria, temos perdas na própria chave, principalmente quando ela passa da região de corte até a região de saturação, temos também perdas nos componentes, etc. Mas, mesmo assim, obtemos uma alta eficiência nesse tipo de método, que é sua principal vantagem.

   A principal característica das fontes chaveadas, além de sua alta eficiência energética, é a boa relação potência/volume e potência/peso. Tome uma fonte de 100W, com saída de 12V como exemplo. Para obter essa potência com uma fonte linear, teríamos que ter um transformador que fornecesse cerca de 8 Ampères. Um transformador de 8A é maior e mais pesado que uma fonte genérica de computador. E mesmo a maioria das fontes genéricas de computador (que são fontes chaveadas), conseguem fornecer mais que 100W. Desse exemplo percebemos a relação potência/volume e potência/peso das fontes chaveadas, que eu havia comentado.

   Claro que este post toca muito superficialmente sobre um assunto, no mínimo, bastante vasto. Existem vários tipos de topologias de fontes chaveadas, muitos outros pontos a serem observados sobre elas e muito mais para falar sobre a regulação linear. Mas este post serve para dar uma ideia do motivo pelo qual se usa uma fonte chaveada. Ela tem uma eficiência energética maior, além de ser mais leve e menos volumosa se comparada com uma fonte linear de mesma potência. O motivo pelo qual não devemos usar uma fonte chaveada é pela maior complexidade. Se eu quero construir uma "fontezinha" para ligar um LED, não se justifica usar uma fonte chaveada. Isso é análogo a querer matar mosca a tiro de revólver. É um empreendimento desnecessário. Essa análise custo/benefício fica a critério do projetista da fonte.

   Por hoje é só, abraço e se cuidem. Continuem estudando muito, pois o estudo é um investimento com retorno não apenas financeiro, mas também cultural. Até a próxima...