Conhecendo_PWM_e_o_Circuito_Regulador_De_Vcore_5610-eletronicabr com

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GROYKS 
 
(QUASE) TODA A VERDADE SOBRE PWM 
O Circuito 
Regulador 
de VCORE 
 
 
(quase)Toda A Verdade Sobre PWM ! 
ENTENDENDO O REGULADOR VCORE 
By Groyks (Sérgio Greiso) 
. Dedicado aos Bravos do ELETRONICAbr ! Salve, Big Z ! 
e-Book - Distribuição GRATUITA 
 
Pressupostos deste trabalho: 
1- Este e-Book não possui índice ! É porque você deve lê-lo por inteiro ! 
2- Este e-Book não tem aquela seção de agradecimentos nem dedicatória  É 
porque foi escrito por MACHO e para MACHOS (pra algumas MULHERES, 
talvez) 
3- O item 1 é absolutamente verdadeiro...o 2 é pra pensar... 
4- Nunca deixe um defeito te subjugar. Mantenha, sempre, sobre a bancada, 
uma marreta de 5kg para mostrar quem é que manda por ali ! 
5- Defeitos em circuitos que nos irritam nos mostram que ainda não 
dominamos seus princípios de funcionamento ! Então... 
 
Início: 
Fontes de alimentação que se utilizam da técnica da PWM (Pulse Width 
Modulation – [ Modulação da (por) Largura do Pulso]) (as famosas fontes 
chaveadas) causam antipatia a muitos (e, sinceramente, EU era um desses !) . 
Afinal de contas, por que não utilizar a boa, velha e confiável fonte linear, com 
seus reguladores-série ? Qual o problema em utilizá-las ? Olha, brother, agora 
eu sei...então vou te dizer : Não há problema algum, do ponto de vista 
FUNCIONAL ! Elas funcionariam bem pra caramba se... Se você não se 
importasse em ter que usar uma empilhadeira para mover a “torre” de seu 
desktop de um canto a outro da sala ! Simples assim ! Aliás o termo, hoje 
usado para designar o gabinete que abriga a placa-mãe, “torre”, não seria 
muito próprio...Acredito que a palavra “BAÚ” fosse a mais apropriada para 
representar o fato ! Um BAÚ “pesando” uns 300kg (ou mais... !). Isso sem falar 
no tamanho do ar-condicionado que todos teríamos que ter em casa, para 
 
 
poder suportar o calor gerado pelas perdas térmicas nas Fontes Lineares ! 
Funcionar, funcionaria, mas a que custo ? (Pense no Planeta, também !!) 
O problema todo está nos altíssimos valores de corrente que são manipulados 
pela Placa-Mãe, para alimentar os processadores atuais. Imagine o TAMANHO 
do TRANSFORMADOR (grandes correntes no secundário de um “trafo” 
significa grandes dimensões de um “trafo”) pra fornecer o Vcore (1,0v aprox por 
100 A !!!). Laptop seria um termo que ainda nem existiria...! 
 Lembro que eu tinha um TK-82 (década de 80! Mas não sou tãaao velho 
assim...) e que um dia tive que abrir o danado porque ele “apagou” e...adivinha 
quem encontrei lá dentro, torradinho ? Ééééé... um LM7805 !!! Bons tempos, 
aqueles, em que um processador ( o Z-80) consumia míseros 200mA NO 
MÁXIMO !!! 
Abaixo você pode dar uma olhada num gráfico da Intel, no qual é exibida a 
relação Tensão Vcore x Corrente Vcore. Isso é MUUUITO significativo pois não 
foi uma condição IMPOSTA por algum projetista maluco...A própria “Natureza 
dos Processadores” “diz” isso aos Projetistas : “Se vocês quiserem mais 
velocidade, abaixem a tensão e me forneçam mais corrente, por favor “ ! Bom, 
isso dá pra entender, pois processadores mais velozes possuem MUITO MAIS 
componentes (transistores) internos – o que AUMENTA O CONSUMO !!! Dá 
uma olhada no gráfico  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Viu ? Na década de 90 um processador era alimentado com 5v e consumia 
QUASE ZERO Ampères !!! Tudo di bom... 
 
 
A partir do começo da década de 90 o Vcore já havia diminuído em quase 50%! 
(e a corrente consumida tinha dado um “salto”). Em 2005, por exemplo a 
tensão Vcore (aquela que alimenta o processador) já estava próxima a 1,0 volt 
e em 2010 ABAIXO de 1,0 volt. Preste atenção NISSO, pois será fundamental 
para entender porque o regulador PWM do Vcore se apresenta da forma que o 
conhecemos HOJE ! Veja, no gráfico, que ao mesmo tempo em que a tensão 
Vcore vinha diminuindo, a CORRENTE exigida pelo processador estava 
AUMENTANDO na mesma proporção! Hoje temos processadores que 
requerem uma corrente de alimentação superior a 150 Ampères e sob uma 
tensão MENOR QUE 1,0 v !!! Cara....Isso é MUUITO e, se teimássemos em 
alimentar uma Placa-Mãe com uma fonte Linear, enfrentaríamos os já descritos 
incômodos, abordados no começo desta aula ! 
Abaixo, mais um gráfico pra você (você gosta de gráficos, né ?), onde te 
mostro como variou a corrente exigida pelos micro-processadores, ao longo 
dos anos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Agora que você já sabe por que não se usam fontes lineares 
em placas-mãe...faça as pazes com as fontes chaveadas, pô ! 
 
 
 
 
 
 
 
 
O Princípio do PWM ! (Enfim !!!) 
Em algum momento da História algum “maluco” (maravilhoso Maluco) 
percebeu que poderíamos controlar a potência entregue a uma carga se 
“picotássemos” a tensão entregue a ela : Estava criada a noção de PWM ! 
Abaixo você vê um circuito que “picota” a tensão sobre o led, controlando o 
tempo em que a tensão permanece em nível Lógico 1, sobre o mesmo, usando 
um ci 555 (você conhece o 555, né ?) ,. 
 
