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Fonte de Alimentação
A fonte de alimentação é o circuito responsável pelo fornecimento de energia - tensão e corrente - aos estágios de um aparelho eletrônico. Estes estágios são denominados cargas da fonte.
Segundo o desenho acima, podemos fazer as seguintes definições lógicas: Fonte - é o circuito que alimenta a carga. Carga – é o circuito alimentado pela fonte.
A fonte de alimentação pode fornecer diversos valores de tensões para várias cargas.
Todo circuito eletrônico deve ser alimentado por tensão contínua (Vcc) e de valor específico ( Eventualmente a carga necessita de uma tensão alternada, esta também será fornecida pela fonte). O problema é que a tensão da rede elétrica é alternada (Vca) e de 110V ou 220V. Neste caso, é preciso que haja uma série de modificações nesta tensão para que esta esta cumpra sua função. função.
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Processos Básicos na fonte
Reduzir (ou elevar) a tensão da rede elétrica deixando-a compatível com a
tensão necessária à carga. Em outras palavras, transformar a tensão (e corrente) de um valor em outro.
Retificar a tensão, ou seja, transformar a Vca em Vcc pulsativa.
Filtrar a tensão – A filtragem é
necessária para transformar a Vcc Pulsativa em Vcc constante com um menor percentual de ondulação (ripple) possível.
As fontes de alimentação têm algumas características importantes que determinam suas qualidades. A fonte de alimentação ideal seria aquela que fornecesse à carga uma tensão estável independentemente independentemente das variações da tensão da rede elétrica e de consumo da carga. Produzisse uma tensão livre de ondulações (ripple). Gerasse o mínimo possível de calor,
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pois isso representa representa muito menos desperdício desperdício de energia energia e ainda possuísse possuísse proteções proteções eficientes.
Características da fonte
Existem diversos tipos de fontes, umas muito simples e bem distantes das qualidades da fonte ideal e outras com qualidades equivalentes as da fonte ideal. Dentre as características da fonte podemos destacar:
Estabilidade – Estabilidade – é a capacidade da fonte em manter
o mesmo valor de tensão independentemente independentemente das variações da tensão da rede e das variações de consumo da carga. Ripple – Ripple – quanto menor, melhor. O ripple ou variações rápidas da tensão (ondulação) é produzido normalmente pelo processo de retificação e filtragem de uma Vca. O nível de ripple depende de três fatores:
freqüência, menor o percentual de ripple. Filtragem da tensão após a retificação. Teoricamente quanto maior o valor do capacitor eletrolítico ou o número de capacitores ligados em paralelo , melhor melhor será a filtragem. Mas há há um limite; chega a um ponto em que isso não é suficiente suficiente para eliminar ou minimizar o indesejável ripple. Consumo da carga – quanto maior o consumo da carga, mais acentuado será o ripple. Eficiência - diz respeito ao aproveitamento da energia pela própria fonte. Boa parte da energia energia da rede elétrica é transformada em calor calor e isso significa significa energia desperdiçada. desperdiçada. A relação potência consumida e potência fornecida pela fonte é fator determinante da eficiência, a diferença representa calor gerado. Corrente Máxima de Saída – a fonte deve ser capaz de fornecer corrente elétrica (I) acima da corrente máxima da carga, ou seja, uma fonte de 12V x 2A pode alimentar uma carga de 12V x 1A, mas não vai alimentar de modo satisfatório uma carga de 12V x 3A. Proteção – capacidade da fonte de interromper a tensão para a carga caso ocorra problemas na fonte ou na carga. carga. Ruído Gerado – A fonte de alimentação, em funcionamento pode gerar ruídos elétricos ou eletromagnéticos e isto pode influenciar ou interferir no funcionamento de circuitos adjacentes ou na imunidade a defeitos na própria fonte. Volume/peso – nestes aspectos é melhor aquela fonte que alie todas t odas as características acima com pequenas dimensões e peso.
Freqüência da Vca a ser retificada e filtrada. Quanto maior a
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Categorias e Tipos de Fontes
Fontes simples – simples – as fontes simples
são baseadas em poucos componentes; transformador, diodos e capacitores. São utilizadas em amplificadores de som de equipamentos domésticos e circuitos experimentais. São fontes de baixa qualidade pois deixam muito a desejar em matéria de ripple, estabilidade, eficiência, proteção, volume e peso. Por outro lado, são fontes de custo muito baixo. Na figura abaixo temos temos a representação representação em blocos blocos das fontes simples.
