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terça-feira, 7 de junho de 2022

Mini Fonte de Alimentação Chaveada 5V - 25V, 3A com TNY268 com PCI

Fig. 1 - Mini Fonte de Alimentação Chaveada 5V - 25V, 3A com TNY268 com PCI

Olá a Todos!

No Post de hoje, montaremos uma fonte de alimentação Chaveada bastante simples, ela é automática, com tensão de entrada de 80Vac à 260Vac, e fornece uma tensão de saída que pode ser regulada entre 5V à 25, com corrente de até 3A, dependendo da configuração que escolheremos.

Essa é uma fonte baseada no Circuito Integrado TNY268, que faz parte de uma série de circuitos TinySwitch-II: TNY263, TNY264, TNY265, TNY266, TNY267 a TNY268

Para uma fonte chaveada do tipo Flyback como a proposta, esse CI é ideal, ele integra em seu encapsulamento, os componentes necessários para funcionamento: 
  • Controle PWM, Mosfets de Potência 
  • Proteção Sobre-Corrente
  • Proteção Sobre-Temperatura
  • Sistema de Auto-Alimentação

Ele não necessita de enrolamento auxiliares, o que torna um CI completo, com encapsulamento DIP8, com frequência de trabalho PWM de 132kHz e tensão de até 700V.

ATENÇÃO!

Esse circuito trabalha conectado diretamente à rede elétrica, isso é extremamente perigoso, qualquer descuido, ou ligações erradas, erro no projeto, ou qualquer outra ocasião, pode levar a danos irreversíveis. 

Nós não nos responsabilizamos por qualquer tipo de ocorrência. Se você não tem experiência suficiente, não monte esse circuito, e se montar, ao testar, esteja com as devidas proteções e acompanhado por outrem. 

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O Circuito Integrado TinySwitch-II TNY268

O TinySwitch-II integra um MOSFET de potência de 700 V, oscilador, fonte de corrente comutada de alta tensão, limite de corrente e circuitos de desligamento térmico em um dispositivo monolítico. 

A potência de partida e operação são derivadas diretamente da tensão no pino DRAIN, eliminando a necessidade de um enrolamento de polarização e circuitos associados. 

Além disso, os dispositivos TinySwitch-II incorporam reinicialização automática, detecção de subtensão de linha e jitter de frequência. 

O circuito de reinicialização automático totalmente integrado limita com segurança a potência de saída durante condições de falha, como curto-circuito de saída ou malha aberta, reduzindo a contagem de componentes e o custo do circuito de realimentação secundário. 

A frequência de operação de 132 kHz é alterada para reduzir significativamente tanto o quase pico quanto a EMI média, minimizando o custo de filtragem.

Características

  • Os recursos do TinySwitch-II reduzem o custo do sistema
  • Reinício automático totalmente integrado para proteção contra curto-circuito e falha de circuito aberto – economiza custos de componentes externos
  • O circuito integrado praticamente elimina o ruído audível com o transformador comum envernizado por imersão
  • O recurso de detecção de subtensão de linha programável evita falhas de ligar/desligar – economiza componentes externos
  • O Jitter de frequência reduz drasticamente a EMI (~10 dB) – minimiza os custos dos componentes do filtro EMI
  • A operação de 132 kHz reduz o tamanho do transformador – permite o uso de núcleos EF12.6 ou EE13 para baixo custo e tamanho pequeno
  • Solução de Switcher de contagem de componentes mais baixa
  • Família de dispositivos escaláveis expandida para baixo custo do sistema

TNY268 - Pinagem e Descrição

O TNY268 vem encapsulado em estrutura DIP-8B para pinagem perfurada e com encapsulamento de SMD-8B para SMD

O encapsulamento é semelhante ao conhecido CI LM555, com exceção do pino 6 ocultado no TNY268, como podemos visualizar na pinagem da Figura 2, abaixo.
Fig. 2 - Pinagem - Pinout TNY268

Deixamos abaixo a descrição de cada pino do Circuito Integrado TNY268 para facilitar a nossa compreensão.

  • DRENO (D): Conexão de dreno MOSFET de alimentação. Fornece corrente de operação interna para operação de partida e de estado estacionário.
  • BYPASS (BP): Ponto de conexão para um capacitor de bypass externo de 0,1 μF para a alimentação de 5,8 V gerada internamente.
  • ENABLE/UNDERVOLTAGE (EN/UV): Este pino tem duas funções: habilitar entrada e detecção de subtensão de linha. Durante a operação normal, a comutação do MOSFET de potência é controlada por este pino. A comutação MOSFET é terminada quando uma corrente maior que 240 μA é extraída deste pino.
    Este pino também detecta as condições de subtensão da linha através de um resistor externo conectado à tensão da linha CC. Se não houver resistor externo conectado a este pino, o TinySwitch-II detecta sua ausência e desabilita a função de subtensão da linha.
  • SOURCE (S): Circuito de controle comum, conectado internamente à fonte MOSFET de saída.
  • SOURCE (HV RTN): Saída de conexão da fonte MOSFET para retorno de alta tensão.

O Circuito Fonte Chaveada

O circuito Mini Fonte de Alimentação Chaveada 5V - 24V, 3A com TNY268, tem seu diagrama  esquemático disposto na Figura 3 abaixo, e como podemos verificar, é um circuito simples.