 
 
VamuLá... Aquela “parte de cima” do circuito é apenas o circuitinho de 
alimentação do 555 ! Olha lá...tem um 7812, um regulador de tensão integrado 
de até 1A de corrente. Os diodos D1 e D2 recebem a corrente alternada de um 
transformador (trafo), convertendo-a em corrente contínua pulsante a qual é 
“alisada” pelo capacitor C1, de 1000 microFárads x 25v (grande, hein ?) e 
entregue ao 7812, que a regula em “exatos” 12V, limpa, linda ! 
A “parte de baixo” nos interessa ! Temos um 555 operando no modo ASTÁVEL 
(liga-desliga-liga-desliga...) . Dá uma olhada no potenciômetro R5 à esquerda, 
entre os diodos D6 e D7. Ele é o responsável por variar o TEMPO NO QUAL O 
SINAL PERMANECE NO NÍVEL ALTO ! AHÁaaaaa.... Estamos controlando o 
 
 
tempo no qual o sinal permanece em 12v... Ou seja : Estamos controlando 
(MODULANDO MODULATION [M]) o tempo no qual o valor de tensão sobre 
o resistor limitador do LED permanece em 12 V, a LARGURA (WIDTH [W]) do 
PULSO (PULSE [P]) de alimentação. Isto é controle PWM !!! E aí ? Sentiu ? Dá 
uma olhada no gráfico abaixo pro seu prazer ser completo !!! 
Na saída do 555 (pino 3), que alimenta o Led via resistor R2 (1K) temos uma 
onda quadrada que varia entre Vcc e 0v que pode assumir algumas dessas 
formas : Veja o gráfico abaixo 
 
Vcc 
 
 
 
 t 
 
Com o potenciômetro todo à esquerda.... OU... 
 
 
Vcc 
 
 
 
 t 
...Com o potenciômetro todo à direita ! 
 
Percebeu o que fizemos ? Variamos o TEMPO NO QUAL O SINAL 
PERMANECE EM NÍVEL LÓGICO 1 (12V), sobre o resistor limitador do LED e 
NÃO A FREQUÊNCIA DO SINAL !!! A frequência do sinal permaneceu 
CONSTANTE durante todo o tempo. MODULAMOS (M) a LARGURA (W) do 
PULSO (P) (PWM, né ?) sobre o resistor limitador do LED, e com ISSO o 
BRILHO que o LED exibe, orgulhoso, pra nós ! Curtiu ? 
 
 
 
Assim fica fácil percebermos intuitivamente que se o pulso de 12v permanece 
80% do tempo disponível sobre o LED, este último apresentará um brilho 
equivalente a 80% do brilho máximo possível ! Se, ao girarmos o potenciômetro 
R5 para esquerda, fizermos o sinal de 12v permanecer em nível alto por 15% 
do tempo total disponível o brilho do LED será o equivalente a 15% do total 
possível. O tempo no qual o sinal se apresenta em nível “alto” é chamado de 
DUTY CYCLE (CICLO DE TRABALHO !) e é uma grandeza largamente 
utilizada em projeto e caracterização de fontes chaveadas. 
Bom... Embora eu saiba que agora você já sabe o que significa, na prática, o 
que é PWM, devo te dizer que isso não é o bastante, para nós ! Sinto muito ! 
Apesar de termos controlado o brilho do LED nos aproveitando dos efeitos 
PWM, observe que em nenhum momento reduzimos a tensão de 12v, da 
fonte. Precisamos ir além, pois não podemos simplesmente ficar chaveando 
12V sobre um processador que “pede” apenas 0,85 V, né ? 
O QUÊ ? Você quer saber por que não usamos um resistor LIMITADOR pra 
alimentar o processador ??? Affff... Imagina só o tamanho do “bicho”e o calor 
que ele iria dissipar... Isso sem falar que o consumo do processador é 
VARIÁVEL !!! Aí a gente usaria um potenciômetro gigante para regular o novo 
valor do resistor limitador para se adequar a nova modalidade de consumo do 
processador, né? Afff... 
 
 
 
O Mistério do Circuito Buck-Converter ! 
 
Existe uma maneira de aproveitarmos a tecnologia PWM para REDUZIRMOS a 
tensão sobre uma carga ( no nosso caso, um MicroProcessador!). A isto se 
chama “Circuito Buck Converter” (ou conversor step-down) ! Um Buck 
Converter é um regulador abaixador de tensão que converte uma determinada 
tensão CC em outra tensão CC de menor valor. São conhecidos como 
“Conversores CC-CC”. Eles podem ser BOOST ( Elevadores) ou BUCK 
(Abaixadores). No nosso caso nos deteremos nos abaixadores (Buck), ok ? 
 
Um circuito Buck Converter utiliza os princípios do PWM para converter uma 
dada tensão contínua em uma outra tensão contínua menor, com um máximo 
 
 
de aproveitamento e, portanto, com um mínimo de perdas. Na figura abaixo 
vemos uma configuração básica desse circuito. 
 
 
 
 
 
 
VamuLá : Da esquerda pra direita... 
 Vin é a fonte de alimentação (12v por exemplo). T é uma chave do tipo 
LIGA-DESLIGA. 
 D... ahhhh... é um diodo, né ? (importantíssimo  me aguarde ! ). 
 L é um indutor (BOBINA) (indutores em estágio de saída de fontes 
chaveadas recebem o nome de CHOQUE). 
 C é um capacitor com a mesma função que nas fontes lineares : 
diminuição do ripple (ou seja : carrega – descarrega – carrega – 
descarrega,,,). 
 RL é a “carga” (o nosso mui respeitável processador !). Nessas 
condições (chave aberta) nenhuma corrente circula pelo circuito e, 
portanto, a carga encontra-se “morta”. 
 
