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Fontes Chaveadas
Ewaldo L. M. Mehl
Universidade Federal do Paraná, Departamento de Engenharia Elétrica Centro Politécnico, Curitiba, Paraná E-mail: [email protected]
I. APRESENTAÇÃO
Apesar de ficar evidente, desde o desenvolvimento do transistor bipolar em 1948, que esse dispositivo poderia funcionar como um interruptor, os primeiros transistores foram empregados basicamente como amplificadores de baixa potência ou, em eletrônica digital, como interruptores de baixa potência. O mesmo laboratório que desenvolveu o transistor bipolar – o Bell Laboratories nos EUA – apresentou em 1956 um novo transistor com quatro camadas semicondutoras a que chamou de PNPN Triggering Transistor. O invento foi licenciado à empresa General Electric,. que lançou-o comercialmente em 1958 com o nome Thyristor. Considera-se que o lançamento comercial do Thyristor ou tiristor marca o nascimento de uma nova ciência, chamada Eletrônica de Potência.
Todos os circuitos eletrônicos requerem uma fonte de tensão contínua, com determinado grau de estabilização. É claro que, nos equipamentos de pequeno porte tal alimentação pode ser obtida através de pilhas ou baterias mas, no caso mais geral, utiliza-se a energia disponível na rede elétrica local, através de um conversor. Num primeiro momento isso foi obtido através de conversores rotativos, como é o caso do sistema Ward-Leonard, constituído de uma máquina alimentada por corrente alternada na qual se obtinha uma saída em corrente contínua. Porém no caso mais geral utiliza-se um conversor estático (isso é, não- rotativo ) denominado Fonte de Alimentação.
As fontes de alimentação modernas podem ser classificadas em dois grandes grupos: com Regulação Linear ou com Regulação por Chaveamento. Desse modo, o que denomina simplesmente de Fonte Chaveada é, na verdade, um Conversor Estático de Corrente Alternada em Corrente Continua com Regulação por Chaveamento.
Nesse trabalho são apresentadas, de forma resumida, as Fontes Chaveadas, mostrando suas vantagens e desvantagens frente às fontes com regulação linear. De forma particular, é dada ênfase ao uso das Fontes Chaveadas nos sistemas de telecomunicações. Demonstra- se o projeto simplificado de uma fonte chaveada de baixa potência, utilizando para isso um programa computacional. Mostra-se também as perspectivas de evolução das fontes chaveadas, que devem ser observadas nos próximos anos.
II. A CORRENTE ALTERNADA As primeiras instalações elétricas que se tornaram comercialmente viáveis foram feitas em 1882 por Thomas
Alva Edison na cidade de Nova York, e eram primariamente destinadas à iluminação pública e doméstica, em substituição ao gás. O sucesso do empreendimento demonstrou a possibilidade da exploração comercial da energia elétrica, anunciada na ocasião como elemento de conforto pessoal e maior segurança que os lampiões à gás. Não obstante o impacto causado pela sua instalação, este sistema, tendo sido implantado com dínamos que geravam corrente contínua, fazia com que as quedas de tensão nos fios transmissores obrigasse a se instalarem tais dínamos a uma distância relativamente próximas dos consumidores, fato que limitava a expansão da rede de atendimento. No caso do sistema que Edison instalou em Nova York, os primeiros dínamos ficavam em uma instalação às margens do Rio Hudson. Os dínamos eram acionados por máquinas à vapor, sendo que a instalação às margens do Rio Hudson justificava-se unicamente pela facilidade de transporte do carvão que alimentava as caldeiras. Em contrapartida, Werner von Siemens, em uma exposição industrial realizada em Frankfurt, na Alemanha, em 1891, mostrou a conveniência da associação da geração hidráulica de energia elétrica com sistemas funcionando com corrente alternada. A partir de alternadores instalados no Rio Neckar, foi demonstrada na ocasião a possibilidade de transmissão da energia elétrica a grandes distâncias, já que até o local da exibição eram 176 km de distância. A linha de alta-tensão implementada tinha tensão da ordem de 15 kV, com freqüência de 25 Hz, sendo que um transformador reduzia a tensão para 110 V no pavilhão de exposições, onde foram realizadas demonstrações do funcionamento de lâmpadas e motores com a energia proveniente do “distante” rio. Nos Estados Unidos a proposta de sistemas elétricos em corrente alternada demorou algum tempo para ser adotada, principalmente pela obstinada resistência de Edison ao novo sistema. As objeções de Edison ficaram evidentes na polêmica criada quando da implantação de uma linha férrea elevada e o sistema de metrô em Nova York, onde a empresa de George Westinghouse Jr. propunha o uso de locomotivas e vagões dotados de motores em corrente alternada. Por trás dessa proposta havia a figura do cientista de origem croata Nikola Tesla, que ao emigrar para os Estados Unidos havia trabalhado inicialmente com Edison e, posteriormente, foi contratado por Westinghouse. Graças à simplicidade e alta eficiência demonstrada pelo motor de indução à corrente alternada, patenteado por Tesla, a corrente alternada surgia como uma alternativa muito interessante para a tração elétrica e futura substituição de máquinas a vapor em atividades industriais.
