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Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas


         508.815 visualizações    Energia    21 comentários
Anatomia das Fontes de Alimentação Chaveadas

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.

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Comentários de usuários

Respostas recomendadas

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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  • Administrador
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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  • Administrador
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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