 
Então vamos fazer o seguinte : LIGAR E DESLIGAR A CHAVE ! (apenas UMA 
vez !) 
1- A Chave foi LIGADA : Para um melhor entendimento, consideraremos o 
capacitor C “fora” do circuito, ok ? Depois a gente solda ele de volta ! 
 Ao ligarmos a chave, uma tensão se estabelecerá de imediato no Indutor L 
(choque), com a tensão da fonte, como mostrado no primeiro gráfico abaixo, 
onde lemos “CHAVE LIGADA. Nesse momento, começa a fluir, pelo Indutor, 
uma corrente (se a carga RL estiver conectada !). No gráfico de baixo, à 
esquerda, vemos uma onda em forma de rampa ascendente. Esta rampa é a 
representação da corrente sobre o choque L (indutor) . Como você pode ver, a 
corrente sobre o indutor não se estabelece prontamente, da mesma forma que 
 
 
a tensão o faz !. A corrente, durante esta fase do funcionamento (CHAVE LIGADA) 
executa um “trabalho” invisível : Ela gera um campo magnético em torno do 
Indutor (você se lembra das aulas de Ciências do “Ginásio”, né ?). Ainda 
estamos na primeira etapa do funcionamento do Buck Converter, isto é, com a 
CHAVE LIGADA. O campo magnético formado sobre o indutor (no espaço, em 
volta dele), devido à corrente elétrica que o atravessa, vai expandindo-se 
atingindo valores cada vez maiores (o “cume” da rampa) até a chave ser 
desligada. Entramos na etapa 2 de funcionamento do circuito . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2- A Chave foi DESLIGADA : ( A mágica acontece !) 
Bem, neste momento, o campo magnético existente em torno do Indutor L sofre 
violento colapso e as linhas de campo magnéticas “mergulham” de volta nas 
espiras do Indutor, INDUZINDO UMA CORRENTE no indutor e fazendo surgir uma 
tensão com polaridade oposta àquela que apresentava durante a “ETAPA-1”. 
Isso fica claro, se você der uma olhada no gráfico acima (parte de cima) do 
lado onde está escrito “ETAPA-2” A tensão, agora, é NEGATIVA ( -Vo !) e se 
não houvesse o DIODO D não haveria transferência de energia para a carga (o 
CHAVE DESLIGADA 
CHAVE LIGADA 
Gráfico 1: TENSÃO sobre o indutor. 
Note a inversão de polaridade devido 
ao colapso do campo magnético, ao 
desligar a chave. 
Gráfico 2 : Variação da Corrente 
sobre o Indutor SEM o capacitor 
C no circuito. 
ETAPA - 1 ETAPA - 2 
Corrente média através do 
Indutor com o capacitor C 
no circuito. 
 
 
circuito que está sendo alimentado) pois o diodo D conecta o indutor L à terra, 
nessas condições, permitindo que circule uma corrente, agora em formato de 
rampa decresente em direção à carga ! (veja o gráfico acima – parte de baixo – 
“ETAPA-2”). Perceba que a carga continua sendo alimentada mesmo na 
ausência de alimentação da fonte, aproveitando as características funcionais 
dos indutores (e com a ajudinha do diodo !). Se não houvesse o diodo não 
haveria “rampa descendente” e, portanto, energia sobre a carga durante o ciclo 
off da chave e o gráfico apresentaria um “buraco” durante o intervalo de tempo 
no qual a chave estivesse desligada...e a carga sofreria com um gigantesco 
ripple !!! (Você sabe o que é “ripple”, não sabe ?) 
Bem, no começo desta explicação eu havia dito que o capacitor C estaria fora 
do circuito, mas agora vamos colocá-lo pra trabalhar...Sua função é “aplainar” 
as “coisas”, suavizar as formas de onda...manter-se carregado para suprir a 
carga de corrente constante, apesar das variações intrínsecas do circuito. Eu 
sei que você entendeu....mas....Bem....Esta não é toda a verdade ! Antes de 
continuarmos, acompanhe as figuras abaixo, que mostram o que ocorre no 
circuito conversor Buck tanto na etapa-1 quanto na etapa-2. 
ETAPA - 1 
 
 
 
 
 
 
 
ETAPA - 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observe, no desenho acima, que na etapa-1 o diodo não participa do circuito, 
pois está inversamente polarizado (estado de corte) e, portanto, não é exibido ! 
Lembre-se, também, que nessas condições um campo magnético está 
estabelecido no espaço, em torno do Indutor (choque) L. Durante esses breves 
instantes uma corrente flui através do choque L carregando o capacitor C e 
alimentando a carga R. 
Na etapa-2, assim que a tensão é retirada do circuito, ao abrirmos a chave, o 
campo magnético é colapsado sobre o choque, gerando uma tensão induzida 
(agora de polaridade oposta à inicial) fazendo com que flua uma corrente sobre 
a carga R (no mesmo sentido que antes). Agora o capacitor, que havia se 
carregado na etapa-1 descarrega-se via carga R, somando forças com o 
choque. Isto só é possível graças a presença do diodo que agora encontra-se 
polarizado diretamente e, portanto conduzindo, fornecendo a “referência” do 
terra para que a corrente flua do indutor para a carga. Se não houvesse o diodo 
a tensão ficaria “presa” no choque L sem poder fluir para a carga R, pois não 
haveria caminho de retorno para os elétrons ! Por suas próprias características 
(manter a corrente circulando de forma contínua pelo circuito mesmo sem 
alimentação) esta configuração recebeu o nome de “Roda Livre” (Free Wheel). 
Agora você entende por que se utiliza um Indutor nos estágios de saída PWM ? 
Hã ? Hã ? Simplesmente não há melhor substituto, pois aproveitamos o 
colapso do campo magnético gerado, ao desligarmos a alimentação, para 
gerarmos outro tanto de tensão para manter a carga R alimentada durante 
aquele tempo no qual o PWM “desliga” ! Lindo, não ? Lembra quando te disse 
que ainda não havia dito toda a verdade ? Pois é : ainda não sabemos COMO 
a tensão de 12v é reduzida para 1v (por exemplo) para alimentar o 
processador, usando o regulador PWM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como A Tensão É Reduzida, Em Um Regulador PWM: 
PARTE 1 
 
