Uma das preocupações maiores dos projetistas de equipamentos eletrônicos atuais é com o uso inteligente da energia, principalmente no caso de alimentação por bateria. As limitações das fontes não renováveis de energia faz com que mesmo em quantidade mínimas, qualquer energia que não seja consumida de forma apropriada, se torna altamente inconveniente num projeto, podendo até levá-lo a uma reprovação em termos de mercado. Assim, os fabricantes de componentes que trabalham com a energia entregue a um circuito estão cada vez mais preocupados com seu desempenho. Neste artigo fizemos uma seleção de componentes que ou se destinam ou gerenciamento de energia ou possuem recursos para isso.(2008)
A exigência dos circuitos de uma alimentação regulada faz com que entre a fonte, normalmente baterias, e a carga alimentada sejam colocados circuitos reguladores dos mais diversos tipos. No entanto, além de fornecer uma tensão fixa, independentemente da tensão da bateria, estes circuitos possuem uma função crítica adicional: garantir o melhor aproveitamento da energia fornecida, sem desperdícios, em quaisquer condições.
Assim, LDOs, reguladores chaveados, circuitos inversores, comutadores de cargas, todos têm uma característica comum: recursos para gerenciar a energia fornecida de modo que um mínimo de perdas ocorra. Estas perdas vão desde a queda de tensão no próprio regulador que deve ser mínima, até uma alta eficiência de conversão no caso dos reguladores boost e mesmo buck. Recursos de shut-down e sleep são comuns nestes circuitos que entram num estado de baixo consumo quando a carga não está exigindo sua alimentação normal.
Percorrendo o site de diversos fabricantes selecionamos então diversos circuitos práticos com componentes recém lançados, que representam o que há de mais modernos em termos de aproveitamento da energia, com um gerenciamento completo de seu fornecimento a uma carga e melhor aproveitamento da fonte, normalmente baterias.
Controlador Step-Down Com Três Saídas - LTC3853
O primeiro circuito que apresentamos é um bom exemplo das configurações que encontramos nas aplicações modernas. Baseado no LTC3853 da Linear Technology (www.linear.com) este circuito fornece três tensões diferentes de saída até 13,5 V a partir de tensões de entrada de 4,5 V a 24 V A eficiência deste circuito chega aos 92% e a freqüência de operação está na faixa de 250 kHz a 750 kHz. Como as etapas de saída operam fora de fase, o ruído gerado pelo dispositivo é minimizado, um fator importante nas aplicações modernas. O circuito possui ainda proteção contra sobretensão de saída, limitação de corrente e excita diretamente MOSFETs de potência de canal n. Na figura 1 temos um circuito em que temos tensões de 1,2 V, 5 V e 12 V de saída. O circuito integrado LT3853 é fornecido em invólucro UJ de 40 pinos.
Os leitores interessados em mais informações sobre o circuito integrado utilizado assim como outros circuitos de aplicação pode obtê-las no datasheet acessível em formato PDF diretamente no site da Linear Technology. Neste documento também destacamos todos os cálculos que permitem fixar as tensões de cada saída, assim como curvas de desempenho.
Módulo DC/DC Para 36 V de Entrada e 15 V de Saída / 1 A
O circuito apresentado na figura 2 também é uma sugestão da Linear Technology (www.linear.com) e opera com uma tensão de 5 V a 36 V de entrada fornecendo saídas de 3,3 V a 15 V de saída com correntes até 1 A. Este circuito consiste numa fonte chaveada com baixa emissão de interferência (EMI) e uma precisão de ajuste de 1,5% A eficiência supera os 90% para correntes acima de 2 A. Um único resistor fixa a tensão de saída. Destacamos ainda como funções adicionais a partida suave programável, uma resposta muito rápida a transientes e a proteção contra sobretensão de saída. Dentre as aplicações sugeridas pela Linear destacamos os equipamentos de rede e de telecomunicações, equipamentos industriais e para aviônica, além de sistemas de RF. Os leitores interessados em mais informações podem baixar o datasheet diretamente do site da Linear. Al´m do circuito sugerido, temos diversos outros com tensões diversas além de informações sobre cálculos de componentes e curvas características e de operação sob diversas condições.
