Fonte Chaveada SMPS 13.8V 10A com IR2153 e IRF840 + PCI

Fig. 1 - PCI - Fonte SMPS 13.8V com IR2153 e IRF840

Olá a todos!!

No post de hoje, iremos montar um simples circuito fonte chaveada SMPS, baseado no Circuito Integrado IR2153, que é um controlador PWM com apenas 8 Pinos, e com ele podemos facilmente construir uma fonte chaveada não regulada de boa qualidade para aplicações em projetos simples com um bom desempenho e com baixo custo.

Nesse modelo a fonte de alimentação tem uma saída de 13.8V, que pode ser ajustado através do trimpot RV1, e entrega em sua saída, uma corrente de 10A garantido.

• Como Funcionam as fontes de alimentação Chaveadas - SMPS - ATX
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O circuito

O circuito é composto basicamente por 8 etapas fundamentais:

1. Etapa: Circuito de Proteção: É composta por um Fusível de 5A/250V, que atua se houver uma corrente superior a corrente de ruptura do Fusível, e paralelamente temos também um NTC (Negative Temperature Coefficient), ele é um limitador da corrente de surto, essa mesma topologia pode ser encontrado na maioria das fontes SMPS, tais como fonte de notebook, fontes de PC, AT / ATX de computador, etc.
   
   
2. Etapa: Filtro de Transiente: Essa etapa é composta por um filtro inicial capacitivo que inibe as altas frequências de retornar para rede, ou vice-versa, e logo depois pela bobina filtro de EMI, que servem para atenuar os ruídos de alta frequência.
   
   
3. Etapa: Retificação Primária: Composta pela ponte retificadora D1.
   
   
4. Etapa: Filtro Primário: Composta pelos capacitores C4 e C5.
   
   
5. Etapa: Chaveamento: Composta por Um gerador de PWM, e pelos transistores MOSFETS de potência IRF840.
   
   
6. Etapa: Transformador: O transformador é um Trafo Chopper de alta frequência, e é ele que faz o isolamento e a transformação em alta frequência do sinal gerado pelo conjunto PWM e transistores chaveadores.
   
   
7. Etapa: Retificação Rápida:  Formado pelo diodo D3, esse é um diodo rápido e duplo, já que a frequência oscilada no circuito é bastante alta. 
   
   
8. Etapa: Filtro de saída: Composto pelo indutor L2, e o capacitor C9.

Circuito PWM

A alimentação do CI IR2153 é feita através do resistor de potência de 27K 5W em conjunto com o capacitor C5, no encapsulamento interno desse CI, já existe um diodo Zener de 15.6V, porém a corrente é baixa, então, cuidado para não colocar o resistor R3 com uma resistência menor, pois aumentaria a corrente na entrada do CI, e o Zener poderá se romper e consequentemente queimar o CI.

Uma solução melhorada seria colocar um diodo Zener de 15V para garantir a estabilização da tensão e a proteção do CI, que você pode estar fazendo se desejar.

Se você estiver utilizando o IR2153D, não ha necessidade de se utilizar o diodo D2 que é o FR107 ou BA159,  pois esse CI já tem esse dido internamente, se for o IR2153 "sem a letra D", deixe como está no esquema, "com o diodo D2", 

O diagrama esquemático completo está disposto logo abaixo na figura 2, tanto o diagrama como os materiais estão disponíveis para baixar no link abaixo. 

Figura 2 - Diagrama Esquemático Fonte SMPS 13.8V 10A

Transformador

O transformador TR1 foi pego deu uma fonte de  alimentação ATX de sucata, o modelo é o IE-35A, mas, você pode está utilizando praticamente qualquer modelo de Trafo de fonte ATX.

Não ha necessidade de se fazer o rebobinando do transformador, só deverá ficar atento a Pinagem que iremos utilizar do Trafo, como mostrada na Figura 3 abaixo. 

Fig. 3 - Esquema de ligação do Trafo de fonte ATX

O modelo de Trafo utilizado foi o EI-35A, mas também podemos utilizar qualquer um outro de fontes AT ou ATX que tenham os mesmos padrão, como os modelos EI-33, ER35, TM3341101QC, ERL35, EI28, Etc, como mostrado na Figura 4 abaixo.

Fig. 4 - Transformador de fonte ATX modelo EI-35A

O indutor L1 é o mesmo utilizado na fonte ATX, retiramos e não fizemos alteração nenhuma, e o indutor L2, do filtros de EMI de saída, você também pode está utilizando o da sucata da fonte, mas, se quiser enrolar o seu próprio filtro, podes enrolar em um núcleo Toroidal de ferrite. 

O enrolamento deve ser realizado o enrolamento em núcleos Toroidal, com a bobina utilizando fio de cobre super esmaltado de 0,6 mm com 25 voltas.

Lista de Material

• CI1 .............. Circuito Integrado IR2153, ou IRF2153 (Ver Texto)
• Q1, Q2 ........ Transistores Mosfets IRF840
• R1, R2 ......... Resistor 150k - (marrom, verde, amarelo, ouro) 
• R3 ................ Resistor 27K 5W – (vermelho, violeta, laranja, ouro)
• R4 ................ Resistor 8K2 – (cinza, vermelho, vermelho, ouro)
• R5, R6 ......... Resistor 10Ω – (marrom, preto, preto, ouro)
• D1 ............... Ponte de Diodos KBU606 (Ou Equivalente) 
• D2 ............... Diodo Rápido - FR107 ou BA159 (Ou Equivalente)
• D3 ............... Diodos Rápido MBR3045PT (Ou Equivalente)
• C1, C2 ........ Capacitor Poliéster 470nF - 400Vac
• C3, C4 ........ Capacitor eletrolítico 330uF - 200V
• C5, C7 ........ Capacitor eletrolítico 100uF - 25V
• C6 ............... Capacitor Poliéster 680pF
• C8 ............... Capacitor Poliéster 2,2uF - 400V
• C9 ............... Capacitor eletrolítico 2200uF - 25V
• RV1 ............ Trimpot 47kΩ
• NTC1.......... Thermistor 5Ω.
• L1, L2 ......... Indutor *ver texto
• TR1 ............ Transformador *ver texto
• F1  ............... Fusível soldável 5A
• Outros ......... Fios, Soldas, Placa, Etc.

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