Fonte Chaveada SMPS 2×50V 350W com IR2153 e IRF840 - Guia Completo + PCB

Fonte Chaveada SMPS simétrica com IR2153 e IRF840 - 2 x 50V 350W + PCI

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🔧 Para quem é este guia: Este artigo é perfeito para estudantes de eletrônica, entusiastas, projetistas e hobbistas que desejam construir uma fonte chaveada SMPS de alta potência (350W) com excelente custo-benefício. Vamos detalhar cada etapa do processo, desde a teoria até a montagem final!

Olá a Todos!

No post de hoje, vamos mergulhar no fascinante mundo das fontes chaveadas SMPS (Switched-Mode Power Supply), explorando um projeto baseado no Circuito Integrado IR2153. Este controlador PWM (Pulse Width Modulation) de apenas 8 pinos é uma verdadeira joia para eletrônicos, permitindo construir uma fonte chaveada não regulada de excelente qualidade para diversas aplicações.

O que torna este projeto especial é a combinação de simplicidade e desempenho. Com um custo relativamente baixo, conseguimos obter uma fonte simétrica robusta capaz de entregar até 350W de potência - ideal para alimentar amplificadores de áudio, fontes de laboratório ou outros projetos que exigem tensões simétricas elevadas.

💡 Dica do especialista: Fontes SMPS como esta são até 85% mais eficientes que fontes lineares tradicionais, gerando menos calor e ocupando menos espaço. Isso as torna ideais para aplicações portáteis ou onde o espaço é limitado.

⚡ Entendendo a Etapa de Potência

A etapa de potência é o coração da nossa fonte SMPS, responsável por entregar a energia necessária para suas aplicações. Neste projeto, utilizamos dois transistores MOSFET tipo N IRF840, componentes robustos e amplamente disponíveis no mercado, que recebem os pulsos PWM do circuito integrado IR2153.

A alimentação do CI IR2153 é realizada através do resistor de potência de 27K 5W. Um detalhe importante é que, no encapsulamento interno deste CI IR2153D, já existe um diodo Zener de 15.6V para proteção. No entanto, a corrente é limitada, então devemos ficar atentos para não utilizar um resistor R3 com resistência menor, pois isso aumentaria a corrente na entrada do CI, podendo danificar o Zener e, consequentemente, o CI.

✓ Atenção: Se você estiver utilizando o IR2153D (versão com diodo interno), não há necessidade de utilizar o diodo D2 (FR107 ou BA159), pois este CI já possui esse componente internamente. Se for o IR2153 "sem a letra D", mantenha o diodo D2 conforme indicado no esquema.

Filtros de Bloqueio e Proteção

Na entrada do circuito, implementamos um filtro de EMI (Interferência Eletromagnética) e sistema de proteção. Utilizamos um NTC Thermistor para limitar a corrente de pico durante o carregamento inicial dos capacitores, evitando sobrecargas. Esta mesma topologia pode ser encontrada em fontes de alimentação AT/ATX de computadores, o que demonstra sua eficácia e confiabilidade.

📚 Saiba mais: O filtro EMI é essencial para evitar que ruídos gerados pela comutação dos MOSFETs retornem à rede elétrica, interferindo em outros equipamentos. Ele também protege a fonte contra ruídos externos que poderiam afetar seu funcionamento.

🔌 Esquema Elétrico do Circuito

Na Figura 2, apresentamos o diagrama esquemático completo da nossa Fonte Chaveada SMPS simétrica, com potência de até 350W usando o Circuito Integrado IR2153 como controlador PWM e os Transistores de potência IRF840. Este circuito compacto é extremamente funcional e pode ser adaptado para diversas aplicações.

Fig 2 - Diagrama Esquemático Fonte SMPS 2×50V 350W com IR2153 e IRF840

🔍 Análise do circuito: O esquema mostra uma configuração half-bridge clássica, onde o IR2153 gera os sinais PWM complementares para acionar os MOSFETs Q1 e Q2. O transformador TR1 recebe estes pulsos e os transfere para o secundário, onde são retificados e filtrados para produzir as tensões de saída simétricas.

