Por Gabriel Torres e Cássio Lima em 07 de novembro de 2006
Introdução
As fontes de alimentação usadas nos computadores são baseadas em uma tecnologia chamada “modo de chaveamento”, “chaveamento em alta freqüência” ou SMPS (Switching Mode Power Supply), sendo que Conversor DC-DC é um outro nome usado por fontes de alimentação que trabalham em modo de chaveamento. Neste tutorial explicaremos como as fontes de alimentação chaveadas funcionam e faremos uma jornada por dentro de uma fonte de computador, mostrando a você os principais componentes e suas respectivas funções.
Nós já publicamos um tutorial sobre Fontes de Alimentação, onde explicamos sobre os padrões, como calcular a potência nominal de uma fonte e falamos também sobre as especificações básicas de uma fonte de alimentação. Neste tutorial iremos mais a fundo, explicando o que há dentro de uma fonte de alimentação, quais os principais componentes e como identificá-los.
As fontes de alimentação podem ser construídas com duas tecnologias: linear ou chaveada.
As fontes de alimentação lineares pegam os 127 V ou 220 V da rede elétrica e, com ajuda de um transformador, reduzem esta tensão para, por exemplo, 12 V. Esta tensão reduzida, que ainda é alternada, passa então por um circuito de retificação que é feito por uma série de diodos, transformando esta tensão alternada em tensão pulsante (número 3 nas Figuras 1 e 2). O próximo passo é a filtragem, que é feito por um capacitor eletrolítico que transforma esta tensão pulsante em quase contínua (número 4 nas Figuras 1 e 2). Como a tensão contínua obtida após o capacitor oscila um pouco (esta oscilação é chamada ripple), um estágio de regulação de tensão é necessário, feito por um diodo zener ou por um circuito integrado regulador de tensão. Após este estágio a saída é realmente contínua (número 5 nas Figuras 1 e 2).
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Figura 1: Diagrama em bloco de uma fonte de alimentação linear.
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Figura 2: Formas de ondas encontradas em uma fonte de alimentação linear.
Embora fontes de alimentação lineares trabalhem muito bem para aplicações que exigem pouca potência – telefones sem fio e consoles de videogames são duas aplicações que podemos citar –, quando uma alta potência é requerida, fontes de alimentação lineares podem ser literalmente muito grandes para a tarefa.
O tamanho do transformador e a capacitância (e o tamanho) do capacitor eletrolítico são inversamente proporcionais à freqüência de entrada da tensão alternada: quanto menor a freqüência da tensão alternada maior o tamanho dos componentes e vice-versa. Como fontes de alimentação lineares ainda usam os 60 Hz (ou 50 Hz, dependendo do país) da freqüência da rede elétrica – que é uma freqüência muito baixa –, o transformador e o capacitor são muito grandes.
Além disso, quanto maior a corrente (ou seja, a potência) exigida pelo circuito, maior é o transformador da fonte de alimentação.
Construir uma fonte de alimentação linear para PCs seria loucura, já que ela seria muito grande e muito pesada. A solução foi o uso de um chaveador de alta freqüência.
Em fontes de alimentação chaveadas em alta freqüência a tensão de entrada tem sua freqüência aumentada antes de ir para o transformador (50 a 60 kHz são valores típicos). Com a freqüência da tensão de entrada aumentada, o transformador e o capacitor eletrolítico podem ser bem menores. Este é o tipo de fonte de alimentação usada nos PCs e em muitos outros equipamentos eletrônicos, como videocassetes. Tenha em mente que “chaveada” é uma forma reduzida para “chaveada em alta freqüência”, não tendo nada a ver se a fonte tem ou não uma chave liga/desliga.