Imagine um circuito que gera um sinal de PWM cuja frequência seja fixa num 
valor qualquer, digamos Fo e cujo ciclo de trabalho (duty cycle – o tempo no 
qual a saída do gerador permanece em nível “alto”) possamos variar conforme 
nossas necessidades. Podemos usar o mesmo CI 555, já anteriormente 
apresentado. Olha lá : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vamos colocar nosso gerador de PWM para funcionar em três ajustes distintos 
de Ton (duty cycle – Tempo ligado (on)), (100%, 50% e 25%) e medir a saída 
de sinal dele no ponto Vout, do circuito. Vamos assumir que Vcc valha 12Vcc, 
ok ? Então o sinal de nosso gerador oscilará entre 0e 12v, certo ? 
 
AJUSTE-1 : Ciclo de trabalho quase a 100% 
 
 
 
 
 
Vcc 
Gerador PWM 
 555 
Ajuste do Duty Cycle 
(Ciclo de trabalho) 
Saída do Sinal 
PWM 
Carga R 
Vout 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
 100% 
 
 
 
Nesse ajuste fica fácil percebermos que a carga será alimentada com uma 
tensão quase que contínua e que corresponde a Vcc ! Para um melhor 
entendimento digamos que a área sob a curva do gráfico (cada retângulo 
vermelho em cada ciclo) representa a “energia” recebida pela carga (o circuito 
que estamos alimentando) 
 
AJUSTE-2 : Ciclo de trabalho a 50%  Metade, né ? 
 
 
 
 
 
 
 
Durante metade do tempo de cada ciclo a carga é alimentada com tensão de 
12v, mas na metade de TOff (tempo no qual o PWM permanece desligado) a 
carga não recebe alimentação alguma. Falando em termos de energia 
fornecida, “matematicamente” falando (kkkkk) a carga “enxerga” o valor médio 
da energia entregue a ela. Entretanto não podemos ignorar o fato de, apesar 
de na média, a carga estar recebendo uma tensão EQUIVALENTE a 6v 
estamos “pipocando” 12v sobre ela, na metade do tempo em cada ciclo. 
Adivinha, só, quem é que faz o trabalho “sujo” de “desmontar” a parte 
excedente da onda quadrada e encaixá-la ao lado da que restou ? Um 
CAPACITOR conectado em paralelo com a carga ! Acompanhe, abaixo, o 
trabalho do capacitor “desmontando” e “remontando” o sinal entregue à carga. 
 
 
 
 
 
 
Usando um capacitor para “tapar os 
buracos”, a tensão REAL, agora é 
de 6V ! 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
50% 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
 50% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esta operação, na verdade, é um tanto complexa e envolve operações 
matemáticas de Integração, mas vamos deixar a Mateka de lado pois 
precisamos ENTENDER qualitativamente a operação dos Reguladores PWM e 
não quantitativamente ! 
Apesar de o Groyks, aqui, ter tido o cuidado de evitar ao máximo o uso de 
Matemática para justificar o funcionamento desse circuito, que fique claro que 
os valores dos componentes envolvidos em projetos de circuitos eletrônicos 
são obtidos após reiterados cálculos Matemáticos, muitas vezes extremamente 
complexos !!! Por exemplo, sabemos que o capacitor usado nos reguladores do 
Vcore não é “o capacitor” mas “os capacitores”. Você já viu isso...7, 8, 10 às 
vezes mais capacitores em paralelo, para manter o processador alimentado 
durante o “buraco” do sinal PWM. Essa escolha não é ao acaso ! Existem 
justificativas Matemáticas para isso. Mas para nós, que atuamos em reparos 
(nobre tarefa, hein ?) o que interessa é conhecer os princípios de 
funcionamento dos circuitos, da mesma forma que um cirurgião não precisa 
saber o que se passava na cabeça do Grande Arquiteto, quando Ele estava 
nos projetando, para poder fazer seu trabalho : salvar vidas  ! 
 
 
 
 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
Finalmente, o capacitor já remontou a 
energia onde havia um buraco e, por 
causa disso, a tensão foi abaixada e 
feita contínua em 6,0 V ! 
Tensão sobre a carga : 6,0Vcc 
50% 
 
 
 
AJUSTE-3 : Ciclo de trabalho 25%  ¼ né ? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observe que sendo o ciclo de trabalho equivalente a 25% do período de 
duração de UM ciclo, o pico de tensão foi dividido em quatro pacotinhos iguais 
de forma a preencher todo o espaço desocupado do ciclo, o que nos fornece 
uma tensão de saída contínua também equivalente 25% da tensão de entrada. 
Tudo isso graças ao capacitor de valor adequado conectado em paralelo com a 
carga !!! 
 25% 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
25% 
 Vout = 3,0Vcc 
Vcc 
t 
Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 
25% 
 
