Fonte ATX.

Meiraneto · 5 de dezembro de 2004

Amigos

Vamos tentar explicar, de maneira simples, como ocorre o processo de funcionamento de uma FONTE CHAVEADA PARA PC. Com isso, não pretendemos torná-los experts em fontes, apenas que conheçam um pouco sobre este equipamento, tão falado e presente em muitos equipamentos eletrônicos, inclusive no PC.

Primeiramente, deve ser atentado que existem diversos tipos de fontes chaveadas, mas seu princípio de funcionamento é, basicamente, um só!

Seguiremos nossa missão, descrevendo qual a função de cada circuito, desde a tomada AC, até chegarmos de fato às saídas, onde serão ligadas as cargas.

CIRCUITO PRIMÁRIO

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Nesta etapa, temos a alimentação, onde temos quase sempre, um filtro de linha primário, algum componente de proteção, uma ponte retificadora primária, capacitores responsáveis pela estabilização primária e a etapa de força propriamente dita, responsável pelo chaveamento e alimentação do transformador inversor.

A fonte, como um todo, pode ser do tipo dual automática ou manual(BIVOLT). A diferença de um tipo para o outro é a presença de um circuito que faz o reconhecimento do nível da tensão de entrada e comuta para a tensão adequada. de forma totalmente independente da ação do usuário. A presença de um circuito DOBRADOR DE TENSÃO é que possibilita essa característica.

Filtro de linha: constituído por capacitores e bobinas, com a função de evitar EMI, Interferência Eletromagnética proveniente da rede e que também é provocada pelo circuito chaveador e que pode afetar outros equipamentos ligados à rede elétrica.

Também encontramos nesta etapa, o fusível de proteção, VARISTOR e/ ou NTC descritos conforme segue:

O VARISTOR(MOV) de óxido metálico tem a função de desviar para a terra, possíveis picos de tensão que poderiam ser danosos à fonte. Simploriamente falando, são resistores que dependem da tensão aplicada sobre seus terminais. Para um valor fixo de tensão, comporta-se como um resistor de altíssima resistência e caso a tensão em seus terminais alcance valores elevados(caso dos picos), sua resistência cai bruscamente, desviando para o terra e protegendo os circuitos da fonte.

Os NTC são resistores dependentes da temperatura do componente. Quanto maior a temperatura interna, menor a resistência apresentada em seus terminais. Sua função básica é segurar os picos de corrente que ocorrem ao ligar-se a fonte pela primeira vez, corrente esta, que carrega os capacitores de entrada e que quando descarregados, são vistos pela rede, como um curto circuito momentâneo.

A PONTE RETIFICADORA, é formada por diodos de Silício, montados em um bloco único ou em unidades individuais. Sua função é transformar a corrente AC em onda completa, existente na entrada da fonte, em corrente DC na saída e que será ainda, filtrada pelo capacitor de filtragem primária.

Após esta etapa, vem o CONVERSOR DC/DC, constituído por transistores comutadores do tipo bipolar, FET ou MOSFET. A função do transistores chaveadores é similar a uma CHAVE LIGA/DESLIGA de altíssima velocidade. Vamos ver alguns pontos importantes dessa etapa.

Os chaveadores recebem alimentação DC quase sem riple e precisam entregar ao TRANSFORMADOR INVERSOR OU CHOPPER, tensão alternada ou ao menos, pulsante, já que, como devemos saber, alimentar um transformador com tensão DC não vai induzir tensão no enrolamento secundário do mesmo.

Este transformador não é igual aos comuns, normalmente encontrados em outros equipamentos com fonte "tradicional", não chaveada. Trabalha em altíssima frequência e isto possibilita apresentar dimensões muito reduzidas e alta capacidade de corrente.

Como dito acima, esta chave liga/desliga, simulada pelo chaveador, precisa receber um sinal em um de seus terminais, que o faça ligar/desligar numa velocidade que pode chegar aos 40, 80kHz! Lembram da frequência de entrada na tomada? 60Hz apenas!

Este sinal, responsável pela atuação do transistor chaveador, é proveniente de um circuito ou circuitos de controle, responsáveis pela leitura das tensões de saída e que informarão ao chaveador, como deve se comportar para manter os níveis de tensão nas saídas, dentro de valores toleráveis e projetados.

Passaremos agora, a detalhar a etapa de conversão da tensão no transformador Chopper e que será entregue a etapa de retificação SECUNDÁRIA, constituída pelos DIODOS SCHOTKYS e que será entregue à nossa carga.

