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O que é uma fonte de alimentação digital: uma cartilha

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As fontes de alimentação digitais estão sendo usadas cada vez mais, pois são capazes de fornecer níveis aprimorados de desempenho em relação às fontes de alimentação mais tradicionais.

Os termos fonte de alimentação digital e energia digital estão sendo usados ​​por muitas empresas para descrever seus novos produtos de fonte de alimentação.

A energia digital e a fonte de alimentação digital podem significar coisas diferentes para pessoas diferentes. Para alguns, o termo fonte de alimentação digital pode se referir vagamente a uma fonte de alimentação que usa tecnologia de comutação, ou seja, uma fonte de alimentação comutada.

Mas o termo energia digital ou fonte de alimentação digital realmente se refere a uma fonte de alimentação na qual a tecnologia digital é usada dentro do circuito de feedback e para o controle da fonte. Em outras palavras, uma fonte de alimentação digital usa tecnologia digital para o controle e monitoramento da saída, bem como outros aspectos da operação da fonte.

O que é poder digital: uma definição

Muitas pessoas podem perguntar: o que é poder digital? A resposta para isso é fornecer inicialmente uma definição de poder digital e, em seguida, aprofundar-se no tópico para preencher os detalhes.

Energia digital pode ser definida como aplicações de energia que usam soluções gerenciadas digitalmente e controladas digitalmente para fornecer configuração, monitoramento, feedback e funções de supervisão ou controle que se estendem ao controle de loop total usando hardware digital e algoritmos de software.

Noções básicas de energia digital

O objetivo de uma fonte de alimentação é converter uma tensão de entrada fixa ou variável em uma tensão de saída fixa.

A fim de fornecer as saídas de tensão precisas reguladas, as fontes de alimentação usam feedback negativo para detectar o erro da saída necessária medida em relação a uma referência definida e alimentar essa tensão de erro de volta à entrada para corrigir o erro.

A maneira tradicional como esse feedback é realizado é usando técnicas analógicas, mas também pode ser feito usando técnicas digitais. Isso permite níveis muito maiores de flexibilidade e oferece a possibilidade de desempenho aprimorado.

Normalmente, as técnicas de energia digital são aplicadas à comutação de fontes de alimentação. Eles operam por meio de um transistor de passagem em série que é ligado e desligado. Quanto mais tempo ele ficar ligado, mais o capacitor de saída poderá carregar e, portanto, maior será a tensão de saída. Em outras palavras, o switch é modulado por largura de pulso.

O ciclo de trabalho da modulação por largura de pulso é controlado pelo loop de feedback dentro da fonte de alimentação. Se a tensão de saída cair muito ou a carga aumentar, a largura do pulso será aumentada para permitir que mais carga seja retirada do capacitor de saída sem que a tensão caia. Da mesma forma, se a carga for reduzida, a largura do pulso também será reduzida para manter a mesma tensão de saída.

No caso de uma fonte de alimentação digital, o loop de feedback usado para controlar a modulação por largura de pulso é digital.

Para conseguir isso, o sinal de feedback é convertido em um número digital usando um conversor analógico para digital.

O número do sinal de feedback resultante é comparado digitalmente a um número de referência definido da tensão necessária e um termo de erro é gerado.

O termo de erro é inserido em um equivalente digital de um filtro de loop. Isso é conhecido como filtro Proportional-Integral-Derivative ou PID. Os três termos correspondem a três elementos do filtro que atuam em paralelo:

  • Proporcional: Este elemento do feedback da fonte de alimentação digital fornece o ganho para o sinal de erro. Se o ganho for definido como alto, a tensão de saída da fonte retornará ao valor necessário rapidamente.
  • Integrante: O caminho integral dentro do loop de realimentação da fonte de alimentação digital é a integral do tempo das tensões de erro anteriores e permite que uma tensão de saída constante seja mantida mesmo quando o sinal de erro é zero.
  • Derivado: Este caminho dentro do loop de feedback para a fonte de alimentação digital define a taxa de mudança para o sinal de erro. À medida que a saída da fonte retorna mais perto do valor necessário, a taxa de variação é reduzida e, dessa forma, o overshoot é consideravelmente reduzido.

O uso de todos os três elementos no loop de feedback para a fonte de alimentação digital permite que a estabilidade do loop seja mantida enquanto mantém um erro de deslocamento de zero.

Vantagens do poder digital

Existem muitos motivos para usar fontes de alimentação digitais; as vantagens da energia digital significam que ele tem muito a oferecer.

  • Os parâmetros podem ser alterados durante a operação: As fontes de alimentação digitais oferecem uma flexibilidade considerável. Uma maneira pela qual isso pode ser aproveitado é alterando as características da fonte de alimentação enquanto ela está em operação. Isso poderia ser usado, por exemplo, para alterar as características se a carga mudou de plena para muito pequena, ou se a temperatura mudou, etc.
  • Compensação para desvio de componente: Um algoritmo pode ser introduzido em uma fonte de alimentação digital para compensar as mudanças nos valores dos componentes devido ao aumento da temperatura, variações de tolerância e até envelhecimento.
  • Operação coordenada: Muitas fontes de alimentação têm muitas saídas diferentes. O uso de um suprimento digital pode facilitar a adaptação da resposta dos suprimentos de forma que as alterações em um possam afetar a saída de outros. Um exemplo simples pode ser que um suprimento deve surgir depois dos outros em certas situações. Embora um exemplo simples como este possa ser implementado usando uma fonte analógica, funções mais complicadas podem ser implementadas com muito mais facilidade usando uma fonte de alimentação digital.
  • Ciclo de feedback mais rápido: O uso de um loop de feedback analógico com seus capacitores inerentes, etc., tende a diminuir o tempo de resposta da fonte de alimentação geral a quaisquer alterações. O uso de uma fonte de alimentação digital pode melhorar seu tempo de resposta a quaisquer alterações.
  • Melhore o desempenho de EMI: EMI é um aspecto importante de qualquer projeto e, para a troca de fontes de alimentação, pode ser um grande problema, pois os picos de troca podem causar o aumento das emissões irradiadas. A tecnologia de fonte de alimentação digital pode ajudar nisso, alterando a taxa de variação de ativação do MOSFET de potência em série em resposta às mudanças na carga.

Existem muitas vantagens em usar a tecnologia de fonte de alimentação digital. Como resultado, essa tecnologia está sendo cada vez mais usada em projetos de fontes de alimentação de todos os tipos.

Implementando poder digital

As fontes de alimentação digitais geralmente são construídas em torno de CIs de alimentação digitais projetados especificamente para essas aplicações.

Uma nova geração de chips de energia digital foi desenvolvida por várias empresas de gerenciamento de energia e eles formam a base das fontes de alimentação resultantes. Muito do trabalho de desenvolvimento já foi feito e kits de desenvolvimento estão disponíveis para permitir que os projetos sejam colocados no mercado mais rapidamente.

Fontes de alimentação digitais estão sendo vistas cada vez mais no mercado. Além disso, o termo está sendo usado indiscriminadamente por muitos para descrever uma fonte que pode ser apenas uma fonte de alimentação comutada. Às vezes é necessário examinar atentamente a especificação da fonte para garantir que seja uma fonte de alimentação digital real e que esteja fornecendo desempenho aprimorado em relação a outros tipos mais tradicionais.


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