Começar um regulador de comutação , este circuito é altamente eficiente e não desperdiça ou dissipa energia, ao contrário dos reguladores lineares como IC 7812, IC LM317 ou IC LM338.
Por que reguladores lineares como 7812, LM317 e LM338 são conversores abaixadores ruins?
Reguladores lineares como o 7812 e o LM317 são considerados conversores abaixadores ineficientes devido às suas características operacionais.
Em um regulador linear, o excesso de tensão de entrada sofre dissipação na forma de calor. Isso implica que a queda de tensão entre os terminais de entrada e saída é simplesmente 'queimada' como energia desperdiçada. O regulador linear funciona atuando como um resistor variável, ajustando sua resistência para dissipar a energia excedente e regular a tensão de saída.
Este processo de dissipação leva a uma considerável perda de potência e baixa eficiência. A eficiência de um regulador linear é determinada pela relação entre a potência de saída e a potência de entrada. À medida que a diferença de tensão de entrada-saída aumenta, a potência dissipada como calor, que é a diferença de tensão multiplicada pela corrente de saída, também aumenta. Consequentemente, a eficiência diminui à medida que o diferencial de tensão entre a entrada e a saída aumenta.
Por exemplo, ao usar um regulador linear para regular uma entrada de 24 V para 12 V, o excesso de 12 V é dissipado como calor. Isso pode resultar em desperdício substancial de energia e exigir mecanismos de resfriamento adicionais em aplicações que envolvam alta potência.
Em contraste, os reguladores de comutação (como conversores buck ) são mais eficientes para conversão step-down. Eles utilizam uma combinação de indutores, capacitores e interruptores para converter a tensão de forma eficiente.
Os reguladores de comutação armazenam energia durante uma fase do ciclo de comutação e a fornecem durante outra, minimizando assim a dissipação de energia na forma de calor. Dependendo do projeto específico, os reguladores de comutação podem atingir eficiências que variam de 80 a 95% ou até mais.
Em resumo, embora os reguladores lineares como o 7812 e o LM317 sejam diretos e econômicos, eles não são a escolha mais eficiente para conversão redutora quando a eficiência de energia é uma preocupação significativa.
Descrição do Circuito
A figura abaixo mostra o diagrama básico do conversor de 24 V para 12 V.
O regulador chaveador utilizado é um modelo comum da Motorola: o µA78S40.
A figura a seguir apresenta a estrutura interna deste circuito integrado, que inclui vários componentes necessários para um regulador chaveador: oscilador, flip-flop, comparador, fonte de referência de tensão, driver e transistores chaveadores.
Além disso, existe um amplificador operacional que não é necessário para esta aplicação. A filtragem e suavização da fonte de alimentação são tratadas pelos capacitores C3 a C7.
O capacitor C1 determina a frequência do oscilador, enquanto os resistores R1, R5 e R6 ajudam a limitar a corrente de saída do conversor.
A tensão no resistor R1 é proporcional à corrente fornecida pelo conversor.
Ao definir uma diferença de tensão de cerca de 0,3 V entre os pinos 13 e 14 do µA78S40, os resistores R6 e R7 criam um divisor de tensão, permitindo que a limitação de corrente ocorra em torno de 5A.
A fonte de referência de tensão, desacoplada pelo capacitor C2, está disponível no pino 8 do IC1.
Esta tensão de referência é aplicada à entrada não inversora do comparador interno do IC1. A entrada inversora é ajustada para um potencial proporcional à tensão de saída do conversor.
Para manter uma tensão de saída constante, o comparador controla o estágio de saída do IC1.
Ambas as entradas do comparador são mantidas no mesmo potencial, e a tensão de saída é dada pela seguinte fórmula:
Vs = 1,25 * [1 + (R4 + Aj1) / R5].
O resistor ajustável Aj1 permite ajustar a tensão de saída do conversor na faixa de +10V a +15V.
Os dois transistores de saída formam um par Darlington, e sua comutação sucessiva é controlada pelo flip-flop em sincronia com as oscilações do capacitor C1.
Combinado com uma porta AND, este flip-flop é controlado pelo comparador para ajustar o tempo de condução do estágio de saída do µA78S40 e manter uma tensão de saída constante.
O estado saturado ou bloqueado do transistor T1 segue o estado do par Darlington do IC1. Quando o estágio de saída do IC1 está saturado, o transistor T1 é polarizado e sua corrente de base é limitada pelo resistor R2.
O resistor R3, juntamente com o resistor R9, forma um divisor de tensão, limitando a tensão VBE do transistor T1 no início do processo de comutação.
O transistor T1, atuando como um modelo Darlington, se comporta como uma chave aberta ou fechada na frequência do oscilador do µA78S40.
O indutor L1 permite a queda de tensão de 24V para 12V usando as propriedades da indutância. Em estado estacionário, quando o transistor T1 está saturado, uma tensão de +12V é aplicada no indutor L1.
Durante esta fase, a indutância armazena energia, que é liberada quando a tensão aplicada desaparece. Assim, quando o transistor T1 é bloqueado, o indutor L1 tende a manter a corrente fluindo por ele.
O diodo D1 torna-se condutor e uma força contra-eletromotriz de -12V aparece no indutor L1.