Existem dois tipos de fontes simples: fonte com retificação de meia onda e fonte com retificação de onda completa.
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Fonte com retificação de meia onda. Este tipo de fonte retifica somente meio ciclo da Vca, com isso haverá pulsos de tensão com a mesma freqüência da Vca após o
diodo.
Observe que não haverá corrente no diodo durante o tempo de um semiciclo, que no caso de 60 Hz será de 8,33 milissegundos. Durante esse tempo quem deverá fornecer corrente para a carga é o capacitor de filtro. Por ser um tempo relativamente longo entre um pulso e outro (devido à baixa freqüência da Vca), se a carga exigir uma corrente mais intensa, o capacitor se descarregará mais rapidamente não mantendo desta forma a tensão constante, produzindo mais facilmente o indesejável ripple.
a)
b)
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É claro que aumentando o valor ou colocando mais capacitores de filtro é possível reduzir o ripple, mas nunca a ponto de justificar seu uso de modo generalizado. Abaixo, um diagrama de uma fonte positiva (a grande maioria é positiva) simples com retificação de meia onda.
Abaixo, um diagrama de uma fonte negativa simples com retificação de meia onda.
Obs. pelo fato da retificação de meia
onda não ser o único fator responsável pelo nível de ripple - a freqüência da Vca a ser retificada também é determinante no percentual de ripple – este tipo de retificação é amplamente utilizado em fontes chaveadas, aonde a freqüência da Vca chega a dezenas de milhares de Hertz.
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Este tipo de fonte retifica a onda completa da Vca , ou seja, são retificados os semiciclos positivos e negativos, desta forma os pulsos obtidos após após a retificação retificação têm o dobro da freqüência da Vca. Com isso o nível de ripple diminui porque, devido o aumento da freqüência de pulsos, o tempo em que o capacitor de filtro tem que alimentar a carga diminui consideravelmente. consideravelmente. Fonte com retificação de onda completa.
– 120 Hz – Hz – faz com que o capacitor de filtro O aumento da freqüência de pulsos – 120 “trabalhe” por um tempo menor entre um pulso e outro – 4,16 – 4,16 milissegundos
aproximadamente. aproximadamente. O capacitor de filtro fil tro fornecendo tensão á carga durante o tempo em que não houver corrente no diodo fará com que a tensão em seus tterminais erminais caia gradativamente durante este tempo. Com a redução do tempo de “trabalho” do capacitor de filtro a queda de tensão será menor e conseqüentemente o percentual de ripple também reduzirá. Veja as figuras abaixo. A figura ( a) mostra o ripple com baixa corrente na carga e a ( b) com corrente mais elevada na fonte de alimentação com onda completa.
a)
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b)
A retificação de onda completa só é possível em transformadores de dois terminais no secundário com o uso da ponte retificadora.
Ponte retificadora com diodos isolados (esq.) e em invólucro (dir.)
Detalhes de uma ponte retificadora do tipo one line.
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d) Diagrama elétrico de uma fonte positiva simples com retificação de onda completa e com transformador de dois fios f ios no secundário.
e) Diagrama elétrico de uma fonte negativa simples com retificação de onda completa e com transformador de dois fios f ios no secundário.
f) Circuito simplificado de uma fonte com retificação de onda completa.
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Em transformadores dotados de tomada central (Center Tape) no secundário, a retificação de onda completa é conseguida com dois diodos. Veja os diagramas elétricos abaixo.
a) Diagrama elétrico de uma fonte positiva simples com retificação de onda completa e com transformador de três fios no secundário.
b) Diagrama elétrico de uma fonte negativa simples com retificação de onda completa e com transformador de três fios no secundário.
c) Circuito simplificado de uma fonte com retificação de onda completa usando transformador com Center Tape.
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Nos dois tipos de fontes simples mencionados mencionados não não é mais possível possível aumentar a freqüência de pulsos para reduzir o nível de ripple – isto só é conseguido com as fontes chaveadas . Mas o ripple acentuado não é o único problema das fontes simples. As fontes simples são altamente instáveis, ou seja, as variações da tensão da rede elétrica ou as variações e consumo da carga provocam, proporcionalmente, proporcionalmente, variações nas tensões de saída.
