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Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas

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Tudo o que você precisa saber sobre como uma fonte de alimentação funciona, quais são seus principais componentes e como identificá-los. Incluimos também diagramas, esquemas e várias figuras do interior de uma fonte de alimentação. Totalmente atualizado!

Gabriel Torres Editor executivo do Clube do Hardware

Diagrama de uma Fonte de Alimentação Chaveada

Nas Figuras 3 e 4 você pode ver o diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada usada nos PCs com o recurso PWM. Na Figura 3 mostramos o diagrama em blocos de uma fonte de alimentação sem o circuito PFC (Fator de Correção de Potência) – usado por fontes de alimentação mais baratas – e na Figura 4 mostramos o diagrama em bloco de uma fonte de alimentação com circuito de PFC ativo, que é usado por fontes de alimentação de alto desempenho.

Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas
Figura 3: Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada com o recurso PWM (sem PFC).

Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas
Figura 4: Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada com o recurso PWM e PFC ativo.

Você pode ver qual é a diferença entre uma fonte de alimentação com PFC ativo e uma sem este circuito comparando as Figuras 3 e 4. Como você pode ver, fontes de alimentação com PFC ativo não têm uma chave 110/220 V e também não têm um circuito dobrador de tensão. Mas é claro que elas têm o circuito de PFC ativo, sobre o qual falaremos mais em um momento mais oportuno.

Este é um diagrama muito básico. Não incluímos circuitos extras – como proteção contra curto-circuito, circuito stand-by, gerador do sinal power good, etc – para mantermos o diagrama simples e de fácil entendimento. Caso você queria um esquema detalhado, veja na Figura 5. Se você não entende de eletrônica, não se preocupe. Colocamos esta figura aqui apenas para os leitores que querem informações mais aprofundadas sobre o funcionamento das fontes chaveadas.

Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas
Figura 5: Diagrama esquemático de uma fonte de alimentação ATX.

Você pode estar se perguntando onde está o estágio de regulação de tensão nas figuras acima. O circuito PWM faz a regulação de tensão. A tensão de entrada é retificada antes de passar pelos transistores de chaveamento, e o que eles enviam para o transformador é uma forma de onda quadrada. Dessa forma, o que temos na saída do transformador é uma forma de onda quadrada, não a forma de onda senoidal. Como a forma de onda já está quadrada é muito fácil transformá-la em tensão contínua. Então após a retificação depois do transformador, a tensão já estará contínua. É exatamente por isto que algumas vezes as fontes de alimentação chaveadas também são referidas como conversores DC-DC.

A realimentação usada para alimentar o circuito de controle PWM é a responsável por fazer toda a regulação necessária. Se a tensão de saída estiver errada, o circuito de controle PWM muda o ciclo de trabalho do sinal aplicado ao transistor de modo a corrigir a saída. Isto acontece quando o consumo do micro aumenta, situação onde a tensão de saída tende a diminuir, ou quando o consumo do micro diminui, situação onde a tensão de saída tende a aumentar.

Tudo o que você precisa saber antes de passar para a próxima página (e o que você pode aprender prestando atenção nas Figuras 3 e 4):

  • Tudo antes do transformador é chamado “primário” e tudo após ele é chamado “secundário”. 
  • Fontes de alimentação com PFC ativo não têm uma chave 110/220 V. Elas também não têm um dobrador de tensão.
  • Em fontes de alimentação sem PFC, se a chave 110 V / 220 V estiver configurada para 110 V, a fonte de alimentação usará um dobrador de tensão de modo a fazer com que a tensão esteja sempre por volta de 220 V antes da ponte retificadora. 
  • Nas fontes de alimentação dos PCs dois transistores de potência MOSFET fazem o chaveador. Várias diferentes configurações podem ser usadas e falaremos mais sobre isto adiante.
  • A forma de onda aplicada ao transformador é quadrada. Assim, a forma de onda encontrada na saída do transformador é quadrada, não senoidal.
  • O circuito de controle PWM – que é normalmente um circuito integrado – está isolado do primário através de um pequeno transformador. Algumas vezes, em vez de um transformador um optoacoplador (um pequeno circuito integrado contendo um LED e um fototransistor empacotados juntos) é usado.
  • Como mencionamos, o circuito de controle PWM usa as saídas da fonte de alimentação para controlar como ele irá conduzir o transistor de chaveamento. Se a tensão de saída estiver errada, o circuito de controle PWM muda o ciclo de carga da forma de onda aplicada no transistor de chaveamento de modo a corrigir a saída.

Nas próximas páginas iremos explorar cada um desses estágios com figuras mostrando onde você pode encontrá-los dentro de uma fonte de alimentação.

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Comentários de usuários


Toda a equipe CH está de parabéns!. :D

O artigo está maravilhoso. Porém só discordo aos senhores quanto ao uso de filtro de linha. Normalmente é usado para ampliar as tomadas que normalmente é de uma para quatro.

Hahh facilmente uma tomada ''t'' resolve, porém vai saber que o monitor, impressora, equipamento de som possuem o varistor?