A fonte de alimentação usada nos PCs utiliza uma abordagem ainda melhor: ela é um sistema de laço fechado. O circuito que controla o transistor chaveador monitora as saídas da fonte de alimentação, aumentando ou diminuindo o ciclo de trabalho da tensão aplicada ao transformador de acordo com o consumo do micro (esta técnica é chamada PWM, Modulação por Comprimento de Pulso). Ciclo de trabalho é a divisão entre o tempo em que uma forma de onda quadrada fica em 0 ou em 1. Em uma onda quadrada simétrica o ciclo de trabalho é de 50%. Uma onda com ciclo de trabalho de 33% ficaria 1/3 do tempo em "1" e 2/3 do tempo em "0". A fonte de alimentação reajusta o seu ciclo de trabalho dependendo do consumo do dispositivo conectado a ela. Quando seu micro não está consumindo muita potência, a fonte de alimentação reajusta o seu ciclo de trabalho para fornecer menos corrente, fazendo com que o transformador e todos os outros componentes dissipem menos potência, o que reduz o calor gerado.
As fontes de alimentação linear são configuradas para fornecer a potência máxima, mesmo se o circuito que esteja conectado a ela não esteja exigindo muita corrente. O resultado é que todos os componentes trabalham em sua capacidade máxima, mesmo que não seja necessário. O resultado é a geração de muito calor.
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.
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Figura 3: Diagrama em blocos de uma fonte de alimentação chaveada com o recurso PWM (sem PFC).
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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.
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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.
Por Dentro de Uma Fonte de Alimentação
Ao abrir uma fonte de alimentação pela primeira vez (não faça isso com ela ligada na rede elétrica ou você poderá tomar um choque), você pode se sentir perdido ao tentar identificar seus componentes. Mas você reconhecerá pelo menos duas coisas: a ventoinha da fonte de alimentação e alguns dissipadores de calor.
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Figura 6: Por dentro de uma fonte de alimentação de computador.
Mas você deve ser capaz de reconhecer facilmente os componentes que pertencem ao primário e secundário.
Você encontrará um (em fontes de alimentação com PFC ativo) ou dois (em fontes de alimentação sem PFC ativo) grandes capacitores eletrolíticos. Localize-os e você terá localizado o primário da fonte.
Geralmente as fontes de alimentação têm três grandes transformadores entre dois dissipadores de calor, como você pode ver na Figura 7. O transformador principal é o maior de todos. O transformador médio é usado para gerar a saída +5VSB e o transformador menor é usado pelo circuito controlador PWM para isolar o secundário do primário (este é o transformador rotulado como “isolador” nas Figuras 3 e 4). Muitas fontes de alimentação em vez de usarem um transformador como um isolador utilizam um ou mais optoacopladores (eles parecem pequenos circuitos integrados). Portanto em fontes de alimentação que utilizam esses componentes você provavelmente encontrará apenas dois transformadores. Falaremos mais sobre isso adiante.
Um dos dissipadores de calor pertence ao primário e o outro pertence ao secundário.
No dissipador de calor do primário você encontrará os transistores de chaveamento e também os transistores e diodo do PFC ativo, caso sua fonte de alimentação tenha PFC ativo. Alguns fabricantes podem escolher usar um dissipador separado para os componentes do PFC e, portanto, em fontes de alimentação com PFC ativo você pode encontrar dois dissipadores em seu estágio primário.
No secundário você encontrará vários retificadores. Eles parecem transistores, mas eles possuem dois diodos de potência internamente.
Você encontrará vários capacitores eletrolíticos e bobinas que pertencem à fase de filtragem – encontrando eles você localizará o secundário.
Uma maneira mais fácil de encontrar o secundário e o primário é simplesmente seguir os fios da fonte de alimentação. Os fios de saída estão conectados ao secundário enquanto que os fios de entrada (aqueles que vêm da tomada) estão conectados ao primário, como você pode ver na Figura 7.
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Figura 7: Localizando o primário e o secundário.
Falaremos agora sobre os componentes encontrados em cada estágio da fonte de alimentação.
Filtragem de Transientes
O primeiro estágio de uma fonte de alimentação para PCs é a filtragem de transientes. Na Figura 8 você pode ver o esquema de um estágio de filtragem de transiente recomendado para fontes de alimentação para computadores.
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Figura 8: Filtragem de transientes.