🌀 Guia Detalhado: Enrolando o Transformador

O transformador TR1 é um componente crítico e foi reaproveitado de uma fonte de alimentação ATX de sucata. Após o rebobinamento, sua indutância primária ficou em aproximadamente 6,4 mH, um valor ideal para esta aplicação.

⚠️ Atenção: O núcleo do transformador não deve ter espaço de ar (gap). Alguns transformadores de fontes ATX possuem um espaçamento no gap. Se o seu tiver, você precisará lixar as superfícies até eliminar completamente este espaçamento, garantindo o contato total entre as metades do núcleo.

Processo de Enrolamento do Primário

O enrolamento primário consiste em 40 voltas de fio de cobre super esmaltado de 0,6 mm, configuradas sem o Center Tape (ponto central).

Enrolamento do Secundário

O secundário consiste em um enrolamento de 28 voltas com Center Tape de fio de cobre super esmaltado de 0,6 mm. Esta configuração nos fornecerá as tensões simétricas de aproximadamente ±50V após a retificação e filtragem.

Indutores de Filtragem

O indutor L1 / L2 é o mesmo utilizado na fonte ATX original e não requer modificações. Já os indutores L3 e L4, dos filtros de EMI de saída, podem ser enrolados em núcleos toroidais de ferrite.

Para os indutores de saída, recomendamos enrolar as bobinas emparelhadas nos mesmos núcleos toroidais, utilizando fio de cobre super esmaltado de 0,6 mm com 25 voltas em cada terminal de alimentação. Isso garantirá uma filtragem eficaz e reduzirá o ripple de saída.

💡 Dica prático: Ao enrolar os indutores, mantenha o fio sempre tensionado e distribua as espiras de forma uniforme pelo núcleo. Isso evitará acúmulo de calor em pontos específicos e melhorará o desempenho do filtro.

📚 Leituras Recomendadas para Aprofundar

Gostou deste projeto? Expandir seu conhecimento é fundamental para se tornar um mestre na eletrônica. Separamos alguns artigos selecionados que complementam perfeitamente o que você aprendeu hoje, abordando desde fontes menores até o funcionamento teórico por trás da tecnologia SMPS.

🔌 Para Projetos Menores

Mini Fonte Chaveada 5V-24V com TNY268
Ideal para aplicações de baixa potência com excelente eficiência.

⚡ Fonte de Alta Corrente

Fonte SMPS 13.8V 10A com IR2153
Perfeita para estações de solda ou fontes de laboratório.

🧠 Entenda a Teoria

Como Funcionam as Fontes SMPS
Um mergulho profundo nos princípios por trás das fontes chaveadas.

🔧 Regulador Ajustável

Fonte Buck Ajustável 1.2V-37V
Versatilidade máxima com o popular CI LM2596.

🧾 Lista de Materiais Detalhada

Para garantir o sucesso do seu projeto, a qualidade dos componentes é essencial. Abaixo, apresentamos a lista completa de materiais de forma organizada, com especificações claras para facilitar sua compra e evitar erros.

Referência	Componente	Especificação	Observações
CI1	Circuito Integrado	IR2153 ou IR2153D	Controlador PWM
Q1, Q2	Transistores Mosfets	IRF840	500V, 8A. Necessário dissipador de calor.
R1, R2	Resistor	150k (1/4W)	Marrom, verde, amarelo
R3	Resistor de Potência	27K 5W	Vermelho, violeta, laranja. Não use valor menor!
R4	Resistor	10K (1/4W)	Marrom, preto, laranja
R5, R6	Resistor	10Ω (1/4W)	Marrom, preto, preto. Gate dos MOSFETs.
R7, R8	Resistor	22Ω 2W	Vermelho, vermelho, preto. Descarrega Cap Snubber.
D1	Ponte de Diodos	GBJ2510	Retificação de entrada. 1000v 25A.
D2	Diodo Rápido	FR107 ou BA159	Não usar com IR2153D (já tem interno).
D3 à D6	Diodos Rápidos	MUR460	Retificação de saída. 600V, 4A.
C1, C2	Capacitor Poliéster	470nF - 250Vac	Filtro EMI de entrada (tipo X).
C3, C4	Capacitor Eletrolítico	680uF - 450V	Filtro de barramento DC.
C5, C7	Capacitor Eletrolítico	100uF - 50V	Alimentação do CI (bootstrap).
C6	Capacitor Cerâmico	470pF	Define a frequência de oscilação.
C8	Capacitor Poliéster	2,2uF - 400V	Acoplamento do primário do trafo.
C9, C10	Capacitor Eletrolítico	2200uF - 65V	Filtro de saída. Use de baixo ESR.
C11, C12	Cerâmica MKP	1nF - 1000V	RC Snubber
P1	Potenciômetro	100kΩ	Ajuste fino da frequência (opcional).
NTC1	Thermistor	5Ω	Proteção contra inrush current.
L1, L2, L3, L4	Indutores	*Ver detalhes no texto	Filtros de EMI e de saída.
TR1	Transformador	*Ver detalhes no texto	Núcleo EE ou EI de fonte ATX.
F1	Fusível	3A (soldável)	Proteção principal contra sobrecorrente.