Westinghouse adquiriu a patente de Tesla e já havia demonstrado a viabilidade de um sistema de transporte coletivo usando corrente alternada, através de um trem elétrico Exposição Mundial em Chicago em 1893. De posse de um documento que lhe dava exclusividade na cidade de Nova York no fornecimento de iluminação elétrica, Edison conseguiu restringir as instalações de Westinghouse apenas ao acionamento elétrico do trem elevado e do metrô. Desse modo, durante alguns anos, dois sistemas elétricos conviveram em Nova York: um, em corrente contínua e operado por Edison, alimentava as lâmpadas nas ruas, lojas e residências; o outro sistema, em corrente alternada e de propriedade de Westinghouse, alimentava os trens — mas não as lâmpadas das estações. Em 1910, no entanto, o sistema elétrico em corrente alternada trifásico acabou sendo adotado como padrão na América do Norte [1] sendo depois estendido a outros países, principalmente devido às vantagens da transmissão de energia a grandes distâncias em alta tensão.
A análise matemática dos sistemas de corrente alternada, no entanto, era praticamente impossível até os trabalhos de Karl August Rudolf Steinmetz (ou Charles Proteus Steinmetz, nome que adotou após ter emigrado para os Estados Unidos). Ironicamente Steinmetz, assim como Tesla, começou a trabalhar nos Estados Unidos como consultor da empresa General Electric , fundada por Edison. A partir de 1893 [2] e ao longo de 25 anos, Steinmetz propôs e desenvolveu um método de descrição de circuitos em corrente alternada utilizando números complexos, exposto em uma série de artigos e livros. Graças a este método simbólico, foi possível um melhor entendimento dos fenômenos físicos da corrente alternada e, conseqüentemente, sua expansão em todo o mundo.
Na Figura 1 mostra-se de forma gráfica uma tensão alternada que evolui no tempo de forma senoidal. A amplitude máxima alcançada está representada por V. O intervalo de tempo representado por T é o período. Num sistema elétrico observa-se uma corrente que, numa primeira análise, também evolui de forma senoidal e atinge o valor máximo I. Na figura, a corrente está defasada da
tensão de um ângulo representado por ϕ. É comum dizer,
examinando-se a Figura 1, que a corrente está adiantada
de um ângulo ϕ em relação à tensão, pois a amplitude
máxima I da corrente é atingida em um instante anterior àquele no qual a tensão atinge a sua amplitude máxima V. De forma análoga, a corrente estaria atrasada de um
ângulo ϕ em relação à tensão na situação em que a
amplitude máxima I da corrente fosse verificada em um instante posterior àquele no qual a tensão atinge a sua amplitude máxima V.
Por outro lado, através de uma comparação entre a potência dissipada em um resistor ligado a uma fonte de tensão contínua e a potência dissipada no mesmo resistor quando conectado a uma fonte de tensão alternada senoidal, surge a definição de valor eficaz ou valor rms ( root mean square , ou raiz média quadrática) de uma corrente alternada por meio da Equação 1.