Nós dissemos “recomendado” porque muitas fontes de alimentação – especialmente as mais baratas – não têm todos os componentes mostrados na Figura 8. Por isso uma boa maneira de verificar se sua fonte de alimentação é ou não de boa qualidade é verificar se o seu estágio de filtragem de transientes tem todos os componentes recomendados.
O componente principal deste estágio é chamado varistor (ou MOV, Varistor de Óxido Metálico) – rotulado em nosso diagrama como RV1 – que é o responsável por cortar os picos de tensão (transientes) encontrados na rede elétrica. Este é exatamente o mesmo componente encontrado nos filtros de linha. O problema é que fontes de alimentação mais baratas, de modo a cortar custos, não possuem este componente. Em fontes de alimentação que possuem um varistor filtros de linha não servem para nada, já que elas já possuem um varistor internamente.
L1 e L2 são bobinas de ferrite. C1 e C2 são capacitores cerâmicos, normalmente azuis. Esses capacitores também são chamados “capacitores Y”. C3 é um capacitor de poliéster metalizado, normalmente com valores como 100 nF, 470 nF ou 680 nF. Este capacitor também é chamado “capacitor X”. Algumas fontes de alimentação têm um segundo capacitor X, instalado em paralelo com a rede elétrica principal, onde está o RV1 na Figura 8.
O capacitor X é qualquer capacitor que tenha seus terminais conectados em paralelo com a rede elétrica principal. Já os capacitores Y vêm aos pares. Eles precisam estar ligados em série com o ponto de conexão entre eles aterrado, ou seja, conectado à carcaça da fonte de alimentação. Eles são então conectados em paralelo com a rede elétrica principal.
O filtro de transientes não apenas filtra os transientes oriundos da rede elétrica, mas também evita que o ruído gerado pelos transistores de chaveamento volte para a rede elétrica, que causaria interferência em outros equipamentos eletrônicos.
Vejamos alguns exemplos. Preste atenção na Figura 9. Você ver algo estranho nela? Este fonte de alimentação não tem um filtro de transientes! Esta é uma fonte de alimentação “genérica” barata. Se você prestar atenção pode ver as marcações na placa de circuito impresso onde os componentes do estágio de filtragem de transientes deveriam ser instalados.
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Figura 9: Esta é uma fonte de alimentação genérica e de baixo custo que não tem o estágio de filtragem de transientes.
Na Figura 10 você pode ver o estágio de filtragem de transientes de uma fonte de alimentação barata. Como você pode ver, esta fonte não tem um varistor (MOV) e tem apenas uma bobina (não tem a bobina L2). Por outro lado, ela tem um capacitor X extra (localizado onde está o RV1 na Figura 8).
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Figura 10: Estágio de filtragem de transientes em uma fonte de alimentação barata.
Em algumas fontes o estágio de filtragem de transientes pode se dividido em dois outros estágios, um soldado ao conector de alimentação da rede elétrica e outro na placa de circuito impresso da fonte de alimentação, como você pode ver nas Figuras 11 e 12.
Nesta fonte de alimentação você encontra um capacitor X (substituindo RV1 na Figura 8) e a primeira bobina de ferrite (L1) soldados em uma pequena placa de circuito impresso que está conectada ao conector de alimentação da rede elétrica.
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Figura 11: Primeiro estágio de filtragem de transientes.
Na placa de circuito impresso desta fonte de alimentação você encontra os outros componentes. Como você pode ver esta fonte de alimentação tem um varistor (MOV), apesar de este componente estar posicionado em um local pouco usual, após a segunda bobina. Se você prestar atenção, esta fonte de alimentação tem mais do que o número de componentes recomendados, já que ela tem todos os componentes mostrados na Figura 8 mais um capacitor X extra.
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Figura 12: Segundo estágio de filtragem de transientes.
Você também deve encontrar um fusível perto do filtro de transientes (F1 na Figura 8, veja também nas Figuras 9, 10 e 12). Se este fusível estiver queimado, tome cuidado. Fusíveis não queimam sozinhos. Um fusível queimado normalmente significa que um ou mais componentes estão com defeito. Se você trocar o fusível, muito provavelmente ele queimará assim que você ligar o micro.