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Fontes Reguladas Lineares
Ora, um circuito que é alimentado com uma tensão instável terá seu desempenho comprometido. Para resolver esse problema são utilizadas as fontes reguladas. A regulagem consiste em manter a tensão na carga estável mesmo havendo variações de tensão de entrada ou variações de corrente (consumo) de carga. Existem duas maneiras de regular a tensão para a carga: 1- Controlando a corrente para a carga – neste caso o circuito regulador libera mais ou menos corrente para a carga de maneira proporcional às variações da tensão de entrada ou de consumo da carga. Isto é feito nas fontes reguladas lineares. 2- Controlando o tempo da tensão destinada à carga, Esse processo é feito nas fontes chaveadas. Fonte regulada linear - neste tipo de fonte há o acréscimo do circuito regulador
após a retificação e filtragem.
O transistor e o diodo zener são os componentes básicos deste circuito; o diodo zener estabiliza a tensão de referência de baixa corrente enquanto o transistor – que nesta função é chamado de regulador -, -, trabalhando em nível de condução (na região linear de condução), controla a corrente. Veja abaixo um diagrama elétrico de um típico tí pico circuito regulador.
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– 110V ou 220Vca Na fonte regulada regulada linear abaixo o T1 transforma a tensão da rede – 110V – em uma tensão de 11,5Vca aproximadamente, aproximadamente, que será retificada pela ponte formada por D1 a D4 e filtrada por C1, onde será obtido um valor próximo de 15Vcc. O potencial positivo desta desta tensão será será aplicado no coletor de Q1, que neste caso será a entrada da tensão não regulada ( Unreg ). ). Q1 terá em sua base a tensão de referência ZD1. Já que a tensão de emissor está “amarrada” à Vref na (Vref ) determinada por R1 e ZD1. ref. base, haverá haverá na saída uma tensão de 0,6V menor que a R ref.
Desta maneira podemos dizer que, enquanto a linha base/emissor garante a estabilidade da tensão de saída, a linha coletor/emissor garante a corrente para a carga.
Obs. A tensão de entrada ( Vin) deve ser, no mínimo, 30% maior que a tensão t ensão de saída. A tensão máxima de entrada e a corrente de carga ( Irl) dependem do transformador e da capacidade dos componentes do circuito regulador. Abaixo dois circuitos reguladores para TV. a)
b)
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Para uma maior faixa de regulação, ou seja, para uma melhor estabilização em função de uma maior variação da Vin ou de Irl, a fonte deve ser dotada do circuito amplificador de erro e do drive. Detector de erro ou amplificador de erro – erro – é um circuito baseado baseado em transistor que, por meio de uma malha, monitora a tensão de saída ( Vout) e controla a polarização do drive. Drive – Drive – Transistor que amplifica as variações do detector de erro e controla a polarização do transistor regulador e este, por sua vez, controla a corrente de carga.
Veja o diagrama abaixo.
Observe que na saída desta fonte existe um divisor de tensão formado por R3, R4 e R5, sendo R4 um trimpot denominado +B Adj. (ajuste de +B) que ajustará a tensão correta na saída + B da fonte da seguinte forma: A base de Q3 está ligada ao terminal correspondente ao cursor de R4, neste caso, qualquer variação no trimpot ou qualquer variação da tensão +B, implicará numa mudança de polarização de base de Q3, esta por sua vez, controlará a corrente de coletor-emissor deste transistor fazendo a tensão de coletor de Q3 subir ou descer, mudando a polarização de base de Q2. Esta mudança de Vb alterará a corrente de coletor-emissor de Q2. Mudando a tensão de emissor deste transistor, mudará também a tensão de base de Q1 e com a variação da Vb de Q1, a corrente de coletor-emissor também variará. Estabilização
Neste circuito, uma elevação da tensão de saída saída (+B), provocada por um aumento da tensão de entrada ou por uma redução de consumo da carga, aumentará a polarização de
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base de Q3 fazendo-o conduzir mais. Com isso a tensão de coletor deste transistor cairá, caindo também a tensão de base de Q2 reduzindo sua corrente. Com a redução da corrente de Q2, cairá a tensão de emissor deste transistor e da base de Q1. Com menor polarização de base, a corrente coletor/emissor coletor/emissor de Q1 reduzirá, compensando o aumento da tensão de saída. Uma redução da +B provocará o processo processo inverso e desta forma, esta esta tensão se manterá estável dentro de certos limites. Circuitos Reguladores Integrados – São circuitos integrados que
possuem internamente todos, ou quase todos os componentes de um circuito regulador r egulador de tensão. Existem reguladores de diversas potências assim como reguladores positivos e negativos. Os mais conhecidos são os da linha 78XX – reguladores positivos, e os 79XX – 79XX – reguladores negativos. Estes reguladores trabalham trabalham com corrente máxima de 1A
78XX
Os dois últimos dígitos correspondem a tensão de saída.
i
IN - Entrada Entrada
Ref
79XX
o
i
OUT -Saída Referência (terra)
Ref
o
Referência (terra)
OUT -Saída
IN - Entrada Entrada
Regulador integrado de 5 V em uma PCI de TV.
