Introdução
Neste artigo introdutório, falaremos sobre a ação de um indutor em uma fonte de alimentação chaveada. Se você é novo em projetos de fontes de alimentação e está se perguntando por que um diodo parece estar polarizado diretamente quando não deveria, então, muito provavelmente, isso se deve ao indutor. Este artigo é para você.
Compreendendo os indutores
Inicialmente, estudamos indutores na universidade, tanto em circuitos CA quanto CC. Em um circuito CA, aplicamos uma entrada senoidal ao indutor e observamos mudanças na amplitude e na fase. Em um circuito CC, aplicamos uma entrada em degrau unitário e estudamos as mudanças resultantes na corrente ou na tensão no indutor.
Entretanto, o comportamento de um indutor em uma fonte de alimentação comutada difere significativamente dos circuitos CA ou CC simples estudados na universidade.
Princípios básicos do indutor
Um indutor sempre tenta manter a corrente fluindo através dele. Ele se opõe a qualquer variação de corrente criando uma força eletromotriz reversa. Por exemplo, se houver 1A fluindo através de um indutor e uma mudança for tentada, o indutor gera uma força eletromotriz reversa para se opor a essa mudança. Esse princípio pode ser comparado a empurrar um carro pesado a partir do repouso — ele resiste ao movimento inicialmente e, uma vez em movimento, resiste à parada.
Indutor em um circuito CC
Considere um circuito CC simples com uma bateria de 1 V, uma chave, um resistor de 1 ohm e um indutor. Inicialmente, não há corrente fluindo pelo indutor. Quando a chave é fechada, 1 V é aplicado e a corrente começa a fluir. O indutor se opõe à mudança de 0 A para 1 A gerando uma força eletromotriz reversa igual à tensão aplicada (1 V). Isso cria um aumento logarítmico na corrente através do indutor ao longo do tempo.
Um indutor em uma fonte de alimentação comutada
Em uma fonte de alimentação, a resistência é próxima de zero ohms, e a corrente não segue a mesma curva logarítmica. Em vez disso, ela sobe em linha reta, formando uma forma de onda de corrente triangular. A ativação e desativação da corrente resulta nessa forma triangular, o que simplifica a análise usando a equação para uma linha reta (y = mx + c).
Exemplo de análise de circuito
Consideremos um circuito com uma fonte de 1 V, uma chave, um resistor de 1 ohm, um indutor e um resistor adicional de 2 ohms controlado por outra chave. Quando a chave inicial é fechada, a corrente sobe para 1 A. Se esta chave for aberta e a segunda chave for fechada simultaneamente, o indutor força a corrente a fluir pelo novo caminho com 3 ohms de resistência, criando uma força eletromotriz reversa de 3 V para manter o fluxo de corrente de 1 A.
Interruptores mecânicos vs. semicondutores
Interruptores mecânicos podem abrir instantaneamente, criando uma alta força eletromotriz reversa que pode ionizar o ar e causar faíscas. É por isso que a tensão CA de um interruptor é maior do que a CC. Interruptores semicondutores, no entanto, levam um tempo finito para abrir e fechar, afetando o comportamento do indutor. A equação padrão para a força eletromotriz reversa do indutor é E = -L (di/dt), derivada das leis de Faraday e Lenz.
Comportamento do indutor em fontes de alimentação práticas
Em fontes de alimentação práticas, a comutação rápida de MOSFETs pode criar grandes picos de tensão devido a altos valores de di/dt. Por exemplo, alternar de 10 A para 0 A em 10 nanossegundos gera uma enorme força eletromotriz reversa, manifestada como ruído e picos.
Conclusão
Neste artigo, discutimos o comportamento de indutores em fontes de alimentação comutadas CC-CC, o formato triangular da corrente, a direção da força eletromotriz reversa e o impacto de alto di/dt em picos de tensão.
