Circuitos reguladores de tensão

Regulador de tensão, como o nome sugere, é um circuito que é usado para regular a tensão. A tensão regulada é um fornecimento suave de tensão, livre de qualquer ruído ou perturbação. A saída do regulador de tensão é independente da corrente de carga, temperatura e variação da linha CA. Reguladores de tensão estão presentes em quase todos os aparelhos eletrônicos ou eletrodomésticos como TV, geladeira, computador, etc., para estabilizar a tensão de alimentação.

Basicamente, o regulador de tensão minimiza a variação de tensão para proteger o dispositivo. No sistema de distribuição elétrica, os reguladores de tensão estão nas linhas de alimentação ou na subestação. Existem dois tipos de reguladores usados ​​nesta linha, um é o regulador de passo, em que interruptores regulam a alimentação de corrente. Outro é o regulador de indução, que é uma máquina elétrica alternada semelhante a um motor de indução que fornece energia como fonte secundária. Ele minimiza a variação de tensão e fornece saída estável.

Existem diferentes tipos de reguladores de tensão que são explicados abaixo.

Tipos de circuito regulador de tensão

Circuito regulador de tensão linear

• Regulador de tensão em série
• Regulador de Tensão Shunt

Circuito regulador de tensão Zener

Circuito regulador de tensão de comutação

• Tipo Buck
• Tipo de impulso
• Tipo Buck / Boost

Circuito regulador de tensão linear

Esses são os reguladores mais comuns usados ​​em eletrônicos para manter a tensão de saída estável. Os reguladores de tensão linear atuam como um circuito divisor de tensão, neste regulador a resistência varia em relação à mudança na carga e fornece tensão de saída constante. Algumas vantagens e desvantagens do regulador de tensão linear são fornecidas abaixo:

Vantagens

• A tensão de ondulação de saída é baixa
• A resposta é rápida
• Menos barulho

Desvantagens

• Baixa eficiencia
• Grande espaço necessário
• A tensão de saída será sempre menor que a tensão de entrada

1. Regulador de tensão em série

A tensão não regulada é diretamente proporcional à queda de tensão na resistência conectada em série e essa queda de tensão depende da corrente consumida pela carga. Se o consumo de corrente de carga aumentar, a corrente de base também diminuirá e, devido a isso, menos corrente de coletor fluirá pelo terminal coletor emissor e, portanto, a corrente de carga aumentará e vice-versa.

A tensão de saída regulada do regulador de tensão shunt é definida como:

V _OUT = V _Z + V _BE

Regulador de tensão Zener

Os reguladores de tensão Zener são mais baratos e adequados apenas para circuitos de baixa potência. Ele pode ser usado em aplicações onde a quantidade de energia desperdiçada durante a regulação não é uma grande preocupação.

Um resistor é conectado em série com o diodo zener para limitar a quantidade de corrente que flui através do diodo e a tensão de entrada Vin (que deve ser maior do que a tensão zener) é conectada conforme mostrado na imagem e a tensão de saída Vout, é levado através do diodo zener com Vout = Vz (tensão Zener). Como sabemos, o diodo Zener começa a conduzir na direção reversa quando a tensão aplicada é maior do que a tensão de ruptura do Zener. Portanto, quando começa a conduzir, ele mantém a mesma voltagem e retorna a corrente extra, fornecendo assim a voltagem de saída estável.

Saiba mais sobre o diodo Zener trabalhando aqui.