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Diagrama elétrico do circuito intern interno o do re ulador ulador 78xx 78xx..
Existem muitos reguladores integrados dedicados as fontes chaveadas, chaveadas, que serão vistos a seguir. Fontes Reguladas Chaveadas
A fonte regulada linear resolveu o problema de instabilidade, mas permaneceram outros problemas como, ripple acentuado, acentuado, baixa eficiência, excesso de peso e grandes dimensões. Estes problemas só foram resolvidos com o aperfeiçoamento e o uso da fonte chaveada. A tecnologia usada para controle da tensão e da corrente na fonte chaveada é bem diferente da fonte linear. Daremos maior destaque ao estudo desta fonte por ser uma tendência o seu uso nos aparelhos eletrônicos atuais.
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Todas as vantagens das fontes chaveadas estão baseadas na alta freqüência de trabalho. Nas fontes lineares a freqüência não ultrapassa os 120 Hz, enquanto que nas fontes chaveadas ela pode ser maior que 100 kHz (100.000 Hz). De modo resumido podemos afirmar que as fontes chaveadas oferecem elevada elevada eficiência, com dimensões reduzidas, baixo peso e maior segurança. Os modernos aparelhos eletrônicos utilizam a tecnologia da fonte chaveada. chaveada. Existem diversos tipos de fontes chaveadas: Fonte tipo série, paralela, booste boosterr , f l y- back etc, cada uma com sua característica particular, com suas vantagens e desvantagens. desvantagens. Porém sabemos que para a fonte chaveada funcionar, teremos que polarizar o seu circuito com uma fonte convencional, convencional, meia meia onda ou onda onda completa. Esta aplicada diretamente á rede elétrica.
150 Vcc (em rede de de 110 V) 300 Vcc ( em rede de 220 V)
Rede de 110 Vca ou 220 Vca
C
Na figura abaixo, vemos vemos um diagrama diagrama de blocos de de uma fonte completa completa do tipo paralela utilizada em televisor, monitor, DVD player e em outros outros equipamentos eletrônicos. Capacitores de Filtro de Saída Chopper Chave Master Cabo de Força
Fusível
Filtro de Linha
Ponte Retificadora
Diodos Retificadores das Saídas
Capacitor de Filtro de Entrada
Chaveador ou Comutador
Partida (Start)
PWM Controle e Excitação Vcc
Área Quente (Hot)
Área Fria (Cold)
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Vamos descrever a função dos principais componentes do circuito e analisarmos de modo detalhado a fonte chaveada paralela, visto é a mais utilizada atualmente. Esta fonte é a mais simples e o seu funcionamento básico é similar as mais sofisticadas. A entrada da fonte pode ser 90 V ou 240 V, ou seja, é uma fonte comumente chamada de automática.
Chave Master - Liga/desliga geral ( algumas fontes não possuem esta chave como as de aparelhos de DVD, monitores LCD e alguns televisores) algumas chaves abrem somente uma fase da rede (chave com dois terminais), mas a maioria abre as duas fases ( chave de quatro terminais).
Fusível – geralmente de 3,15 A é a proteção contra excesso de corrente da entrada da fonte.
Fusível na entrada da fonte
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Filtro de Linha – Linha – Este circuito é formado por uma unidade com duas bobinas e por um capacitor, geralmente de poliéster, de aproximadamente. 1µF a .33uF x 250V. A função do filtro de linha é evitar evitar que ruídos da rede cheguem até a fonte e que ruídos gerados pela fonte cheguem á rede elétrica.
Componentes do filtro de linha e seus símbolos em uma malha de entrada da fonte chaveada.