Figura 1: Principais grandezas em um sistema de corrente alternada senoidal.
I (^) [ ] T rms i(t)^ dt
T = (^) ∫
0
Eq. 1
Supondo ser a corrente uma função senoidal pura, ao se aplicar a Equação 1 tem-se como resultado o valor eficaz da corrente senoidal mostrado na Equação 2:
I
I rms =^ 2
Eq. 2
De modo análogo, o valor eficaz da tensão alternada senoidal é dada pela Equação 3:
V
V rms =^ 2
Eq. 3
III. A CONVERSÃO PARA CORRENTE CONTÍNUA
A partir da tensão alternada disponível nos sistemas elétricos obtém-se uma tensão alternada simplesmente com o uso de um circuito retificador. Para isso é necessário algum tipo de dispositivo que permita o fluxo da corrente elétrica em uma determinada direção mas a bloqueie no sentido oposto. Os primeiros retificadores empregaram elementos bem pouco eficientes, com válvulas de mercúrio ou colunas de selênio, de modo que a conversão rotativa se mantinha como alternativa mais viável para potências elevadas. A partir da Segunda Guerra Mundial, no entanto, foram desenvolvidos diodos com silício que fizeram com que a conversão estática fosse dominante. O tiristor, citado na introdução, possibilitou um melhor controle da retificação, de modo que no final dos anos 60 a conversão rotativa estivesse praticamente abandonada em favor dos conversores estáticos. Apesar do contínuo progresso verificado no campo das Fontes Chaveadas, os circuitos de retificação são basicamente topologias clássicas. Na Figura 2, observa-se o circuito do retificador trifásico conhecido como “ponte de Graetz”, formado por seis diodos e filtro de saída capacitivo.
Figura 5: Diagrama de Blocos mostrando o mecanismo de regulação de tensão de uma fonte chaveada.
Um regulador chaveado é basicamente um conversor no qual tanto a tensão de entrada como de saída são contínuas (conversor CC-CC). Conforme o tipo de conversor empregado, o valor da tensão de saída pode ser maior ou menor que a tensão de entrada, apesar que nas fontes usadas em telecomunicações normalmente a tensão de saída é menor que a de entrada. O interruptor eletrônico opera somente nos estados de saturação (ligado) e corte (desligado), com freqüência de operação muito maior que a freqüência da rede elétrica. O resultado é, então, uma tensão alternada não-senoidal que é retificada novamente e entregue à carga. De modo esquemático tem-se os seguintes elementos, conforme a Figura 5:
- Filtro de linha: evita a passagem do ruído elétrico produzido pelo conversor para a rede elétrica; em algumas fontes há também o filtro de linha trabalha também no sentido inverso, evitando que ruído existente na rede elétrica seja transmitido para a fonte.
- Retificador e Filtro de Entrada: na maioria das fontes chaveadas faz-se a retificação direta da tensão disponível na rede elétrica. Isso elimina a necessidade de um transformador no circuito de entrada, que é volumoso e pesado.
- Interruptor Eletrônico: é um transistor operando em condição de corte e saturação. Apesar das primeiras fontes chaveadas usarem transistores bipolares, esses foram logo abandonados em favor dos MOSFETs, que operam em freqüência mais elevada com baixas perdas e permitem simplificar o circuito de chaveamento. Para evitar a produção de ruído audível, é necessário que a freqüência de chaveamento do interruptor eletrônico seja maior que 20 kHz. - Transformador de Alta Frequência: o chaveamento do interruptor eletrônico produz uma tensão pulsada que, através de um transformador especialmente projetado para operar em alta freqüência, é abaixada ou elevada para o nível desejado na saída. Este transformador possibilita também o isolamento elétrico entre a saída da fonte chaveada e a rede elétrica. - Retificador e Filtro de Alta Freqüência: a tensão pulsante disponível na saída do transformador é retificada e filtrada. - Controle de Alta Freqüência: é responsável pelo controle do tempo de condução do interruptor eletrônico. Normalmente o controle é feito através de um comparador, que recebe uma amostra da tensão de saída e compara-a com uma tensão de referência. Para garantir o isolamento entre a saída da fonte e o sistema elétrico, normalmente é usado um acoplador óptico entre a saída e o circuito de controle. Na maioria dos circuitos se a tensão de saída estiver baixa, o interruptor eletrônico é comandado a permanecer conduzindo por um tempo maior; se estiver baixa, o comando determinará um tempo mais curto de condução. Por esse motivo o controle é chamado por largura de pulso (PWM = pulse width modulation) e muitas vezes as fontes chaveadas são também conhecidas como Fontes PWM. - Circuitos de Comando e Proteção: normalmente as fontes chaveadas incorporam circuitos de proteção contra curto-circuitos e outras condições anormais de funcionamento, que podem ser implementadas através de controles adicionais sobre o interruptor eletrônico. Há também circuitos auxiliares para o acionamento do interruptor eletrônico e, em alguns casos, de interruptores auxiliares, como é o caso das fontes ressonantes.