 
Agora você entende porque em todos os foruns de reparos em MOBOs os 
técnicos sempre falam “dê uma olhadinha nos capacitores do Vcore...” quando 
a MOBO (MOther BOard) tá morta, travando, superaquecendo ou desligando ? 
É porque se os capacitores ressecarem ou vazarem eles terão perdido sua 
capacidade de “desmontar” e “remontar” esses pacotes de energia nos níveis 
adequados e o que é pior : o processador pode estar recebendo “pipocos” de 
tensão acima do que ele suporta. De duas uma : ou o circuito de segurança 
está desligando o PWM ou o pobre processador já foi pro “saco”, mesmo. 
Então te digo : Dê, sempre, uma olhadinha nos capacitores do Vcore, se seu 
micro está travando, superaquecendo ou desligando/reinicializando”. Se a 
MOBO tá “morta” alguma coisa muito ruim já aconteceu ! Acedite !!! ...E pode 
ter acontecido justamente por conta dos capacitores que já não estão mais 
“dando conta do recado” de “desmontarr” o sinal pulsante de 12v que está 
presente nos choques do estágio de saída do regulador. 
Uma maneira de descobrirmos a quantas anda a saúde dos capacitores (tão 
logo você consiga restaurar o Vcore) é simplesmente medirmos a saída de um 
dos choques do Vcore com um Osciloscópio e observamos a forma de onda 
apresentada. Deve ser uma bela reta sem ondulações ! Se não for assim, pode 
substituir TODOS ! Caixão e vela preta pra eles !!! 
 
Ái meu Deussss... Lembrei ! Gente...verifiquem os capacitores e testem os 
MOSFETs do Vcore ANTES de “regravarem a BIOS”, falô ? 
A gente vê nos fóruns “da vida”, por aê... 
Técnico 1 : A minha MOBO tá morta, nem tá ligando... 
Técnico (Achólogo) 2 : “Regrava a BIOS !”  PUTZ ! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como A Tensão É Reduzida, Em Um Regulador PWM: 
PARTE 2 
 
Bem...você sabe...NADA é tão simples como supomos ! Embora toda a teoria 
tratada até aqui esteja absolutamente correta, existem “verdades ocultas” que 
surgem quando “ligamos as coisas de forma ligeiramente diferente”. 
Na PARTE 1 dessa explicação o gerador de PWM entregava o sinal 
diretamente a carga ! Acontece que nosso regulador do Vcore entrega o sinal 
pulsante (“alisado” pelo capacitor) para a carga através de um choque 
(INDUTOR) , para um melhor aproveitamento da energia. E aqui surgem 
alguns efeitos “fantasmagóricos” causados pelo choque. 
Bem, já sabemos que no “mundo real” um sinal de PWM típico pode estar na 
casa dos 200kHz, 300KHz, 500KHz, 2MHz, 20Mhz...Isso vai depender das 
caracterísiticas de cada projeto. E é justamente por causa dessas frequências 
de operação que os projetistas precisam ficar espertos no momento do projeto 
para não por tudo a perder por conta de mais uma característica curiosa dos 
Indutores. 
Indutores ao serem conectados a sinais DC (corrente contínua – Direct 
Current) se comportam como condutores de resistência zero – um curto ! (claro 
que não falo daquelas bobinas para aplicações especiais, com milhares de 
espiras, pô!). Consideremos esses choques encontrados nos estágios de saída 
dos reguladores do Vcore, ok ? Esses choques, para CC, comportam-se como 
curtos, mas...ELES NÃO OPERAM EM REGIME CC ! Eles trabalham 
recebendo pulsos PWM que apresentam frequências muitas vezes da faixa de 
rádio ! E, se você prestou atenção até aqui, sabe que, por causa do colapso do 
campo magnético durante o tempo de “desligamento” do sinal PWM a 
polaridade da tensão sobre o indutor inverte a cada “liga-desliga”, gerando um 
sinal de corrente alternada AC. O que temos, agora ? Temos um indutor 
(choque) que opera em regime de AC e sob frequência elevada. Aqui é que 
entra em cena mais uma “esquisitice” dos indutores (santa esquisitice !!!). 
Se é verdade (e é !) que indutores em regime CC comportam-se como um 
curto, o mesmo não ocorre em regime AC. Muito pelo contrário ! Em regime AC 
surge, nos indutores uma espécie de “resistência dinâmica” aos sinais em AC, 
como se surgisse “do além“ um resistor que se opusesse à passagem dos 
sinais de frequência através do indutor. Quando o sinal de frequência é retirado 
a “resistência” desaparece...quando a frequência é restabelecida – IUHUUU... 
a resistência surge “do nada “ ! Essa “resistência dinâmica” recebeu o nome de 
REATÂNCIA INDUTIVA ( XL) e é medida, assim como os resistores, em Ohms.Em decorrência disso, um problema que surge durante um projeto de placa-
mãe (bom...isso não é da nossa conta, né ?) é o cuidado que se deve ter para 
definir os valores do choque L (medidos em Henry, microHenrys, miliHenrys...) 
e da frequência do PWM de forma a se evitar formar um divisor de tensão entre 
o choque e a resistência interna do processador que “mate” a tensão de Vcore, 
assim que a frequência do PWM atravessar o choque L ! Não entendeu ? Mas 
vai entender ! Dá uma olhada abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bom...no circuito acima tá fácil de entender, né ? Toda tensão contínua de 
entrada, aplicada no choque, será percebida pelo processador (a carga R). 
 
Já o mesmo não acontece se um sinal PWM de frequência F tenta atravessar o 
Choque. Perceba que agora o choque está operando em regime de Corrente 
Alternada e, portanto, temos que considerar sua Reatância Indutiva 
(Resistência Dinâmica) à passagem do sinal. Suponhamos que na frequência 
considerada (F) o choque apresente uma Reatância Indutiva ( XL) de 2Ω. 
Sendo assim, a situação agora é diferente. Observe o circuito abaixo e 
verifique que o surgimento da reatância indutiva gerou um divisor de tensão 
com a resistência interna do processador, “matando” 50% da amplitude do sinal 
que passa pelo choque. Nesse caso, teríamos 6Vcc no nó “A” . Olha lá ! 
 
