Novos Eletrônicos

Fontes de alimentação isoladas galvanicamente são usadas em inúmeras aplicações. Existem diferentes razões para isso.

Em alguns circuitos, o isolamento galvânico é necessário devido a considerações de segurança. Em outros circuitos, o isolamento funcional é usado para bloquear qualquer interferência nos sinais.

Uma fonte de alimentação isolada galvanicamente é geralmente projetada com um conversor flyback. Esses reguladores têm um design muito simples. A Figura 1 mostra um projeto típico para tal regulador com um controlador flyback ADP1071.

Podemos ver que é um conversor flyback porque os pontos não coincidem no transformador. Um interruptor de alimentação do lado primário (Q1) é utilizado. Além disso, é necessário um circuito retificador do lado secundário. Isso pode ser executado com um diodo Schottky, mas para maior eficiência, um interruptor ativo (Q2 na Figura 1) é comumente usado. O controlador ADP1071 correspondente cuida de controlar as chaves e fornecer o isolamento galvânico para o caminho de realimentação FB.

Figura 1. Regulador flyback típico (conversor flyback) para potência de até aproximadamente 60W.

Embora os conversores flyback sejam muito populares, essa topologia tem limitações práticas. O transformador T1 na Figura 1 não é realmente usado como um transformador clássico. Quando Q1 está no estado ligado, nenhuma corrente flui através do enrolamento secundário de T1. A energia da corrente do lado primário é quase completamente armazenada no núcleo do transformador.

Da mesma forma que um conversor buck armazena energia em uma bobina (indutor), um conversor flyback faz isso no transformador. Quando Q1 está desligado, um fluxo de corrente se desenvolve no lado secundário de T1. Isso fornece energia ao capacitor de saída COUT e à saída. Este conceito é muito fácil de implementar, mas tem limitações inerentes em potências mais altas. O transformador T1 é utilizado como elemento armazenador de energia. Por esse motivo, o transformador também pode ser chamado de indutor acoplado (choke). Isso requer que o transformador possa armazenar a energia necessária. Quanto maior a classe de energia da fonte de alimentação, maior e mais caro o transformador. Na maioria das aplicações, o limite superior é de aproximadamente 60 W.

Se uma fonte de alimentação isolada galvanicamente for necessária para maior potência, um conversor direto é uma escolha adequada. O conceito é mostrado na Figura 2. Aqui, o transformador é realmente usado como um transformador clássico. Enquanto a corrente flui através de Q1 no lado primário, um fluxo de corrente também se desenvolve no lado secundário. O transformador, portanto, não precisa fornecer qualquer capacidade de armazenamento de energia. Na verdade, o oposto é verdadeiro. Deve-se garantir que o transformador esteja sempre descarregado durante o tempo de desligamento de Q1 para que não atinja inadvertidamente a saturação após alguns ciclos.

Figura 2. Regulador direto (conversor direto) para potência de até aproximadamente 200W.

Para a mesma potência, um conversor direto precisa de um transformador menor do que um conversor flyback. Isso torna o conversor direto prático e sensível para uso mesmo em níveis de potência inferiores a 60W. Uma desvantagem é que o núcleo do transformador deve ser liberado da energia armazenada acidentalmente a cada ciclo, o que é implementado pela fiação do grampo ativo com a chave Q4 e o capacitor CC na Figura 2. Um conversor direto também geralmente requer um indutor adicional L1 no lado da saída . Porém, com isso, a tensão de saída também pode ter uma ondulação menor que a de um conversor flyback no mesmo nível de potência.

Figura 3. Exemplo de circuito com um ADP1074 simulado no LTspice.

ICs de gerenciamento de energia, como o ADP1074 da Analog Devices, oferecem uma solução muito compacta para projetar um conversor direto.

Esta arquitetura é normalmente utilizada quando são necessários níveis de potência superiores a aproximadamente 60W. Abaixo de 60 W, um conversor direto também pode ser uma escolha melhor do que um conversor flyback com base na complexidade do circuito e nas eficiências alcançáveis. Para simplificar a decisão sobre qual topologia usar, a simulação com o simulador de circuito livre LTspice é recomendada. A Figura 3 mostra o esquema de simulação de um circuito conversor direto ADP1074 no ambiente de simulação LTspice.