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quarta-feira, 12 de dezembro de 2018

Como Funcionam as fontes de alimentação Chaveadas - SMPS - ATX

Como Funcionam as fontes de alimentação Chaveadas - SMPS - ATX

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As fontes chaveadas ATX, apresentam algumas características interessantes se comparado com as fontes comutadas padrões SMPS, sigla do Inglês (Switched Mode Power Supply).

Nas fontes ATX, existem tensões de saídas distintas, são eles: +12V, +5V, +3.3V, -12V, -5V e 5VSB. Existem algumas variações nesses tipos de fontes, porém no contexto geral, o padrão é esse.

O modo de funcionamento das SMPS são praticamente os mesmos.
Eles controlam a tensão de saída, abrindo e fechando o circuito comutador, de modo a manter pelo tempo de abertura e fechamento deste circuito, ou seja, a largura dos pulsos e suas frequências, para obterem a tensão desejada.

Existem processos separados para que tudo venha a funcionar harmoniosamente.
Então vamos ver o diagrama modular para destrinchar etapas desses processos, para que possamos passo a passo entender.

Esse é o bloco em módulos dividido por etapas, para melhorar o nosso entendimento.



Existem 10 etapas básicas para o funcionamento de uma fonte ATX, existem outros módulos subjacentes que estão intrínsecos nas etapas, mas, não vamos entrar tão a fundo, pois ficaria extremamente grande esse Blogger, para quem deseja assistir o vídeo explicativo com detalhes no nosso canal do YouTube.




Então vamos entender essas etapas:


1° Etapa – Filtro de Transiente 


Filtro de Transientes
É por essa etapa que a tensão vinda da sua rede, seja 110 ou 220V AC deverá entrar.
Essa tensão passa por uma proteção básica, o fusível, que se por ventura alguma etapa adiante entre em curto, o fusível se abre, evitando estourar tudo pela frente, e na mesma linha, temos o NTC que é uma sigla do inglês (Negative Temperature Coefficient) que em uma tradução livre seria: Coeficiente Negativo de Temperatura.
Ele é um limitador da corrente de surto, em série com o circuito elétrico,
Nele o valor da resistência ôhmica diminui à medida que a sua temperatura se eleva, sua resistência inicial é aproximadamente 15 Ohms, o que podemos entender pela lei de Ohms, as vantagens que se tem em usar ele em série, depois que a fonte liga ele baixa sua resistência para aproximadamente 0.5 Ohms.
Também existe, as bobinas filtros contra EMI, essas servem para evitar os ruídos de alta frequência e uma enorme quantidade de harmônicas geradas pelos chaveadores que podem se propagar pela rede elétrica e causar interferências em equipamentos eletrônicos próximos.

2° Etapa temos - Retificação Primária


Retificação Primária
Nessa etapa encontramos a ponte retificadora, ou um arranjo formado por quatro diodos comuns, que possui a função de fazer a retificação de uma tensão em onda completa, ou seja, retificar uma corrente elétrica alternada (AC) transformando-a em corrente elétrica contínua (DC).


3° Etapa – Filtragem

Filtragem
Após a retificação, o sinal DC apresenta, Riples (que são pequenas variações, os capacitores são responsáveis pela filtragem e estabilização ou seja, diminuição desses Riples, na tensão retificada, essa tensão se eleva para algo em torno de 300V, que são usados nos chaveadores de potência, essa parte é fundamental para a correta estabilização da fonte principalmente se a sua fonte for de alta potência.

4° Etapa - Chaveadores de Potência

Chaveadores de potência
Estes chaveadores podem ser do tipo Transistores Bipolares de Potência, como os MOSFETs, ou qualquer outro tipo, porém eles se diferenciam dos transistores comuns, pelo tipo de operação em que esses transistores trabalham, esses transistores chaveadores dissipam menor potência de que um transistor comum trabalhando em uma fonte linear, pois eles trabalham como uma chave liga/desliga em altas velocidades, dependendo do projeto da fonte, eles sofrem variações que normalmente estão entre 20Khz a 100kHz, eles são diretamente responsáveis pela tensão de saída, e estabilidade dessa tensão, através dos comandos recebidos pelo Circuito de Controle.