INVERSOR DC/DC

Na entrada do transformador Chopper, tínhamos tensão de ONDA QUADRADA, vinda dos chaveadores que, quando ligados, enviam PULSOS com essa forma de onda.

Na etapa seguinte, os DIODOS SCHOTKYS recebem essa tensão de onda quadrada com alta frequência e para poderem reticar esse sinal, devem ser capazes de trabalhar em alta frequência. Esta é a diferença de um diodo retificador comum(baixa velocidade) para um SCHOTKY(alta velocidade) de recuperação no processo de retificação.

CIRCUITO SECUNDÁRIO

Saindo desta etapa, as tensões estão prontas para serem entregues à carga, mas em muitos casos, ainda sofrendo filtragem por capacitores de filtro e regulação, passando também por bobinas que impedem variações bruscas nessas tensões, para a manutenção dos níveis, sem queda considerável desses valores.

Neste ponto, falta entrarmos no processo de CONTROLE dos valores para as saídas! Como serão controlados esses níveis de tensão? Queremos sempre, uma linha de 12V com 12V ou o mais próximo disso quanto possível! Esse procedimento será explicado agora.

Voltando à etapa onde um sinal de controle foi injetado nos chaveadores, vamos descrever o que realmente, é este sinal ou sinais.

Para controlar os valores de saída e manterem-se dentro de uma faixa de tolerância, é preciso controlar o sinal que ativará o chaveamento dos transistores. Como já falamos antes, estes transistores recebem tensão DC e através do liga/desliga provocado por um sinal de controle gerado por um OSCILADOR, fornecem ao transformador Chopper, pulsos DC em onda quadrada.

Vejamos, controlando-se o tempo em que o chaveador permanece com status ligado/desligado, altera-se o valor da tensão induzida no secundário do Chopper e é isto que pretendemos. Este processo de controlar os pulsos nos chaveadores, chama-se PWM(modulação por largura de pulsos).

Analisando-se essa etapa de CONTROLE, podemos notar uma particularidade. Como o elemento chaveador saberá como se "comportar" em relação à saída? Vejamos isso adiante.

Um sinal de tensão é recuperado de uma das linhas(geralmente +5V) ou mais de uma, já que nessas fontes, existem várias linhas de tensão disponíveis e este sinal é comparado com outro pré definido. Esta comparação é executada por um circuito chamado COMPARADOR DE TENSÃO. Após a comparação, o SINAL DE ERRO é amplificado, entregue ao circuito de PWM e este por sua vez, encarrega-se de passar a informação para o CHAVEADOR. Se a tensão de saida subir, o sinal de erro do COMPARADOR aumenta, o PWM é informado dessa alteração e modifica a largura dos pulsos(tempo ligado/desligado) do chaveador, resultando numa diminuição da tensão de saída, que volta a estabilizar no valor normal.

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Atentemos agora, para um ponto que tem relevância com a SEGURANÇA! Como a nossa fonte chaveada, por questões de segurança precisa ter isolamento entre primário e secundário e apesar disso, a interconexão da saída(SECUNDÁRIO) com o chaveador(PRIMÁRIO) se faz nescessária, precisamos "isolar" esse sinal captado na saída e que será reinjetado na entrada. Para isso, faz-se uso de ACOPLADORES ÓPTICOS ou transformadores isoladores. No nosso caso, os primeiros são mais usuais.

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O acoplador óptico é constituído por um diodo foto emissor infravermelho, acoplado a um fototransistor, ambos encapsulados em um invólucro do tipo DIP com 4 ou 6 terminais. É um componente que pode ser testado, mas o mais indicado é mesmo sua substituição por outro em boas condições.

ATENÇÃO!!!

Não podemos ou devemos ligar uma fonte sem esse componente ou estando parcialmente dessoldado da placa! Isto tem a seguinte explicação: este fotoacoplador ou outro meio que tenha sido usado(transformador), é o responsável pela transmissão das informações oriundas da saída e que serão entregues ao primário. Estando com defeito, interrompido ou removido, a etapa de controle da fonte estará inoperante e o chaveamento não será controlado. Isto pode provocar danos à fonte e a queima de outros componentes. Esta característica de desabilitar para proteger, é usada como controle para desarmar a fonte em caso de qual quer

problema nas saídas!

DETALHES GERAIS DE FUNCIONAMENTO

Todos os circuitos citados, como o Comparador, Oscilador, PWM, Regulador de Referência(recebe a tensão da saída), Amplificador de Erro, Limitador de Corrente(Circuito de Proteção), etc. podem ser alojados em um único chip.