É claro que um processador que necessite de 1 v de tensão de core 
funcionaria perfeitamente bem, nessas condições, desde que o capacitor que 
vai em paralelo com a carga (não mostrado aqui para simplificar o raciocínio) 
entregue a ela os 1V necessários (“desmontando e remontando” os pacotes de 
 
CHOQUE 
µProcessador 
R=2Ω 
Indutor em C.C. 
R=0 Ω 
Vin 
 Uma tensão CC 
aplicada no 
indutor, aqui, 
“aparece” sobre 
o processador, 
na íntegra ! 
VOUT = VIN 
 
 
energia (como já vimos)) , reduzindo a tensão para seu valor adequado, em 
conformidade com o duty cycle empregado. Você se lembra de que o capacitor 
reduz a tensão de pico, não lembra ? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Acho que agora você entendeu o que eu quis dizer quando falei de “matar” a 
tensão do core, né ? Se um sinal PWM tiver uma frequência de oscilação tal 
que a Reatância Indutiva do choque, nessa frequência, em conjunto com a 
resistência interna do processador, formar um divisor de tensão cuja tensão 
resultante no nó “A” for inferior à Vcore...O processador nem ligará. Texto 
confuso, esse, né ? hahahahaha...Mas é assim, Brô !!! 
No nosso exemplo acima, bastaria a frequência do PWM gerar uma reatância 
indutiva no choque de aproximadamente 22 Ω para “matar” o Vcore ! 
Bem, mas como disse anteriormente, ESTE não é um problema nosso...Os 
engenheiros é que devem evitá-lo ! 
O que deve ficar de informação pra você, nesta PARTE 2 é o fato de que a 
redução da tensão de 12Vcc para Vcore é um esforço conjunto entre as 
propriedades dos capacitores e das características do próprio circuito (valores 
de indutância do choque, valores de frequência do PWM e dos valores da 
resistência interna do Processador). E não se esqueça que os processadores 
possuem resistência interna VARIÁVEL, hein ? Essa resistência depende de 
“quantos circuitos internos” estão ativos no interior do processador em dado 
momento ! Afff... 
Pra finalizar lembro a todos que essa configuração usada no circuito Buck  
choque + capacitor + resistência do processador é conhecida como “Filtro 
Passa Baixa de Segunda Ordem” ...Afff...(di novo !) 
Indutor em 
regime AC µProcessador 
R=2Ω 
 Choque 
XL=2Ω 
 SINAL PWM 
Amplitude 
MAX : 12Vcc 
 SINAL PWM 
Amplitude 
MAX : 6Vcc 
A 
 
 
Aproximando-se Dos Circuitos Reguladores Do Vcore 
 
 
Bom... agora que já estamos bem crescidinhos podemos dar uma olhada mais 
de perto nos circuitos comerciais utilizados nos Buck Converters (reguladores 
abaixadores). No circuito abaixo um transistor MOSFET de CANAL”N” (disparo 
com sinal POSITIVO no GATE) substitui a chave que usamos anteriormente, 
no início deste trabalho. A fonte de alimentação “E” é nosso 12v presente na 
placa-mãe, que alimenta o regulador. Fora isso não há novidades. Temos o 
diodo, o choque o nosso querido capacitor e o microprocessador, representado 
por uma resistência. 
O MOSFET será excitado (no bom sentido !) através do sinal PWM aplicado 
em seu GATE. Assim ele trabalhará alimentando o choque e capacitor 
exatamente da forma como estudamos anteriormente, só que numa 
velocidade muito maior. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte 12Vcc 
Gerador 
PWM 
µProcessador 
Manter o diodo no circuito equivale a 
inserir um resistor em série com o 
processador, reduzindo o Vcore e 
aumentando as perdas térmicas. 
 
 
Você sabe, né ? Na saída do gerador PWM encontramos um trem de pulsos de 
frequência definida pelas necessidades do projeto. Esse trem de pulsos 
chaveia o MOSFET na mesma velocidade e este transístor alimenta o choque, 
o capacitor e, finalmente, o processador com a tensão correta de, digamos 
1,0V . Tudo certo, né ? Bem... Quase ! 
Meu Deus.... QUALÉ o PROBLEMA, AGORA ??? 
Bom...vou falar...É o DIODO !!! 
Bosta, Groyks...Você não disse que o DIODO era a SOLUÇÃO pro problema 
daquele intervalo de tempo sem alimentação, durante o corte, no 
chaveamento? 
É verdade, mas... aquele era um exemplo genérico e se a tensão de 
alimentação da carga não for muito baixa o diodo até que 
funciona...mas...Acontece que um diodo de uso geral “rouba” cerca de 0,8 v (na 
prática até 1,0v ! ) para poder funcionar quando polarizados diretamente. 
Diodos de chaveamento rápido (conhecidos como diodos SCHOTKY) 
“roubam”, na melhor das hipóteses, 0,5V. sabe o que ISSO significa ? 
Imagine o MOSFET no corte (chave desligada)... o choque agora tem uma 
tensão de aproximadamente -10V para ser convertida em corrente através de 
um diodo que pede tanto pra funcionar quanto o ator principal : O processador ! 
Entendeu ? O processador precisa de 1v e o diodo “cobra” 1v do circuito pra 
poder fornecer a alimentação ! Isso significa PERDAS ! Uma perda de 10 %. 
Você pode achar que 10% seja pouco, mas não é ! Principalmente se você 
levar em consideração as correntes circulantes pelo circuito (80A, 90A, 
100A...)[Nem o seu chuveiro consome uma corrente dessas !!! ]. No caso dos 
diodos SCHOTKY a perda deria de 5%. (mas não esqueça que o Vcore está 
diminuindo rapidamente e que mesmo os SCHOTKY não dariam conta do 
recado nos dias de hoje !) Se simplesmente ignorássemos essas “pequenas 
perdas” o aquecimento provocado pelo diodo diminuiria drasticamente a vida 
útil da placa-mãe. Tenha em mente que perdas significam calor e ripple 
(ondulação no fornecimento da alimentação). 
Além disso, essa “queda” de tensão de 1,0v aproximadamente sobre o diodo, quando 
em condução (durante a etapa-2 de funcionamento do circuito buck), equivale a um 
resistor colocado em série com o processador, o qual “segura” 1,0v . Já entendeu, né? 
Além da dissipação do calor, é provável que o processador nem receba toda a tensão 
necessária para funcionar...Consequências catastróficas, né ? 
Observe que esta “neura” dos projetistas em eliminar o máximo de perdas é 
absolutamente saudável !!! 
 Como disse, logo acima : menos perdas menos calor...vida longa... 
 