Fusistor ou NTC
L
Para a ponte retificadora
C
Fusível Chave Master
Filtro de Linha
Fusistor de entrada - Pode estar na malha AC (antes da ponte retificadora) ou na malha DC (depois da ponte retificadora). Este fusistor é simplesmente um resistor de baixo valor ( 1 Ω a 4,7 Ω ) e de potência alta ( 5W a 15W) que é usado como proteção. Geralmente abre quando algum componente que trabalha com maior corrente na fonte entra em curto, como ponte retificadora, PTC, chaveador, etc. Este resistor protege também contra a corrente inicial (quando ligamos o aparelho). Em algumas fontes encontramos um NTC no lugar deste componente.
Fusistor de entrada da fonte de 2,2 Ω.
Fusistor de entrada da fonte de 1,5 Ω.
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NTC numa PCI
Presença de um NTC na malha de entrada da fonte
i nvólucro, Ponte Retificadora – Formada por quatro diodos, isolados ou em invólucro, esta ponte (bridge) transforma a CA da rede em CC pulsativa com frequência de 120 Hz.
Ponte retificadora no invólucro e formada por diodos isolados
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150 Vcc(e m rede de 110 V) 300 Vcc(em rede de 220 V)
110 V ou 220 V (da rede elétrica)
Ponte retificadora (1) e capacitor de filtro (2) em um diagrama de TV Gradiente.
Capacitor de Filtro de Entrada – Capacitor eletrolítico que filtra a tensão após a retificação. Pode ter valor abaixo de 68µF até 220µF com tensão de isolação de até 450 V. Este componente se caracteriza por ser o capacitor de maior dimensão da fonte e, talvez de todo o circuito.
Acima, os aspectos dos capacitores de filtro de entrada e abaixo o circuito formado por todos os componentes mencionados até aqui.
Fusistor ou NTC
L
Ponte Retificadora
150 Vcc em rede de 110 110 V 300 Vcc em rede de 220 220 V
C
Fusível Chave Master
Capacitor de Filtro de entrada
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Chopper - Transformador que pode fornecer por meio de seus secundários ou derivações, diversos níveis de tensões. O chopper recebe no enrolamento primário a tensão tensão contínua do circuito circuito anterior, que no caso pode ser ser de 150 Vcc (se a rede for de 110 V) e de 300 Vcc (se a rede for de 220 V). Nenhum transformador funciona com tensão contínua constante, portanto esta será chaveada após o primário.
Devido a alta frequência de chaveamento ( 20Khz a 200Khz, dependendo da fonte) as tensões obtidas no chopper também terão frequências equivalentes, isto faz com que o número de voltas do primário e dos secundários seja bastante reduzido, resultando assim uma resistência ohmica bem próxima de zero. Este transformador garante, nas fontes paralelas, a isolação perfeita entre a rede e o circuito. A região da fonte que não é isolada da rede elétrica é chamada de área quente ( hot area) ou área viva ( live) e a região isolada é denominada área fria (Cold area). Normalmente encontramos na área quente da fonte, o primário do chopper e um secundário, este responsável pela alimentação do circuito PWM, controle e excitação e fornecimento da tensão de referência. Capacitores de Filtro Capacitores de Saída
Chopper
Diodos Retificadores das Saídas 150 Vcc Vcc ou 300 Vcc
P
S2
Chaveador ou Comutador
S3 Representação esquemática da área do chopper na fonte chaveada. P = Primário S1,S2,S3 e S4 = Secundários
S1
S4
Área Quente (Hot) Área Fria (Cold)
O transformador chopper em uma PCI de televisor.
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Representação do chopper no lado cobreado da PCI. Observe os detalhes dos enrolamentos e derivações. A linha branca fina divide a área quente (de baixo) da área fria (de cima).
Chaveador – Chaveador – Também chamado de comutador é o transistor de potência que funciona a nível de corte e saturação comutando a tensão contínua que é aplicada ao primário do chopper, deixando assim a corrente no primário pulsativa e com com isso produzindo um um campo magnético magnético dinâmico que induzirá tensões nos secundários. O chaveador, chaveador, que pode ser um transistor bipolar ou um FET, pode estar isolado isolado ou em um invólucro invólucro junto com os circuitos circuitos PWM, controle e excitação, de qualquer forma é o componente que necessita do dissipador de calor, pois lida com corrente e tensão altas.
PCI onde é possível observar vários componentes da fonte. Em destaque, o transistor chaveador.
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Disposição dos terminais dos transistores usados como chaveadores.
