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sexta-feira, 21 de agosto de 2009

O que são fontes de alimentação comutadas (chaveadas) ?

As fontes de alimentação destinam-se a alimentar os circuitos com correntes contínuas.

Nos circuitos mais recentes, para além das fontes de alimentação convencionais, usam-se fontes de alimentação comutadas (Switching Power Supplies, Fontes Chaveadas). Este tipo distinguem-se das fontes convencionais pela sua capacidade de fornecer correntes mais elevadas sem transformadores de grande dimensão e pelo controle da corrente que determinado enrolamento no secundário pode fornecer.

Teoria funcionamento fontes comutadas chaveadas

A fonte comutada tem 3 grandes estágios.

  • Primário
  • Secundário
  • Circuito de controle

  • Primário:

    O primário é na verdade uma fonte convencional com rectificação e filtragem completo com uma secção rectificação básica e o filtro (D1/C3), que fornece tensão DC (contínua) para o circuito de comutação (T2/Q1).
    A Tensão CC é simplesmente aplicada a um terminal do enrolamento primário do transformador T2, com o outro terminal do transformador ligado ao colector do transístor de potência Q1.

    Este transístor funciona como elemento de comutação dos pulsos DC para criar "corrente contínua pulsante", que se irá comportar como AC no enrolamento secundário, devido à mudança do campo magnético.

    Com esta acção no sentido normal não irá funcionar no transformador - esta acção de comutação (chaveamento) basicamente converte o pulsar em DC DC, provocando mudança dos campos magnéticos que, por sua vez induz uma tensão no secundário do T2.

    A frequência que o transístor de comutação funciona é fornecida pelo (Oscilador / Pulser) é um aspecto extremamente importante para as tensões induzidas no secundário.

    Pense nisso deste modo - um pulso no primário = 2 tensões induzidas no secundário. Uma tensão induzida no secundário com o aumento do pulso, no primário (quando aumenta o campo magnético), e um pulso induzido no secundário quando o pulso se desliga (quando o campo magnético colapsa).

    Um pulso por segundo não iria gerar muita tensão no secundário, é igualmente evidente o fato de que quanto maior a frequência de oscilação, uma maior frequência será induzida no secundário.


    A frequência dos pulsos para os o transístor de comutação (chaveamento) influenciará a maior ou menor tensão de saída disponível no secundário.


    Secundário:

    No secundário de uma fonte de alimentação comutada (chaveada) existem rectificadores e filtros (D2/C4) na Secção Secundária faz-se a conversão normal AC para DC pulsos em pulsos, e filtra-se para criar corrente contínua bem filtrada.
    Se não existir nenhuma carga na saída DC, a tensão DC irá subir ao pico máximo.
    Com uma carga sobre o CC de saída, a tensão de Saída vai cair.
    Efectivamente, a oscilação no primário tem um efeito directamente proporcional no secundário, isto é, quanto mais elevada for a frequência de oscilação maior o valor de tensão..
    Existe a necessidade ter uma compensação entre a carga necessário e que exista um método de coordenação entre a carga alimentada e a frequência do oscilador.
    Uma carga de baixo consumo necessita de menos frequência de pulsos, e ..
    cargas mais pesadas sobre a saída necessitam de uma maior frequência de pulsos.


    Circuito de Controlo :

    Um método utilizado é o de comparar a de saída DC com a frequência dos pulsos que chega ao transístor de potência, que está no primário :

  • Quando a saída de tensão DC é baixa, a frequência de oscilação tem de aumentar.
  • Quando a saída de tensão DC é elevado, a frequência de oscilação necessita de baixar.
  • Isto pode ser conseguido através de um Diodo Zener (Z1), em conjugação com um acoplador óptico (U1).

  • O acoplador óptico proporciona um isolamento importante entre o circuito de saída e o circuito de Entrada.
    Assumindo que a acoplador óptico é na verdade um LED, e projecta a luz para um Foto-Transístor, um aumento de tensão acima do limite estabelecido do diodo zener fará com que o LED inicie a condução.
  • Ao passar a conduzir o Foto-Transístor afecta a frequência dos pulsos criadas no circuito primário (através do Oscilador / Pulser) e diminuir a sua actividade.
  • Se a carga no Circuito de saída provocar a queda de tensão de saída, então a tensão do Díodo zener cai diminuindo a condução do LED, ou totalmente inoperativo.

  • Neste exemplo, quando o LED acende menos, então o Foto-Transístor também irá conduzir menos, o que permitirá que a frequência dos pulsos entregue ao transístor de comutação aumente, e, assim, fazer com que o CC tensão de saída de ser possa ser aumentada .

    Existem vários métodos de fontes comutadas (chaveadas), todas elas têm esta a base, um oscilador no primário oscila, essa oscilação cria pulsos que através de um transformador permitem que díodos rectificadores e outros dispositivos reguladores alimentem o circuito a que se destinam. Existem diversos métodos de controlo e protecção que podem ser verificados, por exemplo, em fontes chaveadas para tv.


    Fonte de Alimentação TV

    Fonte alimentação tv

    Fonte Comum

    Fonte comum tv

    Os díodos rectificam a tensão alternada da rede, o condensador de filtragem, em conjunto transformam a tensão para contínua de 150 V ou 300 V se a rede for 220 V. Esta tensão vai para a fonte comutada (chaveada). O fusistor de entrada tem duas funções:

    • Proteger a fonte do pico inicial de tensão
    • Abrir se algum componente entrar em curto na fonte.

    As duas bobinas e o capacitor de poliéster na entrada da rede não permitem que a frequência da fonte saia pela rede e interfira em aparelhos circundantes.