 
 
Mais Uma Evolução No Circuito Buck 
 
Bem, já sabemos do que precisamos: O ideal seria aterrar aquela ponta do 
choque (ligada ao catodo do diodo) em cada início de etapa-2 do circuito Buck 
(quando o choque gera tensão por causa do colapso do campo magnético 
quando o MOSFET está cortado) garantindo, dessa forma, perda zero. Você já 
sabe.. Isso é impossível, entretanto podemos usar a tecnologia para manter 
uma queda de tensão despreszível sobre o componente que “fará as vezes do 
diodo”. Dá uma olhada abaixo; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Olha só, irmão...qui doidera... A gente colocou um outro MOSFET (Q2) no lugar 
do diodo pra diminuir a resistência entre o choque e o GND, pois comparados 
aos diodos, os MOSFET possuem umaresistência entre DRENO (D) e 
SOURCE (S) da ordem de miliohms ! Aliás o que acabo de falar resume o 
famosíssimo parâmetro RDS(ON) ´[Resistência Dreno_Source em modo 
chaveado (on)]. 
Normalmente os MOSFETS já possuem uma resistência muito baixa, 
comparada aos diodos, entretanto existem MOSFETS com RDS(ON) ainda 
GERADOR 
PWM 
Q1 Q2 
 
 
menor que os MOSFETS “tradicionais” para serem usados em situações como 
essas ! Essa configuração de MOSFETs usada nos estágios de saída dos 
reguladores do Vcore ganhou fama e os projetistas se referem à Q1 como 
sendo o “transistor de cima” e à Q2 como “transistor de baixo”. Você já deve ter 
observado que nas placas-mãe os transistores do lado de baixo nunca são 
iguais aos do lado de cima, não ? É justamente por causa do parâmetro 
RDS(ON) .! 
Olhando o circuito acima percebemos que além de colocarmos um MOSFET 
para desempenhar o papel do diodo, durante a etapa em que Q1 encontra-se 
em corte, o gerador PWM teve que ser reprojetado para chavear Q2 enquanto 
Q1 está desligado (conectando o choque à GND !) . Dá uma olhada abaixo e 
acompanhe no gráfico, pelas cores, o que ocorre com os sinais que excitam Q1 
e Q2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As cores escolhidas para pintar esse gráfico têm a ver com aquelas que utilizei 
na página 9 para representar o funcionamento do circuito buck durante as 
etapas 1 e 2. Enquanto o sinal “vermelho” carrega o choque, o sinal ”azul” o 
descarrega, conectando-o à terra e fazendo-o fornecer corrente para a carga 
(processador). Perceba que a duração do pulso azul é ligeiramente diferente da 
duração do pulso vermelho, por causa do “tempo morto”. 
 
 
 Este atraso no sinal de acionamento 
de Q2 chama-se “tempo morto” e evita 
fritar os transistores caso AMBOS 
estejam conduzindo ! 
t 
t 
 Tensão de acionamento de Q1 
 Tensão de acionamento de Q2 
 
 
Diminuindo (Ainda Mais) As Perdas ! 
(AUMENTANDO A EFICIÊNCIA) 
 
 
Se um MOSFET de baixíssimo RDS(ON) já melhora em muito o desempenho do 
conversor buck, imagine se ligássemos DOIS MOSFETs em paralelo (dividindo 
ao meio, suas já baixíssimas resistências) !!! E é exatemente ISSO que os 
projetistas fazem, na prática nos projetos atuais. Como a exigência de corrente, 
por parte dos processadores está muito alta, são colocados dois MOSFETs “do 
lado de baixo” para minimizar ao máximo as perdas, aumentando a eficiência e 
a potência dos reguladores do Vcore. Abaixo você vê um circuito típico utilizado 
em estágios de saída dos reguladores Vcore de placa-mãe, utilizado na quase 
totalidade dos microcomputadores atuais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O MOSFET Q3 opera em paralelo com Q2 para minimizar ao máximo as 
perdas durante a conversão CC-CC. 
GERADOR 
PWM 
Q1 
Q3 
Q2 
 
 
Abaixo tô mostrando uma configuração muitíssimo utilizada em MOBOS 
(ASUS, por exemplo) . O circuito integrado “grandão” é o gerador PWM 
(ADP3180) . Dá uma olhada ! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Circuito Regulador do Vcore com 3 FASES 
 