Chopper
Chaveador ou Comutador
150 Vcc ou 300 Vcc
+ _
PWM
A tensão da rede elétrica após a retificação e filtragem é aplicada ao primário do chopper . O transistor chaveará esta tensão fazendo com que a corrente neste elemento se torne pulsativa. O campo magnético dinâmico (linhas tracejadas) produzido, produzido, induzirá tensões CA nos secundários. As tensões CA terão a mesma freqüência de chaveamento e o valor (amplitude) dependerá da relação r elação de espiras do primário para o secundário.
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PWM, Controle e Excitação – Excitação – Circuito que produz o sinal PWM – Pulse Width M odulation odulation ou modulação por largura de pulsos, controla a largura, amplifica e aplica na base (ou gate) do transistor chaveador para que este possa comutar a tensão que está presente em seu coletor (ou dreno). T. ON
(tempo de saturação do chaveador)
PWM T. OFF
(tempo de corte do chaveador)
A largura dos pulsos determinam o tempo de saturação do chaveador e consequentemente consequentemente as tensões de saída; quanto mais largo, maiores serão as tensões de saída e vice-versa.
Maior T.ON = tensões nas saídas mais altas
Menor T.ON = tensões nas saídas mais baixas
As figuras acima mostram como a largura dos pulsos PWM influencia as tensões de saída.
+
Vcc P
S
T.ON
Ic = Máx PWM
Durante o T.ON do PWM o chaveador ficará saturado, permitindo uma corrente no primário (P ( P) do chopper . Essa corrente produzirá um campo magnético que se expandirá e induzirá no secundário (S (S), uma tensão positiva (semiciclo positivo), ou negativa – negativa – dependendo do pino em que é retirada a tensão.
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Vcc S
P
_
PWM
Ic = 0 T.OFF
Durante o T.OFF do PWM o chaveador entrará em corte, cessando a corrente no no primário (P (P) do chopper . Isso fará com que o campo se contraia e a mudança de direção do fluxo induzirá no secundário (S (S), uma tensão negativa (semiciclo negativo), ou positiva – positiva – dependendo do pino em que é retirada a tensão.
O sinal PWM é originado do sinal de um oscilador e, a partir daí, tem sua largura controlada por uma amostra de tensão de saída do chopper denominada tensão de referência (V.ref). A função do circuito de controle é manter estáveis as tensões de saída da fonte por meio da variação de largura dos pulsos. Em seguida o sinal é reforçado pelo estágio excitador onde tem sua tensão ou corrente elevada. Após o excitador o PWM é aplicado ao chaveador onde ocorrerá a comutação da tensão do primário do chopper . V.ref
Oscilador
PWM
controle
Excitador
chaveador
+ Diagrama em blocos dos estágios responsáveis pelo chaveamento.
_
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Start – Start – partida da fonte. Malha de alimentação (ou polarização) inicial dos estágios responsáveis pelo chaveamento da fonte. Geralmente esta malha é formada por um ou mais resistores de valores altos. Observe que a alimentação (permanente) destes estágios vem do secundário da área quente do chopper . Capacitores de Filtro de Saída Chopper Chave Master
Cabo de Força
Fusível
Filtro de Linha
Ponte Retificadora
Diodos Retificadores das Saídas
Capacitor de Filtro de Entrada
Chaveador ou Comutador
Partida (Start)
PWM Controle E Excitação Vcc V.ref
Área Quente (Hot)
Área Fria (Cold)
1 - malha de alimentação inicial (start) 2 - malha de alimentação permanente.
Para se obter as tensões nas saídas, inclusive, logicamente, a tensão do secundário da área quente, é necessário que o chaveador esteja comutando. Para comutar, este transistor precisa do sinal PWM. Ora, se os circuitos PWM, controle e Excitação não estão sendo alimentados, a fonte não funcionará, havendo portanto, a necessidade de uma alimentação de partida da fonte. Esta alimentação inicial deve ser derivada de um ponto de tensão tensão que não dependa dependa da comutação comutação da fonte. fonte. Este ponto quase quase sempre é a linha de entrada de 300 Vcc (ou 150 Vcc - dependendo da tensão da rede) mas em algumas fontes a tensão de partida é obtida da linha CA, ou seja, antes da ponte retificadora.
AC
AC
Start na fonte do DVD Player LG mod. 2200 N formado por R 904 e R905.
S T A A R T
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150 Vcc Vcc ou 300 Vcc
Malha de partida formada por dois doi s resistores em série (R802 e R 803) ligada a linha CA na fonte de um televisor Gradiente. O diodo (D803) na linha tem a função de retificar a tensão de Start.