V. COMPARAÇÕES ENTRE AS FONTES
CHAVEADAS E AS DE REGULAÇÃO LINEAR
É evidente que, frente ao exposto, as fontes chaveadas são sistemas eletrônicos muito mais complexos do que aquelas onde se usa a regulação linear. À primeira vista, portanto, não ficam evidentes as razões de sua rápida aceitação pelo mercado.
A principal vantagem das fontes chaveadas está relacionada ao funcionamento do interruptor eletrônico. A potência elétrica é definida como o produto entre a tensão e a corrente : P = V ⋅ I Eq. 4
Desse modo, quando um transistor está operando como um controlador de corrente (funcionamento na região linear) é evidente que o produto V.I da Equação 4 não é nulo, ou seja, há uma certa potência sendo dissipada na forma de calor. Já se o transistor é levado a operar como um interruptor, tem-se as seguintes situações:
- Interruptor “Aberto”: de modo idealizado um interruptor “aberto” não terá qualquer fluxo de corrente. Portanto na Equação 4 o produto será nulo,
independentemente do valor da tensão.
- Interruptor “Fechado”: nesse caso há um fluxo de corrente pelo interruptor mas, sob o ponto de vista ideal, a tensão é nula. Ou seja, novamente o produto descrito na Equação 4 será nulo. Na verdade os transistores empregados na função de interruptor eletrônico apresentam uma pequena tensão entre seus terminais quando são colocados no estado de saturação, de forma que na prática há uma certa dissipação de potência. Também as transições entre os estados “aberto” → “fechado” e “fechado” → “aberto” (comutação de condução e de bloqueio) não ocorrem de forma instantânea e portanto há também uma dissipação de potência nesses instantes de chaveamento. Mesmo assim, a dissipação observada nas fontes chaveadas é muito inferior àquela que seria obtida com o uso da regulação linear. Ou seja, além da eficiência da fonte chaveada ser maior, a diminuição da potência dissipada melhora sensivelmente a relação de potência de saída por peso ou potência por volume. O Quadro 1 mostra, de forma resumida, as vantagens das fontes chaveadas em comparação com as fontes com regulação linear.[3, 4]
Quadro 1: Comparação de alguns parâmetros entre as fontes que empregam regulação linear e as fontes chaveadas.
Parâmetro Regulação Linear Fonte Chaveada
Eficiência Pode chegar a 50%, mas normalmente é da ordem de 25%.
Mesmo nas fontes mais simples é superior a 65%; em projetos de alta qualidade é superior a 95%. Temperatura dos componentes
O transistor usado como regulador opera em alta temperatura, atingindo freqüentemente 80 °C. Os demais componentes acabam também aquecendo-se e o tempo de vida útil é diminuído.
Como a dissipação é menor, é mais fácil manter a temperatura do transistor usado como interruptor em níveis baixos. No entanto, como o volume da fonte é reduzido, é comum usar ventiladores para auxiliar a dissipação. Ondulação da Tensão de Saída
É muito baixa, como resultado da operação do transistor em região linear.
