Considerações sobre a regulação de linha e carga e o uso de fontes de alimentação em cascata

Visão geral

Saiba mais sobre aplicações específicas de fontes de alimentação CC programáveis, incluindo considerações de carga, regulação de linha e carga, configuração das saídas da fonte de alimentação em cascata e comutação dos sinais da fonte de alimentação. Este tutorial é parte da série de fundamentos dos instrumentos de medição.

Conteúdo

Regulação de linha e carga

Para uma fonte de alimentação manter uma saída estável, ela precisará de recursos que garantam essa estabilidade independentemente da tensão de entrada, dispositivo conectado ou carga. A regulação de linha mostra a capacidade da fonte de alimentação de manter a sua tensão de saída em face a variações na tensão de entrada. Essa característica é especialmente importante em situações nas quais a fonte de energia da fonte de alimentação é instável ou não conta com regulação de linha, o que pode provocar grandes oscilações na saída.

 

As fontes de alimentação CC fazem a conversão de uma fonte de alimentação de entrada CA ao nível de saída CC desejado. Algumas fontes de alimentação CC precisam de alimentação adicional, fornecida por uma fonte de alimentação auxiliar, para fornecer os níveis de saída desejados. A regulação de linha normalmente é informada para fontes de alimentação que requerem uma fonte de alimentação auxiliar, não sendo especificada para outras. Assim, você não precisa ficar preocupado se uma fonte de alimentação em particular não tiver essa especificação de regulação de linha apresentada.

 

A regulação de linha envolve uma estabilidade da fonte de alimentação em relação à sua tensão de entrada, a regulação de carga mostra a capacidade da fonte de alimentação de manter um determinado nível de saída constante em face a variações em sua carga. Por exemplo, se uma fonte de alimentação de 10 W tiver sua saída ajustada em 10 V no modo de tensão constante, sua tensão deverá permanecer em 10 V independentemente de estar fornecendo 1 mA ou 1 A de corrente. A regulação de carga é a medida que quanto você pode esperar que a saída varie ao longo de toda a capacidade de saída da fonte. No modo de corrente constante, a regulação de carga refere-se à variação na corrente de saída em relação a uma variação na queda de tensão.

 

Considerações sobre a carga

Como mencionado anteriormente, diferentes condições de carga podem afetar a capacidade de uma fonte de alimentação CC programável de operar conforme esperado. Você precisa tomar cuidado ao fornecer alimentação a cargas capacitivas, indutivas e cargas de corrente reversa. O uso inadequado pode provocar o efeito conhecido como "ringing" (tom de campainha) em seu sinal de saída, ou até mesmo danificar a sua fonte de alimentação. Ringing em uma fonte de alimentação é uma oscilação indesejada da tensão de saída provocada pela tentativa da fonte de alimentação de se recuperar de um transiente causado por uma variação repentina de corrente. O ringing afeta a capacidade do sistema de se estabilizar, o que aumenta o tempo de medição e, se os picos de oscilação forem suficientemente altos, danificar os circuitos conectados. A seguir, você pode encontrar diretrizes gerais para as diferentes condições de carga. Se tiver qualquer dúvida, consulte a documentação de sua fonte de alimentação.

 

 

Figura 1. A resposta a transientes pode afetar o tempo e a exatidão da medição, se for instável ou lenta demais.

 

Cargas capacitivas

De maneira geral, uma fonte de alimentação permanece estável quando alimenta uma carga capacitiva, mas determinadas cargas podem provocar o ringing na resposta do dispositivo a transientes. A taxa de inflexão (slew rate) de uma fonte de alimentação é a variação máxima da tensão de saída em função do tempo, diretamente relacionada à resposta a transientes. Quando for utilizar uma fonte de alimentação para alimentar um capacitor, a taxa de inflexão é limitada ao limite da corrente de saída dividida pela capacitância total da carga, como mostrado abaixo.