5° Etapa - Transformador de Saída


Transformador de Saída
O transformador é um TRANSFORMADOR CHOPPER de Alta frequência, e eles também trabalham com tensão Alternada, ao passar pelos chaveadores a tensão será uma onda quadrada do tipo AC, porém com alta frequência, não com a mesma frequência de 60Hz da tensão de entrada.
Os chaveadores trabalham com dois níveis distintos, Alto e Baixo, quando se encontra em nível ALTO, a tensão passa por ele normalmente, fazendo surgir um nível de tensão constante na entrada da bobina do transformador, a ação desses transistores, passam do estado ALTO para BAIXO muito rapidamente.
Isso induzirá nos enrolamentos as tensões necessárias de acordo com o enrolamento e a frequência colocada nesses chaveadores.

6° Etapa - Retificador Rápido

Retificador Rápido
Com a tensão gerada pelos chaveadores em alta frequência, é necessário um diodo que atenda essa demanda, por isso temos os diodos de alta velocidade chamados DIODOS SCHOTTKY ou diodos de recuperação rápida, já que diodos comuns não seriam capazes de trabalhar com tensões em alta frequência.

7° Etapa – Filtros de Saída

Os filtros são compostos por dois componentes basicamente.
Filtro de Saída
O indutor – Que tem a função de eliminar as harmônicas de alta frequências, para que não trafegarem para os equipamentos que irão ser alimentados, pois imaginem vocês, se essas harmônicas passarem para um microcontrolador por exemplo, poderiam ocasionar acionamentos de cargas indevidas e erros de leitura nos processos de controle.
E os Capacitores – São eles que fazem a filtragem e a estabilização da tensão na saída, evitando os ripples e as instabilidades na saída.


8° Etapa - Transformador Driver

Transformador Driver
O transformador driver nesse caso é nada mais nada menos que o responsável por trafegar as informações vindas do Circuito Integrado Controlador, e passar esses comandos para os chaveadores, de forma que traga isolação ou desacoplamento elétrico entre primário e secundário, nessa topologia, existe um par de transistores que também chaveiam o Trafo Drive recebendo esses pulsos PWM do CI piloto, e passando essa informação para a etapa de potência que nós já vimos na Etapa 4.

9° etapa - Controle PWM

Controle PWM
O cérebro de uma fonte chaveada é o seu controlador PWM, são Circuitos integrados dedicados, para executarem esse trabalho, mas eles não trabalham só, existe também os sensores de corrente, que também variam de fonte para fonte, mas é muito provável que você irá encontrar na sua fonte o CI TL341, ele tem o aspecto de um transistor, mas, não é um transistor, ele é bem popular por seu custo benefício.
Este circuito é ligado a saída da fonte, recebe o Feedback e direciona as informações de tensões para o CI que controla o oscilador que gera um sinal retangular cuja largura do pulso é controlada e enviada para o Trafo Drive que envia esses comandos para a etapa de potência.
Se a potência na saída elevar a tensão tender a cair, o circuito ativa a correção instantânea na largura de pulso dos transistores chaveadores e a tensão mantém estabilizada.

10° etapa – Fonte primária VSB

Fonte Primária VSB
VSB – Significa: Voltage Standby, ou seja voltagem de espera, tecnicamente seria uma fonte que mantem ativa a sua saída, sempre que o cabo de força da fonte estiver conectado à rede elétrica, sua capacidade é de aproximadamente 2 Ampères, e isso depende da potência total da fonte, essa linha de tensão ativa, é para manter os circuito ativos e é necessário para quando for ativado o botão de ligar a fonte, através do PSON, que é o start da fonte, daí então o oscilador passa a ativar a etapa de potência, essa linha também alimenta o hardware das placas mães para ativar periféricos via software, teclado, rede e etc..

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