O uso de alta freqüência introduz uma ondulação adicional. Para obter-se o mesmo nível de ondulação da regulação linear, é necessário um projeto cuidadoso. Resposta a Transientes É muito rápida, devido à utilização do transistor em região linear.
Para ter-se resposta rápida, é necessário usar freqüência de chaveamento elevada e circuitos de comando sofisticados.
Relação Potência/Peso
Da ordem de 25 W/kg Normalmente 100 W/kg. O uso de ventilação forçada e componentes de última geração permite aumentar esse valor. Relação Volume/Potência
Da ordem de 30 cm^3 /W Normalmente 8 cm^3 /W. Também pode ser menor com componentes de última geração.
significativa com o aumento do número de peças produzidas, já que são fabricados por processos automatizados. Porém as fontes de alimentação (chaveadas ou não) ainda utilizam um grande número de componentes discretos, como é o caso dos transistores usados como interruptores eletrônicos e dos componentes magnéticos (indutores e transformadores). O resultado é que o processo de fabricação das fontes faz uso de mão de obra tradicional, elevando o custo final. Os fabricantes de microcomputadores demandam também uma redução do volume final das fontes, que é considerado excessivo frente à miniaturalização dos demais componentes. Por exemplo, num microcomputador portátil é impossível incorporar a fonte de alimentação ao próprio equipamento, sendo essa ainda um elemento volumoso e pesado. Assim, apesar do equipamento ser portátil e poder ser acionado “em qualquer lugar” através das baterias internas, na verdade o usuário é obrigado a levar em sua bagagem a fonte de alimentação para prover a carga das baterias e operar o equipamento por um período mais longo.
Esse mesmo tipo de demanda ocorre, no campo das telecomunicações, na telefonia móvel. Os telefones celulares mais modernos são, em alguns casos, menores e mais leves que a fonte de alimentação que é necessária para realizar a carga das baterias. Esses exemplos cotidianos mostram que a tecnologia das fontes chaveadas é ainda um campo fértil para a evolução tecnológica.
A. Incremento da Freqüência de Chaveamento
O principal motivo de se buscar um incremento na freqüência de chaveamento é a redução do tamanho dos transformadores, indutores e capacitores da fonte chaveada. A Figura 6 mostra, de forma comparativa, o tamanho de dois transformadores usados em fontes chaveadas, onde fica evidente a vantagem obtida com o incremento da freqüência.
O aumento da freqüência de chaveamento reduz o tamanho dos componentes magnéticos e dos capacitores devido à maneira como operam as fontes chaveadas: o chaveamento do interruptor eletrônico é responsável por um mecanismo de transferência de energia. Ou seja, durante cada ciclo de chaveamento a energia é armazenada em um componente (indutor, transformador ou capacitor – conforme o tipo de circuito usado na fonte) e transferida à carga. Ou seja, toda fonte chaveada opera por um princípio de carga e descarga da energia. À medida que a freqüência aumenta, o elemento no qual a energia é armazenada pode ser menor, pois uma quantidade menor de energia necessita ser “guardada” a cada ciclo. O resultado final, portanto, são componentes de menor volume ao se aumentar a freqüência de chaveamento. Apesar de ser observado que o volume dos componentes de armazenamento diminui com o aumento da freqüência, na verdade a tecnologia encontra uma barreira ao se promover tal incremento de freqüência.
Durante alguns anos, principalmente no final da década de 1980, os pesquisadores perseguiram freqüências de chaveamento cada vez maiores. As primeiras fontes chaveadas com aplicação comercial operavam em freqüências ligeiramente superiores a 20 kHz, suficiente para ultrapassar o limite de sensibilidade do ouvido humano. Tais fontes usavam, como elemento interruptor, transistores bipolares. A partir da disponibilização de MOSFETs de potência, capazes de operar em freqüências mais elevadas, observou-se uma verdadeira corrida no sentido de se produzir fontes chaveadas com freqüência de chaveamento elevadas, chegando-se até a faixa de alguns megahertz em trabalhos experimentais. Para uso industrial, no entanto, observou-se que o incremento exagerado da freqüência de chaveamento introduzia problemas adicionais, tais como a necessidade de placas de circuito impresso de projeto especial, que comprometiam dessa forma o custo final e a confiabilidade do produto. Também na faixa de megahertz as reatâncias parasitas dos componentes tem ordem de grandeza compatível com a dos próprios componentes, produzindo dificuldades adicionais ao projeto. Dessa forma, a maioria das fontes chaveadas de microcomputadores utiliza freqüência de chaveamento inferior a 100 kHz. Em fontes chaveadas mais sofisticadas, usadas por exemplo em centrais telefônicas digitais de grande porte, atinge-se freqüências de chaveamento de até 500 kHz.