Regulador de tensão de comutação

Existem três tipos de regulador de tensão de comutação:

• Regulador de voltagem de comutação Buck ou Step-Down
• Regulador de tensão de comutação de reforço ou de aumento
• Regulador de tensão de comutação Buck / Boost

Regulador de voltagem de comutação Buck ou Step-Down

Um regulador Buck é usado para diminuir a tensão na saída, podemos até usar o circuito divisor de tensão para reduzir a tensão de saída, mas a eficiência do circuito divisor de tensão é baixa, porque os resistores dissipam energia como calor. Usamos capacitor, diodo, indutor e interruptor no circuito. O diagrama do circuito para o regulador de tensão de comutação Buck é fornecido abaixo:

Quando a chave está ligada, o diodo permanece com polarização reversa e a fonte de alimentação é conectada ao indutor. Quando a chave está aberta, a polaridade do indutor fica reversa e o diodo torna-se polarizado direto e conecta o indutor ao terra. Então, a corrente através do indutor diminui com a inclinação:

d I _L / dt = (0-V _OUT) / L

O capacitor é usado para evitar que a tensão caia para zero na carga. Se continuarmos abrindo e fechando a chave, a tensão média na carga será menor do que a tensão de entrada fornecida. Você pode controlar a tensão de saída variando o ciclo de trabalho do dispositivo de comutação.

Tensão de saída = (tensão de entrada) * (porcentagem de tempo em que a chave está ligada)

Se você quiser saber mais sobre o conversor Buck, siga o link.

Regulador de tensão de comutação de reforço ou de aumento

O Boost Regulator é usado para aumentar a tensão na carga. O diagrama do circuito para o regulador de impulso é dado abaixo:

Quando a chave está fechada, o diodo se comporta como polarizado reverso e a corrente através do indutor continua aumentando. Agora, quando a chave é aberta, o indutor criará uma força fazendo com que a corrente continue fluindo e o capacitor comece a carregar. Ao ligar e desligar continuamente o interruptor, receberemos uma tensão na carga maior do que a tensão de entrada. Podemos controlar a tensão de saída controlando o tempo de ativação (Ton) da chave.

Tensão de saída = Tensão de entrada / Porcentagem de tempo que a chave está aberta

Se você quiser saber mais sobre o conversor Boost, siga o link.

Regulador de tensão de comutação Buck-Boost

O regulador de comutação Buck-Boost é a combinação dos reguladores Buck e Boost, que fornece uma saída invertida que pode ser maior ou menor do que a tensão de entrada fornecida.

Quando a chave está LIGADA, o diodo se comporta como polarizado reverso e o indutor armazena energia e quando a chave está desligada o indutor começa a liberar a energia com a polaridade reversa, o que carrega o capacitor. Quando a energia armazenada no indutor torna-se zero, o capacitor começa a descarregar na carga com polaridade reversa. Devido a este regulador buck-boost, também chamado de regulador inversor.

A tensão de saída é definida como

Vout = Vin (D / 1-D) Onde, D é o ciclo de trabalho

Portanto, se o ciclo de trabalho for baixo, o regulador se comportará como o regulador Buck e, quando o ciclo de trabalho for alto, o regulador se comportará como o regulador de reforço.

Exemplo prático para circuitos reguladores

Circuito regulador de tensão linear positiva

Projetamos um circuito regulador de tensão linear positivo usando 7805 IC. Este IC tem todos os circuitos para fornecer a alimentação regulada de 5 volts. A tensão de entrada deve ser pelo menos mais de 2v do valor nominal, como para o LM7805, devemos fornecer pelo menos 7v.

A tensão de entrada não regulada é fornecida ao IC e obtemos a tensão regulada no terminal de saída. O nome do IC define sua função, 78 representa o sinal positivo e 05 representa o valor da tensão de saída regulada. Como você pode ver no diagrama do circuito, estamos fornecendo 9 V ao 7805IC e regulando + 5 V na saída. Os capacitores C1 e C2 são usados ​​para filtração.

Circuito regulador de tensão Zener

Aqui, projetamos um regulador de tensão Zener usando 5,1 V de diodo Zener. O diodo Zener funciona como o elemento sensor. Quando a tensão de alimentação excede sua tensão de ruptura, ela começa a conduzir na direção reversa e mantém a mesma tensão através dela e retorna a corrente extra, fornecendo assim a tensão de saída estável. Neste circuito estamos dando 9 V de tensão de entrada e obtendo quase 5,1 tensão de saída regulada.