Quanto a mim o uso é indispensável do filtro de linha. Pois ligo o hardware todinho no filtro (estabilizador como chamo) e nunca me deu problema.

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<_<

Achei bem interessante, pórem como não manjo muito de eletrônica ficou boiando um pouco , mas achei bem legal a matéria tudo muito bem dissecado , mas só sei que minha fonte genérica está com menos peças que essa ai mostrada e a outra não tenho coragem de abrir pois está na garantia 1 ano que blzzzzz.

Seria interessante mostrar uma de marca de watts reais e outra pro pessoal ver a diferença de uma pra outra e também seria interessante falar dos recursos para quem faz over as proteções existentes nas fontes para essas práticas e também sobre a eficiência das mesmas que até hoje não entendi muito bem .

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Olá Gabriel,

Muito bom o seu artigo. A equipe do CH está de parabéns.

Apenas uma correção: O 7805 geralmente dá 1A de corrente, pois é um CI feito por vários fabricantes diferentes. Assim, se olharmos nos datasheets, eles garantem corrente "acima" de 1A - não especificam quanto. No entanto, há algumas marcas que conseguem, sim, dar 1,5A de corrente na saída, com garantias no datasheet. Como por exemplo o da STMicroeletronics.

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<_< Olá Gabriel,

Antes de mais nada, parabéns pela iniciativa de colocar partes eletrônicas de computadores em artigos que visam explicar o funcionamento das mesmas. Falta este tipo de material em sites Brasileiros.

Embora tenha gostado, gostaria de fazer algumas correções no artigo:

Na figura 7, o que está sendo apontado como Varistor, na verdade são capacitores cerâmicos tipo Y (não entram em curto, também chamados "safety") e fazem parte do filtro de EMC (compatibilidade eletromagnética).

"...O dobrador de tensão utiliza dois grandes capacitores eletrolíticos. Desta forma os maiores capacitores encontrados em uma fonte de alimentação pertencem a este estágio. Como mencionamos, o dobrador de tensão é usado apenas se você conectar sua fonte de alimentação na tensão elétrica de 127 V..."

Esta afirmação está errada, pois dá a entender que os capacitores podem ser removidos quando a fonte é ligada em 220V, porém não podem. Estes capacitores não só auxiliam no circuito dobrador de tensão, como também compõem o primeiro estágio da fonte de alimentação, que é a transformação, junto com a ponte retificadora, da rede AC em DC.

O termistor NTC, serve para o conhecido "Inrush current limiter", que evita o "tranco" inicial (pico de corrente), que se tem ao ligar a fonte com os capacitores eletrolíticos descarregados. Com o aumento de corrente, sua resistência diminui, não afetando o desempenho da fonte, já que ele é ligado em série com a fonte.

"As fontes de alimentação dos PCs normalmente utilizam dois transistores chaveadores em configuração push-pull"

As fontes de computador dos PCs normalmente utilizam a configuração HALF-BRIDGE e não push-pull, pois a tensão em cima dos transistores nesta configuração seria de 2 x Vin, ou seja, cerca de 700V. Na configuração HALF-BRIDGE, a tensão nos transistores é de Vin (350V).

Bom, é isso.

Um abraço e parabéns pelo site, sempre que posso leio todas as matérias. Continue assim.

Eduardo B.

Eng. Elétrico - Hardware Designer.

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Olá Srs.

Belíssimo artigo sobre as SMPS contudo, a onda retrô nunca acaba realmente, não é mesmo!

É pacífico no meio eletrônico que as SMPS são um primor de engenharia, apesar de algumas delas não

primarem por melhor qualidade de construção e de escolha de componentes. Por outro lado,

cansado de substituir fontes que não aguentavam carga e oscilações da rede elétrica, decidi por projetar minha própria fonte de alimentação para o PC, linear, externa e sem ventiladores. O projeto consistiu em 5 fontes independentes e reguladas cada qual para a tensão correta e não como certas fontes chaveadas que nunca

tem 12 volts nos terminais amarelos. A minha está com +12,5/-12.5 volts, +5,5/-5,5 volts, 2 +3,5 volts constantes e com proteção contra sobretensão (overvoltage) e sobrecarga (overcurrent) em todas as saídas.

É claro que um projeto desses não compensa na via comercial mas certamente, é uma grande experiência no sentido DIY. Um grande abraço a todos.