Dobrador de Tensão e Retificador Primário
Em fontes de alimentação sem o circuito de PCF ativo você encontrará um dobrador de tensão. 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.
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Figura 13: Capacitores eletrolíticos do dobrador de tensão.
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Figura 14: Capacitores eletrolíticos do dobrador de tensão removidos da fonte de alimentação.
Próximo aos dois capacitores eletrolíticos você encontrará uma ponte retificadora. Esta ponte pode ser feita por quatro diodos ou por um único componente, como você pode ver na Figura 15. Em fontes de alimentação de alto desempenho esta ponte retificadora utiliza um dissipador de calor.
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Figura 15: Ponte retificadora.
No primário você encontrará também um termistor NTC, que é um resistor que muda sua resistência de acordo com a temperatura. Ele é usado para reconfigurar a fonte de alimentação após ela ter sido usada por um tempo e estiver quente. NTC significa Coeficiente de Temperatura Negativa (Negative Temperature Coefficient). Este componente é fisicamente parecido com um capacitor cerâmico e normalmente é verde oliva.
PFC Ativo
Obviamente este circuito é encontrado apenas em fontes de alimentação que tem PFC ativo. Na Figura 16 você pode estudar um circuito PFC ativo típico.
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Figura 16: PFC ativo.
O circuito PFC ativo normalmente usa dois transistores MOSFET de potência. Esses transistores são ligados ao dissipador de calor encontrado no estágio primário da fonte de alimentação. Para uma melhor compreensão do diagrama, nomeamos cada terminal do transistor: S significa Source (fonte), D significa Drain (dreno) e G significa Gate (porta).
O diodo do PFC é um diodo de potência, normalmente usando um encapsulamento similar ao usado por transistores de potência (mas tendo apenas dois terminais) e também instalado no dissipador de calor encontrado no estágio primário da fonte de alimentação.
A bobina do PFC mostrada na Figura 16 é a maior bobina da fonte de alimentação.
Em fontes de alimentação com PFC ativo você encontrará um único grande capacitor eletrolítico em seu estágio primário.
O resistor mostrado é um termistor NTC, que é um resistor que muda sua resistência de acordo com a temperatura. Ele é usado para reconfigurar a fonte de alimentação depois de um certo tempo de operação e esteja quente. NTC é a sigla para Negative Temperature Coefficient, ou em português, Coeficiente de Temperatura Negativa.
O circuito de controle do PFC ativo é normalmente um circuito integrado. Algumas vezes este circuito integrado também é o responsável por controlar o circuito PWM (usado para controlar os transistores chaveadores). Este tipo de circuito integrado é chamado “PFC/PWM combo”.
Vamos ver agora alguns exemplos reais. Na Figura 17 nós removemos o dissipador de calor do primário para você ver melhor os componentes. Do lado direito você pode ver os componentes do filtro de transientes que já discutimos. Do lado esquerdo você pode ver os componentes do PFC ativo. Como removemos o dissipador de calor, os transistores e o diodo do PFC ativo não estão nesta figura. Se você prestar atenção você verá que esta fonte de alimentação utiliza um capacitor X entre sua ponte retificadora e o circuito PFC ativo (componente marrom abaixo do dissipador de calor da ponte retificadora). Normalmente o termistor, que é fisicamente parecido com um capacitor cerâmico e normalmente é verde oliva, utiliza uma proteção de borracha, como você pode ver. Como mencionamos, a maior bobina da fonte de alimentação é normalmente a bobina do PFC ativo.
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Figura 17: Componentes do PFC ativo.
Na Figura 18 você pode ver os componentes que são ligados ao dissipador de calor encontrado no estágio primário da fonte de alimentação da Figura 17. Você pode ver dois transistores de potência MOSFET e o diodo de potência do circuito PFC ativo.
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Figura 18: Componentes ligados ao dissipador de calor do primário.
Na Figura 18 você pode ver ainda os dois transistores chaveadores usados por esta fonte de alimentação, que é o nosso próximo assunto.