Circuito Gerenciador de Energia Para Diversas Células Li-Ion
O circuito apresentado na figura 3 é sugerido pela Intersil (www.intersil.com) e faz uso do ISL94201. Nesta aplicação típica o CI é utilizado para controlar o estado das baterias, monitorando o estado de cada uma. O ISL94201 pode trabalhar com configuração de 4 a 7 células em série e uma ou mais células em paralelo. O dispositivo possui um regulador interno de 3,3 V e um monitor de tensão. Outra característica é a presença de uma interface I2C para envio de dados a um dispositivo externo. No modo sleep o consumo do circuito é menor do que 10 uA. O ISL94201 é fornecido em invólucro 24 LD QFN e suas aplicações são: ferramentas de potência, sistemas de back-up por bateria, bicicletas elétricas, equipamento de teste portátil, sistemas médicos, veículos híbridos e aplicações militares. O datasheet completo do ISL94201 com outros circuitos de aplicação pode ser baixado do site da Intersil.
Driver de Flash LED de 1 A Com Capacitor Comutado
O circuito apresentado na figura 4 é uma solução dada pela National Semiconductor (www.national.com) para alimentar um LED com uma corrente até 1 A. O circuito pode ser alimentado por tensões de 3 a 5,5 V e consiste basicamente num conversor DC/DC de alta eficiência com uma freqüência de operação constante de 1 MHz. O circuito pode ser alimentado por uma única bateria de Lítio-Ion sendo indicado para aplicações em flashes de câmaras fotográficas digitais. A eficiência de pico é de 90% e além disso a corrente do LED pode ser programada conforme suas características. Mais informações podem ser obtidas no datasheet no site da National Semiconductor.
Carregador de Bateria USB de 1,5 A e Gerenciador de Trajeto de Energia
A aplicação mostrada na figura 5 utiliza o circuito integrado bq24075 da Texas Instruments (www.ti.com) para a carga de baterias a partir tanto de uma porta USB como de um conversor AC/DC comum. O dispositivo pode controlar correntes de carga até 1,5 A. Uma característica do circuito é seu gerenciamento de energia que permite que, ao mesmo tempo que ele carrega a bateria também alimente um circuito. A tensão de entrada vai até 28 V e existe uma limitação programável de corrente. Também existe uma proteção contra inversão da polaridade da tensão de entrada e um indicador de estado. A corrente de entrada pode ser selecionável entre 100 e 500 mA para aplicações USB. Dentre as aplicações sugeridas estão telefones, mídia players portáteis, sistemas de navegação portáteis e outros dispositivos portáteis. Mais informações podem ser obtidas no datasheet onde também encontramos diversos outros esquemas de aplicações. O datasheet compreende outros dispositivos da família como o bq24072, bq24073 e bq24074, todas com a mesma função.
Circuito de Gerenciamento de Energia Para Equipamentos Móveis Com o AT73C202 (Atmel)
Na sua linha de circuitos integrados para o gerenciamento de energia a Atmel (www.atmel.com) destaca o AT73C202 que consiste numa unidade de gerenciamento de energia e controle de bateria para telefones celulares e outros equipamentos móveis. O circuito integrado AT73C202 possui um regulador chaveado de 1,8V/2,5 V com 300 mA de capacidade de corrente. Além disso possui um LDO de 2,8 V com 90 mA de corrente e dois LDOs de baixo ruído, alto PSSR de 2,7 V e 2,8 V com 130 mA de capacidade de corrente. Além disso, também existe um LDO RTC de ultra baixa potência no mesmo chiip. O dispositivo também possui um controlador para carregador de bateria Li-Ion ou Li-Polímetro e um LED driver para o carregador. Na figura 6 temos o circuito típico de aplicação sugerido pela Atmel.
O circuito é especialmente indicado para telefones celulares 2,5 GSM contendo diversos recursos que tornam melhor o aproveitamento da energia da bateria. Dentre eles temos o modo de baixa potência que minimiza a corrente de standby durante os períodos silenciosos da transmissão. No mesmo chip encontramos 7 reguladores de tensão especialmente indicados para a alimentação das diversas etapas do equipamento. O leitor poderá obter mais informações sobre este componente no seu datasheet disponível no site da atmel, ou simplesmente digitando o seu tipo em algum mecanismo de busca.