Fig. 3 - Circuito Mini Fonte de Alimentação Chaveada 5V - 25V, 3A com TNY268

No entanto, é necessário bastante cuidado, já que estamos trabalhando com energia elétrica, conhecimento no mínimo intermediário em eletrônica é necessário para montar esse circuito.

A tensão de Saída

A tensão de saída, é ajustada através de dois parâmetros no circuito:
  1. O diodo D4, que é um diodo Zener de 1W de Potência.
  2.  O enrolamento secundário do transformador.

O Diodo Zener

O diodo zener D4, é o diodo que ajustará a tensão de saída, devemos configurá-lo da seguinte maneira,
quando a tensão desejada for Xv, o diodo zener deverá ter uma tensão Xv - 1.
O diodo deverá deverá ser 1V menor que a tensão nominal da fonte, essa tensão menor, é devido ao foto-acoplador está ligado em série com o diodo zener, e ele sendo um diodo “LED”, temos a queda de tensão nele.

Por Exemplo:

Para se obter uma tensão de 5V na saída da fonte:
  • O diodo zener D44V. Usamos um diodo zener comercial de 4,3V - 1N4731.

Para se obter uma tensão de 9V na saída da fonte:
  • O diodo zener D4 = 8V. Usamos um diodo zener comercial de 8,2V 1N4738.

Para se obter uma tensão de 12V na saída da fonte:
  • O diodo zener D411V. Usamos um diodo zener comercial de 1N4741.

Para se obter uma tensão de 25V na saída da fonte:
  • O diodo zener D4 = 24V. Usamos um diodo zener comercial de 1N4749.

O Transformador

O transformador utilizado nesse circuito, foi um trafo de alta frequência, muito encontrado em fontes de PC, como ilustrado na Figura 4 abaixo, um transformador de Ferrite modelo EE-25
Fig. 4 - Transformador de Ferrite EE-25

Enrolamento da bobina Primária

O primário será enrolado para suporta uma tensão entre 85V à 265V, e isso será feito enrolando 140 voltas de fio esmaltado 33AWG, ou fio de 0,18 mm de diâmetro. 

Logo após enrolar o primário, coloque fita de isolamento apropriada, com isolamento elétrico, e térmico, para isolar o primário do secundário.

Enrolamento da bobina Secundária

O secundário será enrolado conforme a tensão desejada na saída, e isso será realizado de forma tal que, para cada 1V desejado, seja enrolada 1,4 voltas de fio esmaltado 17AWG ou fio de 1,15 mm.

O cálculo para uma tensão de saída de 5V, pode ser alcançado usando a fórmula abaixo:

  • Fórmula: N = V * F
  • N = Numero de Voltas
  • V = Tensão Desejada
  • C = Constante = 1.4

  • V = 5V
  • C = 1.4
  • N = ?

  • N = 5 * 1.4
  • N = 7 Voltas
Para 5V na saída, termos 7 Voltas para se enrolar no secundário.

O cálculo para uma tensão de saída de 9V:

  • V = 9V
  • F = 1.4
  • N = ?

  • N = 9 * 1.4
  • N = 12,6 = ~13 Voltas
Para 9V na saída, termos 13 Voltas para se enrolar no secundário.

O cálculo para uma tensão de saída de 12V:

  • V = 12V
  • F = 1.4
  • N = ?

  • N = 12 * 1.4
  • N = 16,8 = ~17 Voltas
Para 12V na saída, termos 17 Voltas para se enrolar no secundário.

O cálculo para uma tensão de saída de 24V:

  • V = 25V
  • F = 1.4
  • N = ?

  • N = 25 * 1.4
  • N = 35 Voltas
Para 24V na saída, termos 37 Voltas para se enrolar no secundário.
O bom é que com a fórmula, podemos calcular qualquer tensão que desejarmos obter na saída da nossa fonte chaveada. 

Lista de componentes

  • Semicondutor
    • U1 ......... Circuito Integrado TNY268P
    • OPT ....... Opto-Acoplador TLP181
    • D1, D2 ... Diodo 1N4007
    • D3 ......... Diodo Rápido FR307
    • D4 ......... Diodo Zener *Ver Texto

  • Resistor
    • R1 .... Resistor 10Ω / 1W (marrom, preto, preto, ouro)
    • R2 .... Resistor 200KΩ / 1/4W (vermelho, preto, amarelo, ouro)
    • R3 .... Resistor 470Ω / 1/4W (amarelo, violeta, marrom, ouro)

  • Capacitores
    • C1 ............ Capacitor Eletrolítico 47uF/400V
    • C2 ............ Capacitor Poliéster 2.2nF
    • C3 ............ Capacitor Poliéster 100nF
    • C4 ............ Capacitor Eletrolítico 470uF/35V

  • Diversos
    • T1 ......... Transformador de Ferrite EE-25
    • P1, P2 ... Conector WJ2EDGVC-5.08-2P
    • Outros ... PCI, Fios, Soldas, Etc.

Placa de Circuito Impresso - Download

Na Figura 3 logo abaixo, estamos disponibilizando a PCI em arquivos GERBER, PDF e JPEG, para você que deseja elaborar uma montagem mais otimizada, ou em casa, ou se preferir, em uma empresa que imprima a placa.

Você pode está baixando os arquivos gratuitamente em um link direto na opção de Download logo abaixo.
Fig. 5 - PCI Mini Fonte de Alimentação Chaveada 5V - 25V, 3A com TNY268

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