    Circuito de desmagnetização - A bobina de desmagnetização fica enrolada numa fita isolante em volta do TRC. Tem a função de criar um campo magnético alternado com a tensão da rede para desmagnetizar a máscara de sombras. Desta forma evita-se que a imagem apresente manchas coloridas nos cantos da imagem. Esta bobina funciona por poucos segundos até que o termistor PTC aqueça, aumente sua resistência e diminua bastante a corrente.

    Fonte Comutada em série

    Fonte comutada(chaveada)TV

    Neste tipo circuito, um transístor (regulador) fica em série com a linha +B. O transístor recebe +B da fonte comum através do primário de um transformador de ferrite (chopper). Através da oscilação deste transformador juntamente com alguns componentes ligados, o transistor funciona como uma chave (ON/OFF), conduzindo e cortando cerca de 15.000 vezes por segundo. Quando conduz, carrega o condensador(capacitor) da saída com 100 V. Quando corta, a tensão do condensador (capacitor) mantém o TV com alimentação.

    Quando se liga o TV, R2 polariza a base do regulador e este conduz, fazendo passar corrente no chopper que induz um pulso no secundário, sendo aplicado na base através de R3 e C3. O regulador então corta, interrompe a corrente, e o chopper induz outro pulso para a base fazendo o regulador conduzir novamente e este ciclo repete-se. A fonte comutada(chaveada) pode por isso auto denominar-se fonte auto oscilante. O +B na saída desta fonte já está estabilizado e vai alimentar o circuito horizontal do TV.

    Fonte Comutada em série com CI

    Fonte comutada(chaveada)TV com CI

    No pino 3 entra o +B não estabilizado da fonte comum e no pino 4 sai o +B estável. O pino 2 tem três funções: disparo inicial, oscilação e sincronismo da fonte com o circuito horizontal do TV através de pulsos de 15.750 Hz vindos do transformador de linhas(Flyback-LOPT). Observe como os componentes que mantém a tensão estável na saída da fonte ficam todos dentro do STR. Neste exemplo, como ocorre em várias TVs, o chopper além de manter a oscilação da fonte, também fornece uma tensão que será retificada e alimentará outros circuitos. O condensador(capacitor) CF entre os pinos 3 e 4 elimina os ruídos gerados pelo comutação do CI. Esta fonte já é bivolt automática. Quando o TV é ligado em 220 V, a fonte comum fornece 300 V para o pino 3 do STR, mas muda a frequência de oscilação e mantém as mesma tensão no pino 4.

    Fonte Comutada em paralelo com STK

    Fonte comutada(chaveada)TV com STK

    O CI é o STK79037 (STK79038) ou IX1791 de 12 pinos. Ao ligar o TV, o pino 5 recebe o +B da ponte rectificadora, através do resistor de disparo, alimenta o gate do MOSFET comutador interno e a partir daí a fonte começa a oscilar. Os pinos 1 e 3 recebem uma amostra da tensão da saída através do regulador SE115 IC3 e do fotoacoplador IC2. Assim podem alterar a frequência e o valor do +B caso exista necessidade de forma idêntica à fonte que usa o CI STR de 9 pinos.

    Fonte chaveada em paralelo com Mosfet

    Fonte chaveada TV com MOSFET

    O transístor desta fonte é um MOSFET que consome menos energia que um transístor comum para a mesma função. O oscilador e o controle da fonte estão dentro do IC1. Ao ligar o TV, os pinos 2 e 6 recebem uma tensão inicial de disparo e a fonte começa a oscilar. O MOSFET recebe a tensão de entrada no dreno (D) e o sinal PWM no gate (G). O source (S) liga a terra. Assim, existe comutação entre o primário do chopper que transfere a tensão para os secundários originando os +B da fonte. O pino 1 verifica os +B e ajusta a frequência do CI para efectuar a correcção da fonte quando necessária. Também é possível mudar a frequência da fonte e o valor dos +B manualmente através de uma resistência ajustável ligada no pino 1.

    O diodo D2 e componentes associados a formam um circuito chamado snubber com duas funções:
    • eliminar os ruídos gerados pela oscilação do MOSFET
    • impedir que os pulsos de tensão negativa induzidos no chopper voltem para a ponte retificadora e queimem estes diodos.

    Fonte Chaveada em paralelo com STR

    Fonte chaveada TV com STR

    A tensão da fonte comum entra no pino 1 onde está o transistor comutador com tem ligações fora do CI pelos pinos 1, 2 e 3. O CI gera os pulsos PWM internamente, saindo pelos pinos 4 e 5 e indo para a base do comutador (pino 3). O pino 9 do CI recebe dois +B: Um deles vindo da ponte rectificadora para o disparo da fonte e o outro rectificado e estabilizado pelo transistor Q1, mantendo o CI alimentado. Estabilização do +B - O fotoacoplador IC2 e o regulador IC3 retiram uma amostra do +B e enviam ao pino 7 do STR. Desta forma verifica como está a tensão na saída da fonte. Quando o +B aumenta, o LED do fotoacoplador acende mais intensamente e aumenta a tensão no pino 7 do STR. Isto aumenta a frequencia do oscilador interno do STR, fazendo o comutador cortar a uma frequência mais elevada reduzindo a tensão induzida no secundário do chopper, assim, o valor do +B volta ao normal. Defeciências no IC2 ou IC3 pode deixar o +B muito baixo ou muito alto.

    Componentes comuns nas fontes de alimentação de televisão

    TDA4605 STRS6707 STK79037 STR50103 TDA4601
    TDA4605 STRS6707
    STR50103A TDA4601

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