 

 

Usando a fórmula da taxa de inflexão, você pode ver que quanto maior a capacitância da carga, menor a variação na tensão de saída. Se a resposta a transientes for lenta demais, o tempo de medição pode ser afetado negativamente, pois você precisa esperar a estabilização do sistema antes de poder fazer medições com exatidão. Entretanto, se a taxa de inflexão for alta demais, poderá ocorrer ringing. Além disso, normalmente utiliza-se capacitores para amortecer o ringing em outras condições de carga.

 

Cargas indutivas

Uma fonte de alimentação típica permanece estável ao alimentar uma carga indutiva no modo de tensão constante. Se uma carga indutiva for alimentada por uma fonte de alimentação que opera no modo de corrente constante, especificamente em faixas de corrente mais altas, a fonte de alimentação pode se tornar instável. Nessas situações, aumentar a capacitância de saída pode ajudar a melhorar a estabilidade do sistema.

 

Algumas fontes de alimentação têm a opção de capacitância de saída programável pelo usuário. Dessa forma, você pode aumentar o valor de capacitância utilizado, para reduzir a chance de ringing. Como alternativa, você pode incluir uma capacitância externa em paralelo com sua carga, para amortecer o ringing. Valores típicos dos capacitores utilizados para reduzir o ringing em cargas indutivas vão de 0,1 a 10 µF. Entretanto, como descrito na seção anterior, quanto maior a capacitância, mais lenta será a resposta de saída. Dessa forma, você deverá utilizar o valor mínimo de capacitância necessário para reduzir os efeitos do ringing. Normalmente queremos que a tensão de saída se recupere dos transientes o mais rapidamente possível, para reduzir o tempo no qual seu circuito recebe níveis de tensão indesejados. Quanto mais rápida seu sistema voltar a um nível de saída estável, mais rapidamente você poderá realizar as suas medições e, dessa forma, ter um menor tempo total de teste. Se quiser mais informações, consulte a documentação de sua fonte de alimentação.

 

Cargas de corrente reversa

Ocasionalmente, uma carga ativa pode enviar uma corrente reversa à fonte de alimentação. Fontes de alimentação não projetadas para a operação em quatro quadrantes podem ser danificadas se correntes reversas forem aplicadas aos seus terminais de saída. Correntes reversas podem fazer sua fonte de alimentação entrar em um modo não regulado. Para evitar correntes reversas, você pode utilizar uma carga de drenagem (bleed-off) como carga prévia da saída de seu dispositivo. Idealmente, uma carga de drenagem deve drenar o mesmo valor de corrente de um dispositivo que uma carga ativa pode passar à fonte de alimentação.

 

Figura 2. Uma carga de drenagem protege sua fonte de alimentação contra os danos causados por correntes reversas.

 

Por exemplo, suponha que sua fonte de alimentação está operando no modo de tensão constante, fornecendo 10 V a uma carga ativa que pode produzir uma corrente reversa de 30 mA. Nesse caso, um resistor em paralelo serve como carga de drenagem, como carga prévia da saída de sua fonte de alimentação. O valor do resistor de drenagem precisa ser tal que a corrente que flua da saída da fonte de alimentação seja maior ou igual à corrente reversa produzida por sua carga ativa. Dividindo 10 V por 30 mA, teremos uma resistência de descarga de 333Ω para compensar a corrente reversa e evitar danos à fonte de alimentação.

 

Canais da fonte de alimentação em cascata

Você pode conseguir maiores valores de tensão e corrente de saída combinando em cascata as saídas de uma fonte de alimentação de múltiplos canais ou as saídas de diversas fontes de alimentação. Às vezes, uma aplicação requer mais tensão ou corrente que as fornecidas por um único canal de uma fonte de alimentação. Combinar canais de fonte de alimentação em cascata podem ampliar os valores de tensão e corrente de saída, mas você precisará ter extremo cuidado, pois, se não realizada corretamente, essa configuração poderá facilmente danificar as fontes de alimentação ou trazer risco ao usuário.