Figura 6: Comparação entre dois transformadores usados em fontes chaveadas com potência de 150 W; à esquerda, usando freqüência de chaveamento de 40 kHz e à direita, de 400 kHz.
B. Redução da Dissipação de Potência Sob o ponto de vista ideal o chaveamento do interruptor eletrônico não teria qualquer tipo de perda. A Figura 7, no entanto, ilustra o que ocorre num interruptor eletrônico.
Figura 7: Formas de onda de corrente e de tensão (a) em um dispositivo semicondutor usado como interruptor eletrônico, com o respectivo produto referente à potência dissipada (b) [5].
De modo esquemático tem-se as seguintes situações na Figura 7, sob o ponto de vista da potência dissipada:
- Enquanto o interruptor encontra-se em estado “desligado”, a corrente é nula, de modo que a potência (ou produto V.I , conforme Equação 4) é nulo. Assim, nessa situação a dissipação é zero.
- No instante em que o interruptor muda da condição “desligado” para a condição “ligado”, a corrente sobe de zero até um determinado valor, enquanto a tensão desce. Ou seja, o produto V.I apresenta um “pico” chamado de dissipação de ligação ( turn-on loss).
- Durante o intervalo em que o interruptor está “ligado”, a corrente flui através de seus terminais e, devido às características do material semicondutor empregado, há uma pequena tensão entre os terminais. Aqui novamente o produto V.I não é nulo, sendo considerado como dissipação de condução ( conduction loss).
- Ao passar da condição de “ligado” para a de “desligado” (comutação de bloqueio), a corrente diminui até zero à medida que a tensão aumenta. Em todos os componentes eletrônicos usados como interruptores nas fontes chaveadas essa transição é
mais lenta do que aquela observada na condição “desligado” → “ligado” (comutação de condução). Como conseqüência, a dissipação de desligamento ( turn-off loss ) é maior do que a de ligação. Em face da Figura 7, o esforço de melhoria ocorre em duas áreas distintas: → Redução da dissipação durante a condução: está baseada na tecnologia de fabricação do interruptor, ou seja, é um esforço que está concentrado nas mãos dos fornecedores de componentes eletrônicos. → Redução da dissipação durante o chaveamento: por um lado este tipo de dissipação é uma característica intrínseca ao componente. Porém os projetistas de fontes chaveadas desenvolveram alguns métodos para redução dessa dissipação através de fenômenos de ressonância. Esta técnica é bastante sofisticada e tira partido da capacitância parasita dos componentes de modo a obter, durante os instantes de chaveamento, uma circulação de corrente por elementos auxiliares. Como resultado pode-se obter no instante de chaveamento uma tensão nula sobre o interruptor (ZVS = zero voltage switching ) ou uma corrente nula (ZCS = zero current switching ), diminuindo-se a dissipação total. Apesar dos resultados promissores em
Figura 8: Circuito Integrado UC1524 da UNITRODE, usado em fontes chaveadas.
O circuito integrado UC1524, que encontra equivalentes de outros fornecedores, constitui-se basicamente dos seguintes blocos:
- Regulador de Referência: é uma fonte linear interna que fornece uma tensão de 5 V, usada para alimentar o próprio circuito e como tensão de referência.
- Oscilador: A freqüência do oscilador interno pode ser ajustada em função de um capacitor conectado externamente. Além de ser usado para o controle por largura de pulso (PWM) do interruptor eletrônico da fonte, o circuito integrado permite o acionamento de um segundo interruptor, existente em algumas configurações de fontes chaveadas, introduzindo um “tempo morto” ( dead time ) entre dois chaveamentos.