Por enquanto é só. Em tempo hábil, irei acrescentando mais detalhes e informações que possam melhorar esse Post e que podem ter sido esquecidas.

Sugestões e dicas que possam ser acrescidas serão bem vindas. Assim que estiverem prontas, pretendo adicionar algumas ilustrações.

PS. Todas as observações aqui postadas são de inteira responsabilidade do autor, que fez diversas pesquisas em livros, manuais técnicos, internet e apenas reescreve conforme sua visão particular do assunto e com o único objetivo de esclarecer e ajudar a todos que frequentam esse Fórum.

Fontes de pesquisa:

- Fontes Chaveadas

Sérgio L. Fernandes e Max Durend

Antenna Edições Técnicas Ltda.

- Manutenção de Fontes Chaveadas

Engs. Arilson Bastos e Sérgio L. Fernandes

Antenna Edições Técnicas Ltda.

Clube do Hardware

Internet e diversas unidades de fontes comerciais que serviram de cobaias às observações.

Abraços

Laranja Verde · 5 de dezembro de 2004

Obrigado pelas dicas, eu estava precisando de algum esclarecimento porque não entendo nada de fontes chaveadas.

Gostei muito do seu téste com as fontes Satélite e Seventeam, confirmou as voltagens que encontrei na minha 400 wap

Parabéns pelos dois tópicos.

Laranja Verde

andregomes · 5 de dezembro de 2004

Parabéns MEIRANETO, tirou várias dúvidas que eu estava aqui!

DM2 · 6 de dezembro de 2004

beleza meiraneto!!! gostei do post!! , quero uma opiniao sua sobre estes dois livros de onde você se baseou, estou afim de compra-los (so não gostei do frete 8 conto ) então por isso pergunto: sao bons mesmo valem a pena, tem eskemas e proejtos ? valeu T+

Meiraneto · 6 de dezembro de 2004

Lamento informar a você e à outros, que os livros me serviram de base para a criação e postagem do texto aqui exposto, mas são palavras minhas e seguem a um padrão meu! Não copiei e colei! Lí, obervei tudo o que é mostrado pelos autores(citados), comparei com o meu pouco conhecimento e postei a minha versão!

Opinião sobre os livros? Muito bons! De fácil entendimento, bem recheado de detalhes e informações e recomendo à todos que desejem conhecer melhor.

http://www.anep.com.br/index.asp

Entrem e vejam o que tem lá. Um mundo de literatura técnica, diagramas, etc....vale à pena.

Ps. Notei um certo tom de dúvida ou negatividade em seu post!

Tudo bem, as palavras falam por si só!!!!!

ecm · 6 de dezembro de 2004

muito bom post esse seu, meiraneto, parabenizo-o por essa ajuda que nos concede... :palmas:

ainda pra mim, que não é de agora que me envolvo com eletrônica, mas agora que estou aprofundando meus conhecimentos nessa área, ainda não conheço muitos componentes, suas utilidades, enfim........

MUITO BOM, facilita o aprendizado de nós, ainda iniciantes, além de informar sobre o trabalho harmoníaco dos componentes, onde ENQUANTO UM FAZ UM SERVIÇO, O OUTRO PROTEGE ELE.........É LEGAL....

estou procurando a cada dia saber mais sobre componentes, fucionamento, aplicaçoes, etc..........pena que a falta de "$$" me retarda no comprar livros e estudar de forma mais explícita......

MAS, ÓTIMO SEU TRABALHO........FELICIDADES A ESTE SITE :palmas: :palmas:

mar_tchello · 13 de dezembro de 2004

Realmente ficou muito bom seu trabalho MEIRANETO, merece ser pinado com certeza.

Deve ter dado um trabalhao eim rapaz!

Bem, gostaria de fazer umas observaçoes e perguntinhas:

Gostei muito de você ter comentado sobre a ponte retificadora, a maioria das fontes genericas a faz pelo sistema de 4 diodos, mas afinal, qual dos tres é melhor, a ponte com 2 , 4 diodos ou aquele "bloquinho" que ja vem "pronto?

Sei que depois de retificada a tensão AC em DC ficam aquelas "imperfeiçoes", os chamados riples (é assim que se escreve né?) e que os capacitores estão la pra dar uma ajustadinha, deixa la mais "reta"(quem ja mexeu com osciloscopio sabe o que estou falando) , então, não seria melhor colocar um capacitor bem "alto" pra ajudar mais ainda ou varios em paralelo , de acordo com o espaço?geralmente não é isso que encontramos..

valewzao, teh mais!!

ps: quando é que vão pina eim?