 

Canais da fonte de alimentação em cascata para aumentar a tensão de saída

Se a sua fonte de alimentação oferecer saídas isoladas, ou se você tiver várias fontes de alimentação isoladas disponíveis, então poderá facilmente ampliar a faixa de tensão máxima de saída, combinando os canais em série. Para combinar em cascata vários canais isolados de uma única fonte de alimentação ou várias fontes de alimentação, conecte os canais em série, como mostrado na Figura 3. A tensão resultante fornecida à sua carga será igual à soma das tensões de cada canal.

 

Figura 3. Aumente a tensão de saída, conectando em cascata todos os canais da(s) fonte(s) de alimentação.

 

Importante: Quando for conectar canais de fonte de alimentação em cascata, verifique se a tensão entre cada pino e o terra do dispositivo está abaixo da tensão máxima de isolação especificada. Por exemplo, se a especificação de isolação de seu dispositivo afirmar que cada canal tem isolação de até 60 Vcc ao terra, então a tensão entre cada pino e o terra deverá estar abaixo de 60 Vcc. Se você não seguir essa especificação, poderá provocar danos no dispositivo e/ou trazer risco ao usuário.

 

Canais da fonte de alimentação em cascata para aumentar a corrente de saída

Se a sua fonte de alimentação oferecer saídas isoladas, ou se você tiver várias fontes de alimentação isoladas disponíveis, então poderá facilmente ampliar a faixa de corrente máxima de saída, combinando os canais em paralelo. Para aumentar a saída de corrente, combinando em cascata vários canais isolados de uma única fonte de alimentação ou várias fontes de alimentação, conecte os canais em paralelo, como mostrado na Figura 4. A corrente resultante fornecida à sua carga será igual à soma das correntes de cada canal.

 

Figura 4. Aumente a corrente de saída, conectando em cascata todos os canais da(s) fonte(s) de alimentação.

 

Importante: Quando for combinar canais de fonte de alimentação em cascata para aumentar a saída de corrente, certifique-se que as tensões de todos os canais sejam iguais. Além disso, no caso de altas correntes de saída, utilize fios de bitola grande, para reduzir a perda de energia provocada pela resistência nos fios.

 

Resumo

  • Regulação de linha é a capacidade de uma fonte de alimentação de manter a tensão de saída em face de variações de tensão na linha de entrada.
  • Regulação de carga é a capacidade da saída de uma fonte de alimentação de permanecer constante em face de variações na carga.
  • Você precisa tomar cuidado ao fornecer alimentação a cargas capacitivas, indutivas e cargas de corrente reversa. O uso inadequado pode provocar o efeito conhecido como ringing em seu sinal de saída, ou até mesmo danificar a sua fonte de alimentação.
  • O ringing em uma fonte de alimentação é uma oscilação indesejada da tensão de saída, provocada pela tentativa da fonte de alimentação de se recuperar de um transiente provocado por uma variação repentina de corrente, que pode aumentar o tempo do teste ou até mesmo gerar picos de alta tensão que podem danificar os circuitos conectados.
  • A taxa de inflexão de uma fonte de alimentação é a variação máxima da tensão de saída em função do tempo.
  • Se uma carga indutiva for alimentada por uma fonte de alimentação que opera no modo de corrente constante, aumentar a capacitância de saída pode aumentar a estabilidade do sistema.
  • Correntes reversas podem fazer sua fonte de alimentação entrar em um modo não regulado, e causar danos. Para evitar correntes reversas, você pode utilizar uma carga de drenagem (bleed-off) como carga prévia da saída de seu dispositivo.
  • Você pode conseguir maiores valores de tensão e corrente de saída combinando em cascata as saídas de uma fonte de alimentação de múltiplos canais ou as saídas de diversas fontes de alimentação.
  • Quando for conectar canais de alimentação em cascata, verifique se a tensão entre cada pino e o terra do dispositivo está abaixo da tensão máxima de isolação especificada.
  • A corrente de condução máxima é o valor de corrente que pode passar sem causar danos por um relé previamente fechado. Por outro lado, a corrente de comutação é a corrente nominal máxima que pode fluir pelo comutador sem causar danos quando ele abre ou fecha o contato.

 

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