Compreendendo a corrente alternada (CA) no projeto da fonte de alimentação
Para projetar uma fonte de alimentação usando corrente alternada (CA), a corrente de entrada deve primeiro ser determinada. A maioria das fontes de energia da rede são CA, que normalmente exibem uma forma de onda senoidal.
Figura 1: Forma de onda CA e parâmetros principais
Ao trabalhar com AC, os seguintes parâmetros devem ser considerados:
Tensão/corrente de pico: A amplitude máxima da forma de onda.
Freqüência: O número de ciclos de forma de onda por segundo. O tempo para um ciclo completo é chamado deperíodo.
Tensão/Corrente Média: O valor médio de todos os pontos de tensão em um ciclo. Em uma forma de onda CA pura sem deslocamento CC, esse valor é zero porque as metades positiva e negativa se cancelam.
Tensão/corrente RMS (raiz quadrada média): A raiz quadrada média dos valores de tensão instantânea ao longo de um ciclo. Para uma onda senoidal CA pura, isso pode ser calculado usando a fórmula.
RMS é equivalente à potência DC necessária para produzir o mesmo efeito de aquecimento. Esta definição, embora complexa, fornece o "valor efetivo" da CA e é amplamente utilizada na engenharia elétrica, muitas vezes denominada VAC.
Fase: A diferença angular entre duas formas de onda. Um ciclo AC completo abrange 360 graus, com picos em 90 graus (positivo) e 270 graus (negativo) e cruzamentos zero em 180 graus e 360 graus.
Se duas formas de onda forem plotadas juntas e uma atingir seu pico positivo enquanto a outra atingir seu pico negativo (por exemplo, 90 graus vs. 270 graus), elas terão uma diferença de fase de 180 graus e serão denominadas fora de fase. Uma diferença de fase de 0 graus indica que as formas de onda estão em fase.
CA na transmissão de energia
AC é o principal método de transmissão de eletricidade das usinas de energia para os usuários finais. Isso ocorre porque a CA permite uma transformação eficiente de tensão durante a transmissão.
As usinas de energia geram eletricidade a ~40.000 V (40 kV), que é então aumentada para150–800kVpara transmissão-de longa distância para minimizar perdas resistivas.
Perto do destino, a tensão é reduzida para4–35kV, e finalmente para120V ou 240Vpara uso residencial.
A CC não consegue realizar facilmente tais transformações de tensão, pois os transformadores lineares (que dependem de flutuações de tensão) só funcionam com CA.
Fontes de alimentação linear CA/CC
Uma fonte de alimentação linear AC/DC segue estas etapas:
Figura 2: Diagrama de blocos funcionais
Transformador-abaixador: Reduz a tensão de entrada CA.
Retificação: Converte AC em DC pulsante.
Filtragem: Suaviza a forma de onda DC.
Vantagens: Design simples, amadurecido ao longo de décadas com maior eficiência e faixa de potência.
Limitações:
Tamanho: A operação-de baixa frequência (por exemplo, 50 Hz) requer transformadores grandes e pesados para transferir energia entre as bobinas primária e secundária.
Regulação de tensão: Os reguladores lineares dissipam o excesso de energia na forma de calor. Em alta potência, isso exige enormes dissipadores de calor, tornando o gerenciamento térmico impraticável.
Fontes de alimentação em modo{0}comutação CA/CC
Para resolver as limitações dos projetos lineares, foram desenvolvidas fontes de alimentação-comutadas:
Retificação/filtragem de entrada: AC é convertido diretamente em DC.
Circuito picador: converte CC em pulsos de{0}alta frequência.
Transformador-abaixador: usa um transformador compacto de-alta frequência.
Retificação/filtragem de saída: Produz DC estável.
Vantagens:
Tamanho compacto: a operação em-alta frequência permite transformadores menores.
Alta eficiência: Perda mínima de energia em comparação com projetos lineares.
Gerenciamento térmico: A dissipação de calor reduzida elimina dissipadores de calor volumosos.
Desafios:
Barulho: a comutação-de alta frequência introduz interferência eletromagnética (EMI), exigindo filtragem avançada.
Complexidade: Os circuitos de controle são mais sofisticados, mas gerenciáveis com componentes integrados modernos.
Resumo
As fontes de alimentação CA/CC são onipresentes, convertendo CA em CC estável para dispositivos eletrônicos. Pontos principais:
Transmissão CA vs. CC: AC domina as redes devido à transformação eficiente de tensão.
Sistemas-monofásicos versus trifásicos-:
Monofásico-: mais simples, suficiente para residências.
Trifásico-: fornece alta potência estável para aplicações industriais.
Evolução do design:
Suprimentos lineares: Limitado por tamanho e eficiência, mas simples.
Fontes-de modo alternado: Compacto, eficiente e dominante em aplicações modernas.
