Tópicos sobre fonte de alimentação com circuitos de aplicação e critérios práticos

Visão geral sobre fonte de alimentação, com dicas práticas e circuitos. Comentários sobre fontes industriais, chaveadas, blocos básicos e muito mais.

Dois tipos especiais de fonte de alimentação são descritos abaixo:

  • Conversores DC/DC: converte uma tensão contínua mais baixa, em uma tensão contínua maior. Por exemplo, elevar a baixa tensão de uma bateria.
  • Conversores DC/AC: também conhecidos como inversores, convertem tensões contínuas em alternadas.

Alguns fatores contribuem para a complexidade de uma fonte de alimentação, como:

  • Tensão de entrada e de saída;
  • Corrente;
  • Número de saídas;
  • Regulagem (na saída da fonte).

Algumas fontes de alimentação utilizam circuitos conversores, que possuem a função de alterar tensões de uma entrada externa (ou de uma pilha) para a tensão de funcionamento dos circuitos.


Esse é só o começo… É certo que você conhece alguém que fica perdido ou confuso em circuitos e conceitos sobre fontes, então indique esse artigo a um amigo ou clique nos links abaixo para compartilhar:

Etapas básicas de uma fonte de alimentação

  • Transformador: reduz a tensão alternada de entrada; essa tensão reduzida poderá ser usada pelas etapas seguintes;
  • Retificação: usa diodos para fazer com que os ciclos negativos da tensão alternada que saiu do transformador fiquem positivos, isto é, a tensão passa a ser contínua. A tensão contínua é aquela que não tem variação de polaridade (+/-). Geralmente, quem está começando acha que a tensão está contínua quando ela está constante, ou seja, uma reta, um valor fixo de tensão;
  • Filtro: nessa etapa, composta essencialmente por capacitores, conseguimos uma tensão que varia dentro de um pequeno intervalo, em torno do valor de interesse que desejamos encontrar na saída;
  • Regulagem: aqui, na saída desta etapa, já temos a tensão que desejamos, sem variações, ou com o mínimo possível destas.

Transformadores

Existem transformadores simples ou transformadores com uma tomada central (center tape). A escolha dependerá do tipo de retificação utilizado, como retificação de meia onda ou com ponte retificadora.

O center tape é utilizado com a retificação de onda completa (dois diodos). Neste caso, se conectarmos o terminal central ao ponto de referência do circuito, os outros dois terminais (extremidades do transformador) terão fases opostas. Quando uma fase estiver no semiciclo positivo, a outra estará no negativo.

Retificação

Como citado antes, diodos são utilizados na etapa retificadora. Diodos conduzem só diretamente, no mesmo sentido, então a posição deles no circuito é importante.

As especificações devem ser observadas, buscando o datasheet do componente. Para o diodo, devemos verificar:

  • A máxima tensão inversa suportada, que é a tensão quando não está conduzindo;
  • Também, verificar a máxima corrente direta que pode conduzir quando polarizado diretamente.

Filtro

Na etapa do filtro teremos uma tensão com uma pequena variação, conhecida como ripple, que está próxima da tensão contínua que desejamos. Esta variação de ripple deve ser a menor possível.

Quanto maior o valor do capacitor utilizado no filtro, menor será a variação de ripple. Quando a corrente de que a carga necessita aumenta, a tensão no capacitor diminui, o que aumenta o ripple.

Conclui-se que é importante equilibrar esses três fatores: tensão da fonte, capacitor de filtragem e corrente na carga.

Não perca também minhas TOP dicas conteúdos exclusivos por e-mail:

Foco, impacto e criatividade

Insira o seu endereço de e-mail abaixo para receber <strong>grátis</strong> as atualizações do blog!

Fique tranquilo, seu e-mail está completamente <strong>SEGURO</strong> conosco!

Desvantagens do Retificador-Filtro básico

Circuito retificador filtro para fonte de alimentação básica

As combinações retificador-filtro mais básicas utilizadas para obter tensões cc a partir de fontes ca apresentam diversas desvantagens. Estas desvantagens podem tornar estas configurações impraticáveis. A primeira desvantagem é a regulação, definida como:

Numa fonte ideal, que é o modelo teórico, a tensão cc fornecida deveria ser constante e independente da corrente de carga, isto é, regulação zero. Isto equivale à fonte ter resistência de saída nula, quando vista dos terminais da carga.

Nos exemplos didáticos de projetos, as resistências dos diodos e dos circuitos dos filtros são desprezadas. Em circuitos práticos, essas resistências não são desprezíveis, o que causa resistência de saída finita.

Se a resistência da saída for igual à resistência da carga (aquilo que conectamos), a tensão a plena carga será igual à metade da tensão sem carga e a regulação será de 100%.

Segunda desvantagem

Quando circuitos retificadores básicos são utilizados em fontes cc, a saída é diretamente proporcional à amplitude da tensão da fonte ca.

Na maioria das redes de alimentação, a tensão não se mantém constante. Assim, a saída cc varia proporcionalmente. Em muitas aplicações, isto não pode ser admitido, mesmo se a variação for pequena.