Resistores de Start de 120KΩ (em série) em um televisor Sanyo.
Diodos retificadores de saída da fonte – São diodos que retificam, em meia onda, as tensões dos secundários do chopper . Graças a alta velocidade de chaveamento, chaveamento, a frequência das tensões CA obtida é muito alta, não necessitando assim de uma retificação de onda completa. Pelo mesmo motivo é preciso que estes diodos sejam de comutação rápida, ou seja, tenham capacidade de trabalhar com altas frequências.
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Diodos retificadores das tensões de saídas de uma fonte de um televisor Philips
D708, D709 e D710 são os retificadores de saída desta fonte de uma TV Sharp.
Capacitores de filtro das tensões de saída – São capacitores que filtram as tensões de saídas da fonte.
No diagrama acima acima estes capacitores capacitores são C719 e C722 que filtram a tensão principal de 115 V; C724 que filtra a tensão de 14 V e C726 que filtra a tensão de 12 V.
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Fotoacopladores – Fotoacopladores – Para aumentar a estabilidade ou mesmo para comandar pelo microcontrolador microcontrolador o funcionamento funcionamento do circuito PWM (que sempre está na na área quente da fonte ) é necessário uma amostragem da saída da fonte ou, no segundo caso, de um controle enviado pelo micro. De qualquer forma é preciso que haja uma comunicação entre a área quente ( hot) e a área fria ( cold) e mesmo assim manter a isolação elétrica. Neste caso é utilizado o fotoacoplador. O fotoacoplador é um dispositivo que transforma um sinal elétrico em luz e pode converter converter a luz novamente novamente em sinal elétrico. É constituído constituído por um led e por um fototransistor em um invólucro. Esse dispositivo na fonte de alimentação faz a transferência necessária de sinal da área fria fri a para a área quente mantendo m antendo a isolação.
Fotoacoplador entre a área fria (à esquerda da linha preta) e quente (à direita).
1 – Anodo do Led 2 – Catodo do Led 3 – Emissor do Fototransistor Fototransistor 4 – Coletor do Fototransistor Fototransistor Símbolo e pinagem do tipo mais comum de fotoacoplador.
Fotoacoplador em uma fonte de um DVD Player LG
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Formatos da fonte Chaveada Paralela
O formato diz respeito a integração dos estágios PWM, controle e excitação e chaveador. Existem três formatos:
Discreto – Discreto – neste formato os estágios acima são formados por
componentes componentes
isolados, ou seja, não há nenhum CI na fonte. Integração Parcial – Parcial – nesta fonte os estágios PWM, controle e excitação formam um circuito integrado (estão em um invólucro) enquanto o chaveador encontra-se isolado. Integração Total – Total – neste formato todos os estágios estão em um só invólucro.
P WM
Controle
Excitação
Chaveamento Fonte com formato discreto
PWM Controle e Excitaçã E xcitação o
Chaveamento Fonte com integração parcial
PWM Controle , Excitação e Chaveamento Fonte com integração total
Fonte com formato discreto em uma fonte de uma TV da Sanyo
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Fonte com formato parcialmente integrado de um televisor CCE. 1 – CI contendo PWM, controle e excitação 2 – Transistor chaveador no dissipador de calor
Formato de fonte com integração total em ema fonte de televisor CCE
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Circuitos Reguladores Integrados Para fontes Chaveadas
São CIs dedicados a fontes chaveadas que possuem internamente todos os estágios para produzir, controlar controlar e reforçar o PWM PWM além do chaveador. chaveador. Muitos possuem possuem também proteções contra contra excesso de corrente, tensão tensão e temperatura.
O regulador integrado STR S6707 e sua estrutura interna.
Estruturas internas dos reguladores integrados STR 6756R e STR F6654
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g Reg.
Drive R1
R3 Det. erro
DZ
STR 50103 e sua estrutura interna
1 – Terra 2 – Drive 3 – Entrada (não regulada) 4 – Saída (regulada) 5 – Controle
1 2
R2
R4
3 4
5
Circuito Snubber
O Snubber é um circuito formado por resitores, capacitores e diodos, está ligado aos terminais do primário do chopper e tem duas funções. Uma delas é eliminar os ruídos de alta frequência provocados pela comutação rápida do transistor chaveador. A outra é impedir que a tensão reversa (produzida pela contração do campo magnético no primário do chopper) chopper) retorne para a ponte ponte retificadora. O Snubber Snubber não está presente em toda fonte.