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Bem, eu gosto muito de música, e procuro de todas a maneiras otimizar a reprodução de áudio no meu micro. Ao longo de mais de 12 anos usando PCs, eu constatei que o ruído (ruído eletromagnético, "ripple", "noise") é o grande vilão desse assunto. Por isso, de acordo com a minha experiência, não adianta muito você ter um equipamento muito caro, se você não dispõe de tomadas solidamente aterradas pra alimentar o micro (ou, o que muitos preferem, um notebook alimentado pela bateria). Dito isso, a minha dúvida é a seguinte: Há uma corrente de audiófilos que sustenta que as fontes de alimentação chaveadas são a principal causa de interferências eletromagnéticas nos dispositivos de áudio ligados nos computadores, através dos barramentos que os alimentam (pci, usb, etc.), que propagariam o ripple produzido pelas fontes. Acontece que, como está escrito neste tutorial sobre fontes chaveadas, e eu eu já li em outros lugares na net, a frequencia de chaveamento é ultra-sônica, acima de 50Khz, o que tornaria essa interferência inaudível. Contudo, muita gente nos fóruns especializados em áudio que eu frequento, continua afirmando perceber uma sensível melhora na qualidade do áudio, ao trocar a fonte por outra de baixo ripple. Por isso, antes de investir numa Corsair 430CX, p. ex., eu gostaria que a equipe do CDH me desse "uma luz" nesse assunto tão controvertido, e ao mesmo tempo sugerir que fosse realizado algum tipo de teste que resolvesse essa questão de forma objetiva. Tenho certeza que essa questão interessa a muita gente preocupada com qualidade, e cada vez mais usa o computador como servidor de música.

Um forte abraço !

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Uma dúvida:

Qual o valor da filtragem no CX1 da fonte.

As fontes reais usam aqueles amarelos no CX1, porém não sei qual valor. Só a tensão que é de 275V, eu acho!

valeu!

Editado por FORCE_LINE_X

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Acredito que esse tópico mereça uma atualização. Várias topologias novas já foram introduzidas nesses sete anos, e não necessariamente uma fonte com dois capacitores eletrolíticos não possuem circuito PFC ativo...

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Acredito que esse tópico mereça uma atualização. Várias topologias novas já foram introduzidas nesses sete anos, e não necessariamente uma fonte com dois capacitores eletrolíticos não possuem circuito PFC ativo...

Este tutorial é o número 1 na minha lista de tutoriais a serem atualizados, realmente está muito desatualizado. Portanto, não se preocupe pois estou sabendo... Eu comecei a atualizá-lo aqui no meu computador mas não terminei, pois está me tomando muito tempo e no momento estou me dedicando a um novo livro... Mas vai sair, prometo!

Abraços,

Gabriel.

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Seria muito interessante também, tentar medir se realmente o "ripple" tem algum efeito audível.

Não tem, o ripple é a oscilação da corrente elétrica, e o ruído no caso são os picos dessa oscilação. Um ruído alto da oscilação da corrente não causaria efeitos audíveis, mas os componentes internos com certeza sofreriam muito. Por isso uma fonte deve ter um nível de ripple baixo. A questão do ruído audível passa mesmo pela ventoinha, inclusive, que é um fator que não é testado pela metodologia do CDH.

Este tutorial é o número 1 na minha lista de tutoriais a serem atualizados, realmente está muito desatualizado. Portanto, não se preocupe pois estou sabendo... Eu comecei a atualizá-lo aqui no meu computador mas não terminei, pois está me tomando muito tempo e no momento estou me dedicando a um novo livro... Mas vai sair, prometo!

Abraços,

Gabriel.

Estou feliz em saber, e entendo sua posição, é complicado realmente arranjar tempo para tratar de algo tão complexo. Eu ainda estou longe de ter a total compreensão de uma SMPS, mas é algo que estou me esforçando pra aprender.

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Bom dia.

Achei o artigo muito bem produzido. No entanto, algumas dúvidas restaram:

1) em algumas fontes chaveadas, como algumas utilizadas por Apple antigos, ao se medir a tensão na saída temos um valor menor. Por exemplo, mede-se com multímetro e tem-se 3,5V, mas ao conectar a placa mãe, este valor vai para 5V normais. Porque isso acontece? É normal?

2) em algumas fontes lineares, a utilização de regulador de tensão (7805 por exemplo) junto com um transistor TIP42 gera 11 V ao invés de 5V. Mas ao conectar no circuito você tem algo em torno de 5,3/5,0 volts. É normal? Porque isso acontece?

Obrigado a todos, abraços

Evandro

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Bom dia.

Achei o artigo muito bem produzido. No entanto, algumas dúvidas restaram:

1) em algumas fontes chaveadas, como algumas utilizadas por Apple antigos, ao se medir a tensão na saída temos um valor menor. Por exemplo, mede-se com multímetro e tem-se 3,5V, mas ao conectar a placa mãe, este valor vai para 5V normais. Porque isso acontece? É normal?

2) em algumas fontes lineares, a utilização de regulador de tensão (7805 por exemplo) junto com um transistor TIP42 gera 11 V ao invés de 5V. Mas ao conectar no circuito você tem algo em torno de 5,3/5,0 volts. É normal? Porque isso acontece?

Obrigado a todos, abraços

Evandro

Sugiro você postar essas suas dúvidas no setor Eletrônica: http://forum.clubedohardware.com.br/eletronica/f39

O tutorial em questão é específico sobre fontes de alimentação usadas no PC, e suas dúvidas não são sobre este tema. Obrigado.

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Valeu, @Jorno !

 

Em tempo: pretendo lançar a atualização desse tutorial como uma série de vídeos, pois fica mais fácil de fazer e de entender.

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