 
Os CIs menores são os acionadores dos MOSFETs. Observe que cada um 
destes CIs recebe um sinal do gerador PWM e é responsável pelo acionamento 
de três MOSFETs : um do “lado de cima” e dois “do lado de baixo”. Cada 
conjunto desses representa UMA FASE do estágio de saída do Regulador 
Abaixador do Vcore. Procure olhar o diagrama acima identificado, em cada 
fase, um circuito Conversor Buck COMPLETO, igual ao que temos estudado 
até aqui ! 
Observe, também que ao mesmo nó entre a “parte de cima” e a “parte de 
baixo” está conectado o choque e que todos os choques de todas as fases 
estão ligados em comum, em suas saídas, além de estarem conectados aos 
capacitores (claro). E é justamente nesse ponto que temos o Vcore, pronto pra 
ser aplicado ao processador. Veja que os MOSFETs “de baixo” são em número 
de dois, contra apenas UM “do lado de cima” (exatamente como estudamos). 
Como temos dois MOSFETs embaixo ligados em paralelo é natural 
encontrarmos o MOSFET “de cima” torrado, ao invés dos de baixo, pois estes 
últimos aguentam uma corrente muito maior que o de cima, justamente por 
estarem em paralelo, ok ? 
.Observe que o ADP3180 possui à esquerda, seis linhas de dados que 
recebem informação do processador (está escrito “from CPU”) e que contém a 
informação binária que “diz” ao gerador PWM qual a tensão de Vcore este 
processador utiliza. Recebido este sinal o próprio gerador PWM calcula o Duty 
Cycle adequado e distribui as frações adequadas às diversas fases presentes 
(no caso, apenas 3). 
 
A Ideia Das Fases ! 
Com o aumento da corrente exigida pelos processadores atuais, os projetistas 
viram-se num beco sem saída. Como prover uma corrente de 75A (isso 
mesmo, 75 Amperes !!! E já estamos na casa dos 150A, hein ?) com apenas 
UM úncio MOSFET ? Supondo que isso fosse possível (não é !) diga-me...por 
quanto tempo você acha que esse pobre coitado iria funcionar, nessa vida loka, 
chaveando 75A a, digamos, 300KHz ? Pois é... 
Agora veja de forma diferente... Temos 3 conjuntos de 3 MOSFETs chaveando 
25A cada. Eles trabalham mais “folgados”, não ? Então...esquentam menos, 
desgastam-se menos e consequentemente “vivem mais”. Entende, agora, a 
ideia das fases ? 
O gerador PWM “distribui” o sinal de chaveamento pelos outros 3 CIs 
menores (os acionadores dos MOSFETs em cada fase). O gráfico abaixo 
ilustra o chaveamento de um Regulador do Vcore de três fases. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Durante todo este trabalho utilizei o termo “Gerador PWM”, entretanto é 
chegada a hora da verdade ! Não se trata APENAS de um gerador, mas de um 
CONTROLADOR PWM ! Além de GERAR o sinal PWM na frequência 
adequada e compartilhá-lo entre as fases existentes no Circuito Regulador, o 
Controlador PWM tem terminais conectados à saída do Vcore (veja o diagrama 
acima do ADP3180) e efetua constantemente a leitura dos níveis de tensão e 
corrente que estão sendo entregues ao processador. Uma variação no Vcore 
“para mais” é imediatamente “percebida” pelo controlador PWM que trata de 
diminuir o Duty Cycle instantâneamente, “trazendo” o valor de Vcore para os 
especificados pelo próprio processador. Veja que este procedimento, a partir 
do instante em que o processador é ligado, repete-se indefinidamente até o 
FASE 1 
FASE 2 
FASE 3 
DIAGRAMA “A” 
 Tensão (v) 
Tensão de acionamento enviada 
pelo gerador PWM aos CIs 
ACIONADORES DOS MOSFETs 
Por sua vez, cada CI ACIONADOR de MOSFET divide 
sua parcela de tempo (duty cycle cedido pelo PWM) 
entre nível alto para o MOSFET “lado de cima” e nível 
alto para OS MOSFETs “lado de baixo”. 
 
 
momento em que o computador é desligado. Perceba que ora o controlador 
PWM aumenta o duty cycle, ora o diminui, em conformidade com as 
necessidades do processador. Foi falado, no início deste estudo, sobre as 
flutuações de consumo de um processador, conforme as exigências do 
momento e não fosse esta atuação do controlador PWM seria impossível 
fornecer uma tensão Vcore estável, dentro das especificações de cada 
processador. 
 
Abaixo, apresento uma imagem de MOBO onde podemos visualizar três fases 
do Regulador do Vcore. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 FASE 1 
 FASE 2 
LADO DE BAIXO 
LADO DE CIMA 
CHOQUE 
ACIONADOR 
DOS MOSFETs 
 
 
Uma outra olhadinha com outros detalhes... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Em textos em inglês (Argh...!) você verá a denominação MOSFET DRIVER, 
para indicar aquele CI ACIONADOR dos MOSFETs. (DRIVER=ACIONADOR). 
E por falar no driver de MOSFETs, abaixo podemos ver um desses “Ceizinhos” 
numa configuração típica. Note que neste projeto é utilizado APENAS UM 
MOSFETcomo transistor “do lado de baixo”. 
 
 
 
 
Do lado esquerdo do Ci vemos os pinos de entrada [PWM] e [EN] vindos do 
controlador PWM. Do lado direito, [DRVH] driver HIGH (alto) e [DRVL] 
driver LOW (baixo) acionam os MOSFETs “alto”e “baixo” respectivamente. 
 
 
 
Bom...hora de ir... ! 
Eu poderia estar matando...eu poderia estar roubando...eu poderia estar te 
enganando (numa bela sala com duas belíssimas “assessoras”)...mas resolvi, 
humildemente, escrever esta aulinha, aqui. Pra você ! 
Espero que este material lhe seja muito útil. Aproveite-o ao máximo. Leia-o, 
releia-o e coisas do tipo. 
Para sugestões, agradecimentos, críticas construtivas/destrutivas ou ameaças 
de morte use  sergiogreiso@gmail.com 
 
LEMBREM-SE, NOBRES ! 
NUNCA VOTEM EM VACAS : ELAS ESTÃO CAGANDO E ANDANDO PRA NÓS !!!