Meiraneto · 13 de dezembro de 2004

Grande Mar_tchelo, beleza?

A quantidade de diodos é fundamental para melhorar o processo de retificação. Com apenas 1 diodo(retificação em meia onda), já funcionaria, mas o ripple seria um absurdo. Com 2 diodos(retificação em onda completa), obtem-se melhor resultado que o caso anterior. Com 4 diodos(retificação em ponte ou onda completa) obtem-se uma retificação em onda completa, que é o tipo mais proveitoso.

Segundo li em algum lugar, com os 4 diodos num mesmo encapsulamento, obtem-se maior desempenho na retificação...acho que devido ao processo de fabricação....não sei dizer exatamente o porquê.

Quanto aos capacitores, realmente, aumentar a capacitância(capacidade de armazenar) ajuda a manter a estabilização na hora da transição dos picos retificados... o problema é o custo que os fabricantes de fontes querem diminuir....

Já vi em outras áreas sobre a quantidade de capacitância para essa finalidade. Segundo observei, existe um valor, acima do qual, não ajuda muito aumentar-se essa capacidade. Também não sei adiantar, tecnicamente as razões....

Abraços

mar_tchello · 14 de dezembro de 2004

Postado Originalmente por MEIRANETO@13 dez 2004, 20:50
Grande Mar_tchelo, beleza?

A quantidade de diodos é fundamental para melhorar o processo de retificação. Com apenas 1 diodo(retificação em meia onda), já funcionaria, mas o ripple seria um absurdo. Com 2 diodos(retificação em onda completa), obtem-se melhor resultado que o caso anterior. Com 4 diodos(retificação em ponte ou onda completa) obtem-se uma retificação em onda completa, que é o tipo mais proveitoso.

Segundo li em algum lugar, com os 4 diodos num mesmo encapsulamento, obtem-se maior desempenho na retificação...acho que devido ao processo de fabricação....não sei dizer exatamente o porquê.

Quanto aos capacitores, realmente, aumentar a capacitância(capacidade de armazenar) ajuda a manter a estabilização na hora da transição dos picos retificados... o problema é o custo que os fabricantes de fontes querem diminuir....

Já vi em outras áreas sobre a quantidade de capacitância para essa finalidade. Segundo observei, existe um valor, acima do qual, não ajuda muito aumentar-se essa capacidade. Também não sei adiantar, tecnicamente as razões....

Abraços

Opa, valewzao!

Se usarmos 1 diodo, realmente ficara um riple gigante, sera mais ou menos assim: meia onda, nada, meia onda, nada.... assim por diante, como posso ser mais claro..., por exemplo, DC 2 volts, seria: 2,0,2,0,2,0 onde os numeros sao os valores de tensão.

Mas tenho uma duvida ainda por que a diferença estão "grande" em relaçao a retificaçao com 2 e 4 diodos, quando fiz isso(algumas vezes) no osciloscoio mau pude notar a diferença, nem sei se teve.

Quanto aos capacitores, realmente, elas querem economizar cada vez mais pr aobter um amior lucro, com certeza é uma das coisas que diferencia as fontes "comuns" das mais carinhas, de "marca".

teh!

Meiraneto · 14 de dezembro de 2004

Tive vendo aqui e com 2 ou 4 diodos é a mesma equação para a tensão. Como disse antes, não sei explicar ao certo....talvez depois consiga(vou estudar eheheh).

Quanto aos capacitores, é mais complicado. Veja o caso da Seventeam 400 por exemplo. Usa somente um capacitor de 330uF x 400V. Outros fabricantes menos famosos usam 2 de 470uF....acho que depende do projeto.

sandro_bomber · 31 de agosto de 2006

oi amigos só para tirar a duvida dos diodos geralmete quando temos dois diodos, a fonte tem um dobrador de tensão na entrada para que se tenha uma corrente baixa nos trnansistores de chaveamento e geralmente estas são aquelas que não tem a chave seletora de 110/220

, com quatro diodos ou ponte retificadora, quando tem a chave seletora e ligamos em 220 é na configuração de retificador de onda completa, e quando muda para 110 aciona o dobrador e usa só dois diodos. isto mantem a tensão sobre os transistores sempre em 300 volts. quando não tem a chave seletora e tem 4 diodos ou ponte ,em 110 ela aquce mais pela corrente nos transistores ser mais alta .

e parabens pelas explicações ficou muito bom