- Amplificador de Erro: Permite a comparação de uma amostra da tensão de saída com a tensão de referência. A saída do Amplificador de Erro está disponível no pino 9, de modo que pode-se acrescentar um limitador externo na forma de um nível de tensão contínua e impedindo que, quando a saída da fonte esteja em aberto, os interruptores sejam colocados em estado de condução contínua. Há também um outro amplificador interno, denominado Limitador de Corrente , cuja função é sobrepor-se à saída do Amplificador de Erro no caso de se detectar uma corrente acima de um certo valor pré-ajustado.
- Estágios de Saída: Há duas saídas feitas através de transistores bipolares internos. Esses transistores recebem sinais de base defasados de 180°, permitindo o uso desse circuito integrado em fontes chaveadas com dois interruptores em configuração push-pull. No caso de fontes com um único interruptor, a segunda saída do circuito integrado pode ser simplesmente deixada sem conexão.
Figura 9: Layout interno de um circuito integrado usado em fontes chaveadas (International Rectifier - IR2151)
Na Figura 9 apresenta-se uma foto do layout interno de um circuito integrado utilizado em fontes chaveadas (no caso, é o circuito integrado IR2151, fabricado pela empresa International Rectifier para uso em fontes chaveadas de baixa potência, como as usadas em reatores eletrônicos para lâmpadas fluorescentes.
Existem também no mercado módulos híbridos, formados pelo circuito integrado de acionamento e os interruptores de potência encapsulados num único invólucro. Esses módulos são muito usados quando se deseja simplificar o processo de fabricação da fonte chaveada, principalmente as de menor potência. São também muito usados quando, num sistema eletrônico, é necessário obter uma tensão diferente daquela de alimentação. Na Figura 10 mostra-se alguns desses módulos.
Um outro estágio de integração coloca sobre um mesmo substrato de silício os interruptores de potência e os circuitos de acionamento e controle, chamando-se o dispositivo resultante de smart power device. Esses dispositivos, no entanto, são ainda de preço elevado e a tecnologia associada à sua produção deverá ainda ser objeto de considerável desenvolvimento.
Figura 10: Alguns módulos híbridos de fontes chaveadas de pequenas dimensões, disponíveis no mercado de componentes.
CONCLUSÕES
As fontes chaveadas são atualmente muito empregadas nos mais variados sistemas eletrônicos, principalmente devido às suas características de baixo volume e peso em comparação com as fontes com regulação linear. No entanto, são circuitos complexos que demandam um maior cuidado para o projeto e implementação prática. A evolução das fontes chaveadas dá-se tanto sob o aspecto do oferecimento de componentes com melhores características como pelo desenvolvimento da técnica de projeto e construção. Comparativamente às outras áreas da Eletrônica, muito há a ser feito, principalmente nos aspectos de integração de componentes e de melhoria da confiabilidade. Apesar desses desafios, as fontes chaveadas permanecem como uma alternativa extremamente interessante para todos os sistemas eletrônicos.
REFERÊNCIAS [1] DORF, Richard C. Introduction to electric circuits. John Wiley, New York, 1989. [2] THE SOFTWARE TOLLWORKS MULTIMEDIA ENCYCLOPEDIA. New York, 1992. Grolier. CD- ROM [3] AYRES, Carlos Augusto & SOUZA, Luiz Edival Fontes chaveadas; fundamentos teóricos. FUPAI, Itajubá, 1993. [4] RASHID, Muhammad H. Eletrônica de Potência; circuitos, dispositivos e aplicações. Makron Books, São Paulo, 1999. [5] BURNS, William W. & KOCIEKI, John Power electronics in the minicomputer industry. Proceedings of the IEEE, vol. 76, n. 4, April 1988. [6] BASCOPÉ, René P. T. & PERIN, Arnaldo J. O transistor IGBT aplicado em eletrônica de potência. Sagra Luzzatto, Porto Alegre, 1997.