Transistores Chaveadores
O estágio de chaveamento de uma fonte de alimentação chaveada pode ser construído usando várias configurações diferentes. Nós resumimos as mais comuns na tabela abaixo.
| Configuração |
Número de Transistores |
Número de Diodos |
Número de Capacitores |
Pinos do Transformador |
| Direto com um transistor |
1 |
1 |
1 |
4 |
| Direto com dois transistores |
2 |
2 |
0 |
2 |
| Meia ponte |
2 |
0 |
2 |
2 |
| Ponte completa |
4 |
0 |
0 |
2 |
| Push-Pull |
2 |
0 |
0 |
3 |
Claro que estamos analisando apenas o número de componentes necessários, existem outros aspectos que os engenheiros levar em consideração na hora de decidir que configuração usar.
As duas configurações mais comuns usadas nas fontes de alimentação dos PCs são a direto com dois transistores e a push-pull, e ambas utilizam dois transistores chaveadores. O aspecto físico desses transistores – que são transistores de potência MOSFET – pode ser visto na página anterior. Eles são ligados ao dissipador de calor encontrado no estágio primário da fonte de alimentação.
Abaixo mostramos a você o esquema para cada uma dessas cinco configurações.
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Figura 19: Configuração Direto com um transistor.
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Figura 20: Configuração Direto com dois transistores.
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Figura 21: Configuração Meia ponte.
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Figura 22: Configuração Ponte completa.
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Figura 23: Configuração Push-pull.
Transformadores e Circuito de Controle PWM
Como mencionamos anteriormente, uma fonte de alimentação para PC típica tem três transformadores. O maior deles é o mostrado no diagrama em blocos (Figura 3 e 4) e nos esquemas (Figuras 19 a 23), onde seu primário está conectado aos transistores chaveadores e seu secundário está conectado aos diodos de retificação e circuitos de filtragem que fornecem as saídas da fonte de alimentação (+12 V, +5 V, +3,3 V, -12 V e -5 V). O segundo transformador é usado para gerar a saída +5VSB. Esta saída, também chamada de “standby”, é gerada por um circuito independente. O motivo é porque esta saída fica sempre ligada, mesmo quando a alimentação para o micro está “desligada” (ou seja, no modo standby). O terceiro transformador é um isolador, responsável por conectar o circuito de controle PWM aos transistores chaveadores (descrito como “isolador” em nossos digramas em blocos). Este terceiro transformador pode não existir, sendo substituído por um ou mais optoacopladores, que se parecem com um pequeno circuito integrado (veja na Figura 25).
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Figura 24: Transformadores da fonte de alimentação.
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Figura 25: Esta fonte de alimentação utiliza optoacopladores em vez de usar transformadores para isolar o circuito PWM.
O circuito de controle PWM é feito por um circuito integrado. Fontes de alimentação sem PFC ativo normalmente utilizam o TL494 (na fonte de alimentação da Figura 26 foi usado um circuito compatível, o DBL494). Em fontes de alimentação com PFC ativo às vezes um circuito integrado que combina tanto o controle PWM quanto o PFC é usado. O CM6800 é um bom exemplo de circuito integrado que combina o controle PWM e o controle PFC. Um outro circuito integrado é normalmente usado nas fontes de alimentação para gerar o sinal power good. Falaremos mais sobre ele em um momento mais adiante.
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Figura 26: Circuito de controle PWM.
O Secundário
Finalmente, o estágio secundário. Aqui as saídas do transformador principal são retificadas, filtradas e então fornecidas ao micro. A retificação das tensões negativas (- 5V e – 12 V) é feita por diodos convencionais, já que elas não demandam muita potência e corrente. Mas para a retificação das tensões positivas (+3,3 V, +5V e +12 V) são usados retificadores Schottky de potência, que são componentes com três terminais que parecem transistores de potência, mas que têm dois diodos de potência internamente. A forma como a retificação é feita depende do modelo da fonte de alimentação e duas configurações são possíveis, mostradas na Figura 27.