🖨️ Placa de Circuito Impresso (PCI) - Projeto Otimizado

Para facilitar sua montagem e garantir o máximo desempenho e segurança, preparamos uma placa de circuito impresso (PCI) profissionalmente projetada. O layout foi otimizado para:

• Trilhas Largas: Para suportar altas correntes sem superaquecimento.

• Separação Adequada: Distância segura entre as partes de alta tensão e baixa tensão.

• Planejamento Térmico: Posicionamento estratégico dos componentes que dissipam calor.

• Compatibilidade: Furação padrão para os componentes listados.

Estamos disponibilizando para Download todos os materiais necessários para quem deseja montar com a placa sugerida: arquivos em webp, PDF para impressão caseira e arquivos Gerber para quem deseja enviar para uma fabricação profissional.

Fig. 3 - PCI Placa de Circuito Impresso - Fonte SMPS 2X50V - 350W

📥 Baixe Agora os Arquivos do Projeto!

Para baixar os arquivos necessários para a montagem do circuito eletrônico, basta clicar no link direto disponibilizado abaixo:

Link para Baixar: Layout PCB, PDF, GERBER, JPG

🤔 Perguntas Frequentes Fonte SMPS Simétrica IR2153 IRF840 (FAQ)

Para garantir que seu projeto seja um sucesso, compilamos algumas das perguntas mais comuns sobre Fonte Chaveada SMPS Simétrica com IR2153 e IRF840

❓ Posso usar esta fonte para um amplificador de áudio? 🔽

Sim, esta fonte é excelente para amplificadores de áudio que requerem alimentação simétrica, como os de classe AB ou D. A baixa ondulação (ripple) e a alta capacidade de corrente garantem uma qualidade de som superior.

❓ O que devo fazer se a fonte não liga? 🔽

Primeiro, verifique o fusível F1. Depois, com a fonte desligada da rede, meça a continuidade dos componentes principais. Um erro comum é o enrolamento do transformador ou soldas frias nos MOSFETs e no CI. Use uma lâmpada em série com a entrada para um teste seguro.

❓ É necessário adicionar um ventilador (cooler) para refrigeração? 🔽

Para operações em potências próximas a 350W ou por longos períodos, é altamente recomendável. Um pequeno cooler de 12V pode ser alimentado pela própria fonte (com um regulador 7812, por exemplo) para manter os MOSFETs e o transformador em uma temperatura segura.

🎉 Conclusão e Próximos Passos

Chegamos ao fim deste guia completo para a construção da sua Fonte Chaveada SMPS Simétrica de 350W. Com este projeto, você não apenas constrói uma ferramenta poderosa para suas aplicações, mas também aprofunda seu conhecimento em eletrônica de potência, uma área fundamental e recompensadora.

Lembre-se sempre de priorizar a segurança, trabalhando com cuidado e utilizando equipamentos de proteção adequados. A montagem de fontes chaveadas envolve tensões elevadas e pode ser perigosa se manuseada de forma incorreta.

👋 E por hoje é só, espero que tenhamos alcançado suas expectativas!

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Deus vos Abençoe!
Shalom.