Nesta fonte de um DVD Player Semp o Snubber é formado por R803, R815 C828 e D805
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Descrição de Funcionamento de uma Fonte Chaveada Paralela
Como mostra o diagrama elétrico da página 52, a tensão DC de saída da ponte retificadora, flui através de R702 (start) , polarizando os pinos 5 e 11 do IC701 com a tensão de 18 V polarização inicial), a partir daí os pinos l e 16 do IC aplicando os pulsos PWM no Gate de QX701, fazendo-o chavear. Com o chaveamento de QX701, flui a corrente via dreno do QX701, passando pelo enrolamento NP do transformador chopper. Desta forma, é induzida tensão no enrolamento ND. Este enrolamento ND foi dimensionado para continuar fazendo a alimentação do IC701 ( alimentação definitiva), através de L705, R718 e DX707. Como vimos, após o a partida, a fonte passa a oscilar. Porém é necessário que haja um circuito regulador para que a tensão de saída permaneça estabilizada. Uma amostra da tensão da fonte é retirada do transformador, através do enrolamento de realimentação ( pino 08 do T701 ). Essa amostra em forma CA, é conduzida através de D706 tornandose nível CC e dividido por R706, R707, R708 e R705. Esse nível será aplicado ao amplificador de erro através de R709 ao pino 07 do IC701. C711 e R710 determinam o ganho do amplificador de erro. Após sofrer amplificação, o nível CC sai do pino 08 e é filtrado pelo LPF (filtro passa baixa), composto por R712 e C712 , retornando ao IC701 através do pino 09 para o detector detector de nível. Esse estágio estágio vai comparar comparar as variações amostrada com a referência fixada por C715 e R714 ( pino 12 do IC701 ), o resultado dessa comparação é enviado ao comparador PWM.
Oscilador dente de Serra
Como mostra a figura acima, dois capacitores "timing" ( 470pF e 560pF ) ligados ao pino 10 do IC701 eo terra, juntos são necessários para polarizar o oscilador que gera uma forma de onda dente de serra de aproximadamente 180KHz, essa forma de onda é enviada ao comparador PWM para se tornar a referência para correção da fonte de alimentação, afim de mantê-la estabilizada.
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Circuito de tensão referencial
Uma tensão referencial de compensação de temperatura, é gerada a partir de uma tensão de partida que é aplicada ao pino 02 do IC701 e dividida por um divisor externo do tipo resistivo ( pino 06 do IC701 ), essa tensão é usada para alimentar o circuito analógico interno do IC, também sendo a tensão t ensão referencial do circuito comparador PWM.
Comparador PWM
O comparador PWM é composto de duas entradas inversoras e uma não inversora. i nversora. O comparador PWM de tensão está operando como conversor de largura de pulso de tensão, que controla o tempo positivo dos pulsos de saída, através de pino 16, de acordo com a tensão de entrada, veja a figura a seguir.
Como mostra a figura acima, quando a tensão de, 18 V chega ao pino 02 do IC, o FET QX701 é polarizado através do pino 01, levando-o a condução. Para desligar o FET quando a fonte está tendendo a subir, é necessário que o comparador PWM ligue o transistor Q2 interno no IC. Isso ocorre no período onde a tensão de onda Dente de Serra ( proveniente do oscilador ), é maior que a tensão proveniente do amplificador de erro. Desde que a tensão referencial faça um pre-ajuste para compensar a variação de temperatura, a comparação apenas é realizada entre a saída do amplificador de erro e a onda Dente de Serra.
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Circuito de proteção
Internamente no IC701 está localizado o circuito de proteção. Neste circuito pode-se identificar um curto-circuito e desligar a fonte de alimentação. Em funcionamento normal o pino 13 permanece com uma tensão de aproximadamente 1,2 V. Caso ocorra um curto-circuito em uma das saídas da fonte de alimentação, a tensão no pino 13 cai, infomando ao detector de corrente, que desliga o FET QX701 através do pino 16 do IC. Este circuito interno no IC, tem a função de identificar o tempo máximo que o FET QX701 pode permanecer em condução. A entrada do sensor é o pulso que entra através de pino 03 do IC701.
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Fonte chaveada do televisor Gradiente Mod. TV 2020.
Fonte chaveada de um DVD 55 player Gradiente.
56 Fonte chaveada de um aparelho de fax Panasonic
Fonte ATX – ATX – Para computador 57
58 Fonte de TV Toshiba – Toshiba – Chassi 10