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Figura 27: Configurações de retificação.
A configuração “A” é a mais usada por fontes de alimentação de baixo custo. Como você pode ver, esta configuração necessita de três pinos do transformador. A configuração “B” é a mais usada por fontes de alimentação topo de linha. Aqui apenas dois pinos do transformador são usados, no entanto a bobina de ferrite precisa ser fisicamente maior e, portanto, mais cara – esta é uma das principais razões pelas quais fontes de alimentação de baixo custo não utilizam esta configuração.
Além disto em fontes de alimentação de alto desempenho, de modo a aumentar a corrente máxima que a fonte de alimentação pode fornecer, dois diodos de potência podem ser conectados em paralelo, dobrando assim a corrente máxima que o circuito pode fornecer.
Todas as fontes de alimentação têm um circuito de retificação e filtragem completos para as saídas de +12 V e +5V e, portanto, todas as fontes de alimentação têm pelo menos dois circuitos como o mostrado na Figura 27.
Mas para a saída de +3,3 V, três opções podem ser usadas:
- Adicionar um regulador de tensão de +3,3 V à saída de +5V. Esta é a opção mais comum em fontes de alimentação de baixo custo.
- Adicionar um circuito de retificação e filtragem completos como o mostrado na Figura 27 para a saída de +3,3 V, mas compartilhando a mesma saída do transformador usada pelo circuito de retificação de +5V. Esta é a opção mais comum em fontes de alimentação de alto desempenho.
- Usar um circuito de filtragem e retificação de +3,3 V completamente independente. Esta configuração é muito rara e é encontrada apenas em fontes de alimentação muito caras e de altíssimo desempenho. Até hoje só vimos apenas uma fonte que utilizava esta opção (na Enermax Galaxy 1000 W).
Como a saída de +3,3 V normalmente utiliza totalmente o circuito de + 5V (em fontes de alimentação de baixo custo) ou em parte (em fontes de alimentação de alto desempenho), a saída de +3,3V é limitada pela saída de +5V e vice-versa. É por este motivo que fontes de alimentação para PCs têm uma “potência combinada”, que significa a potência máxima que essas duas saídas podem oferecer juntas, além da potência máxima que cada saída pode fornecer (a potência combinada é menor do que a soma das potências de +3,3 V e +5V).
Na Figura 28 você tem uma visão geral do secundário de uma fonte de alimentação de baixo custo. Aqui você pode ver o circuito integrado responsável pode gerar o sinal Power Cood. Normalmente fontes de alimentação de baixo custo utilizam um LM339 ou equivalente para esta tarefa.
Você encontrará vários capacitores eletrolíticos (bem menores que outros encontrados no dobrador de tensão ou PFC ativo) e várias bobinas. Eles são responsáveis pelo estágio de filtragem (veja na Figura 27).
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Figura 28: Estágio secundário da fonte de alimentação.
Para uma melhor visualização cortamos todos os fios e removemos as duas bobinas de filtragem maiores. Na Figura 29 você pode ver os pequenos diodos usados na retificação das tensões de –12 V e –5 V, que fornecem uma corrente menor (e, conseqüentemente, uma potência menor) do que as demais saídas (0,5 A cada no caso específico desta fonte de alimentação). As outras tensões de saída fornecem correntes acima de 1 A, requerendo diodos de potência para realizar a retificação.
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Figura 29: Diodos de retificação das tensões de -12 V e -5 V.
O Secundário (Cont.)
Na Figura 30 podemos ver com mais clareza os componentes que estão conectados ao dissipador de calor encontrado no estágio secundário de uma fonte de alimentação de baixo custo.
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Figura 30: Componentes conectados ao dissipador de calor de uma fonte de alimentação de baixo custo.