Terceira desvantagem

Mesmo pequena, a tensão de ondulação dos exemplos teóricos é geralmente maior do que a aceitável para o adequado funcionamento de circuitos eletrônicos sofisticados.

Obs.: fabricantes de retificadores fornecem dados e manuais com informações completas sobre projetos de fontes de alimentação. Com estas informações podemos superar as desvantagens mencionadas.

Diodo em retificador de precisãoAo lado, um circuito para retificador de precisão, com amplificador operacional.

 

 

 


Proteger a fonte de alimentação

Problemas, como um curto-circuito, podem gerar uma corrente elétrica excessiva na saída, causando a queima de reguladores. Por isso, é importante inserir circuitos de proteção que limitam a corrente ou desligam a fonte se houver um curto-circuito na saída. Uso de fusíveis:

  • Fusível de entrada: dimensionado para abrir quando surgir na saída uma corrente um pouco maior do que a máxima corrente que a fonte pode fornecer.
  • Fusível de saída: dimensionado de acordo com o máximo consumo da fonte funcionando com máxima carga.

Quando a corrente se torna excessiva, usa-se um circuito que limita ou interrompe esta corrente.

Fonte de corrente

Podemos usar fontes de corrente constante para manter o mesmo valor de corrente através de uma carga. Com esta fonte, a corrente será a mesma na saída, mesmo que a resistência da carga mude ou a tensão de entrada varie.

Existem ainda as fontes de alta corrente, importantes em eletrônica industrial, onde alguns equipamentos de alta potência necessitam de dezenas de ampères.

Multiplicadores de tensão

Circuitos capazes de dobrar, triplicar ou mesmo multiplicar uma tensão por um valor mais alto são conhecidos como multiplicadores de tensão. Eles são feitos basicamente com diodos e capacitores. Algumas das configurações de multiplicadores:

  • Dobrador de tensão comum/em cascata;
  • Dobrador de tensão em ponte;
  • Triplicador de tensão de onda completa/em cascata;
  • Quadruplicador de tensão de onda completa/meia onda;
  • Multiplicador de tensão por N (um número, fator positivo).

Algumas limitações práticas das fontes lineares

  • A tensão do circuito é dividida entre o regulador e a carga. Isso faz o transistor do circuito regulador dissipar muita potência;
  • O custo do circuito é maior, porque precisa de transistores de potência com dissipadores de calor, que fazem o circuito todo ocupar mais espaço onde for montado;
  • Essas fontes são mais antigas, mas ainda encontram aplicações. Equipamentos de consumo utilizam fontes chaveadas, que contornam estes problemas.

Fonte de alimentação chaveada

Fixam uma certa tensão numa carga pelo tempo de abertura e fechamento de um circuito comutador. Algumas características marcantes do circuito da fonte chaveada:

  • Um transistor funciona como uma chave que controla a tensão aplicada no circuito de carga;
  • Um oscilador que gera um sinal retangular é ligado ao circuito de carga;
  • A largura do pulso deste sinal pode ser controlada por um circuito sensor.

O processo de controle conhecido como PWM (modulação por largura de pulso) controla a tensão sobre a carga ao variar a largura do sinal retangular que comanda o transistor comutador.

Fontes chaveadas de equipamentos de consumo (ex. televisores) podem utilizar transistores bipolares de potência, Power FETs e SCRs. Informações técnicas sobre fontes chaveadas:

  • São fontes com alto rendimento e que não precisam de grandes dissipadores de calor;
  • O filtro, geralmente composto por capacitores e bobinas, ajuda a controlar as altas variações de corrente produzidas quando a fonte está funcionando;
  • O bloco oscilador, que gera o chaveamento (sinal retangular) da fonte, é formado por circuitos integrados fabricados para esta função específica;
  • O componente mais crítico destas fontes é o transistor chaveador, porque pode queimar se funcionar em condições limites.

Fonte de alimentação para ambiente industrial

Existem ainda as fontes de alimentação para aplicações industriais, que devem ter características especiais de acordo com o ambiente diferenciado em que são utilizadas. Essas características incluem:

  • Imunidade a interferência eletromagnética, surtos e transitórios;
  • Maior estabilidade;
  • Maior tolerância para os componentes;
  • Maiores faixas de operação de temperatura, em função do ambiente industrial naturalmente possuir características bem próprias;
  • Resistência a impactos e vibrações.

No ambiente industrial existem ainda graus elevados de umidade, forçando a escolha mais cuidadosa dos componentes dos circuitos. Assim, eles serão capazes de suportar umidade e temperaturas elevadas.

Os componentes sensíveis precisam de proteções ou invólucros que os deixem imunes à ação da umidade.

Blocos de circuito

Abaixo, a placa de uma fonte de alimentação ATX, com indicações dos componentes:

  • A – Retificador em ponte;
  • B – Capacitores de filtro de entrada;
  • C – Transformador;
  • Entre C e D – Dissipador de calor de baixa tensão e retificadores de alta corrente elétrica.
  • D – Espiras do filtro da saída;
  • E – Capacitores do filtro da saída.

Placa de fonte de alimentação ATX


Crédito da imagem em destaque no começo: Hans Haase (File:PC-PowerSupply-AC-in.svg).