Da esquerda para direita, você pode encontrar:
- Um circuito integrado regulador de tensão – apesar de ele ter três terminais e se parecer com um transistor, ele é um circuito integrado. No caso de nossa fonte de alimentação este circuito era um 7805 (regulador de 5 V), responsável por regular a saída +5VSB. Como mencionamos anteriormente, esta saída usa um circuito independente da linha padrão de +5 V (veja na Figura 5 para um melhor entendimento), já que ela continuará fornecendo tensões de +5 V para a saída +5VSB mesmo quando o micro estiver “desligado” (modo standby). É por este motivo que esta saída também é chamada “standby”. O 7805 pode fornecer até 1 A.
- Um transistor de potência MOSFET para regular a saída de +3,3 V. No caso de nossa fonte de alimentação este transistor era o PHP45N03LT, que suporta até 45 A. Como mencionamos na página anterior, apenas fontes de alimentação de baixo desempenho utilizam um regulador de tensão para a saída de +3,3V – que é conectado à saída de +5V.
- Um retificador de potência Schottky, que é simplesmente dois diodos montados juntos em mesmo encapsulamento. No caso da nossa fonte de alimentação o retificador usado era um STPR1620CT, que pode suportar até 8 A para cada diodo (16 A no total). Este retificador é usado para a tensão de +12 V.
- Um outro retificador de potência Schottky. No caso de nossa fonte de alimentação o retificador usado era um E83-004, que pode suportar até 60 A. Este retificador de potência é usado para as tensões +5 V e +3,3 V. Como as tensões de +5 V e +3,3 V utilizam o mesmo retificador, suas correntes somadas não podem ser maiores do que a corrente máxima do retificador. Este conceito é chamado potência combinada. Em outras palavras, a tensão de +3,3 V é gerada a partir de uma tensão de +5 V; o transformador não tem saída de 3,3 V, diferentemente do que acontecem com todas as outras tensões fornecidas pela fonte de alimentação. Esta configuração é usada apenas em fontes de alimentação de baixo desempenho. Fontes de alimentação de alto desempenho utilizam retificadores separados para as saídas de +3,3 V e +5V.
Agora daremos agora uma olhada nos principais componentes usados no estágio secundário de uma fonte de alimentação de alto desempenho.
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Figura 31: Componentes encontrados no dissipador secundário de uma fonte de alimentação de alto desempenho.
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Figura 32: Componentes encontrados no dissipador secundário de uma fonte de alimentação de alto desempenho.
Aqui você pode encontrar:
- Dois retificadores de potência Schottky para a saída de +12 V ligados em paralelo, em vez de apenas um como acontece em fontes de baixo desempenho. Esta configuração dobra a quantidade máxima de corrente (e também a potência) que a saída de +12 V pode fornecer. Esta fonte de alimentação utiliza dois retificadores Schottky STPS6045CW, que podem fornecer até 60 A cada.
- Um retificador de potência Schottky para a saída de +5 V. Nesta fonte de alimentação em particular um STPS60L30CW foi usado, que suporta até 60 A.
- Um retificador Schottky para a saída de +3,3 V, sendo a principal diferença entre fontes de alto desempenho de baixo desempenho (como já mostramos a você, em fontes de alimentação de baixo desempenho a saída de +3,3 V é gerada através da saída +5V). Na fonte de alimentação que usamos como exemplo o circuito usado foi um STPS30L30CT, suportando até 30 A.
- Um regulador de tensão do circuito de proteção da fonte de alimentação. Este característica varia dependendo do modelo da fonte de alimentação.
Note que as correntes máximas são apenas para os componentes. A corrente máxima que a fonte de alimentação pode fornecer dependerá de outros componentes que estão ligados a esses, como bobinas, o transformador, capacitores, a bitola dos fios utilizados e até mesmo a largura das trilhas da placa de circuito impresso.
Apenas como exercício, você pode calcular a potência máxima teórica de cada saída multiplicando a corrente máxima do retificador pela tensão de saída. Por exemplo, para a fonte de alimentação da Figura 30 sua potência máxima teórica para a saída de +12 V é de 192 W (16 A x 12 V). Mas tenha em mente que do que dissemos no parágrafo acima.
Originalmente em http://www.clubedohardware.com.br/artigos/Anatomia-das-Fontes-de-Alimentacao-Chaveadas/1218
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