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Estudo do circuito integrado CM6800 (fontes chaveadas) Visualizar Arquivo Estudo detalhado do circuito integrado CM6800 utilizado em fontes chaveadas. Uploader JAROD Enviado 17-12-2021 Categoria Fontes & Nobreaks  

chaveadas ou comutadas 13 Para essa finalidade, a solução mais adotada é a que faz uso de um acoplador óptico, conforme mostra a figura 13. O brilho do LED emissor do acoplador depende da tensão de saída, e esse brilho é sensoriado pelo foto-transistor do acoplador. Alterações desse brilho e, portanto, da tensão de saída, alteram a condução do transistor sensor, modificando assim o ciclo ativo do circuito integrado oscilador. Variações em torno desta configuração existem, mas como regra geral, os blocos funcionais são os mesmos.

chaveadas ou comutadas 12 O modo mais simples de se fazer a regulagem consiste em se derivar essa tensão para o circuito oscilador diretamente, usando para essa finalidade um transistor, conforme mostra a figura 12. As variações da tensão de saída são “sentidas” pelo CI que as corrige mudando o ciclo ativo do sinal gerado. No entanto, existem casos em que o isolamento da saída deve ser total, caso em que não deve haver uma conexão entre o circuito sensor dessa saída e o oscilador, diretamente ligado à rede de energia.

chaveadas ou comutadas11 Na figura 11 temos uma configuração típica para os secundários de uma fonte chaveada de duas tensões. Nesses secundários normalmente a retificação é simples como uma excelente filtragem garantida por um capacitor eletrolítico de valor muito elevado. Reguladores de tensão comuns, como os de 3 terminais raramente são usados neste ponto, pois a regulagem da tensão é feita a partir do chaveamento do próprio transistor no primário do transformador. Essa regulagem é feita por um bloco sensor que pode ter as mais diversas configurações.

chaveadas ou comutadas 10 Esse SCR, ligado numa configuração conforme mostra a figura 10, chaveia a tensão contínua de um capacitor que se carrega, numa velocidade que pode ser alterada por um sinal de sensoriamento. Assim, controlando o ponto de chaveamento pode-se regular a tensão de saída da fonte. O bloco seguinte da nossa fonte é o circuito secundário do transformador com núcleo de ferrite. Esse transformador pode ter um ou mais secundário, conforme o número de tensões necessárias a alimentação do aparelho. Normalmente os secundários podem ser elaborados com fios muito grossos, fornecendo correntes de dezenas de ampères, como no caso das fontes de computadores.

chaveadas ou comutadas 9 O sinal obtido neste circuito oscilador serve para chavear uma etapa de potência que funciona normalmente com transistores de alta potência, tanto bipolares como de efeito de campo, conforme mostra a figura 9. Os transistores possuem como carga o enrolamento primário de um transformador com núcleo de ferrite. Como este circuito de chaveamento funciona diretamente com a tensão retificada e filtrada da rede de energia são usados transistores de alta potência, capazes de manusear altas correntes sob tensões que podem ultrapassar os 400 V de pico. O transistor chaveador é o componente mais crítico dessas fontes poois, trabalhando em condições limites facilmente queima. Existem variações para esta configuração como fontes encontradas em monitores de vídeo e televisores que, em lugar do circuito oscilador com um CI e um transistor de potência empregam unicamente um SCR como oscilador de relaxação.

chaveadas ou comutadas 8 Mesmo as fontes que devem fornecer baixas tensões de saída, como as usadas em computadores, videocassetes, monitores, etc., não usam transformadores, retificando diretamente os 110 V ou 220 V da rede de energia. Esse é um ponto importante a ser considerado, pois este setor dessas fontes apresenta perigo potencial de choque se for tocado. Os fusíveis de proteção são colocados nesta etapa. Temos a seguir o bloco oscilador que produz o chaveamento da fonte, normalmente sendo formado por circuitos integrados especificamente projetados para esta função. Esse bloco é alimentado diretamente a partir da tensão retificada e filtrada do bloco anterior, normalmente passando por um circuito redutor, formado por resistores, um diodo zener e capacitor de filtro. Na figura 8 temos uma configuração típica de circuito usado com esta finalidade. Observe que, como o ciclo ativo do sinal que esse circuito produz deve variar em função da tensão de saída, mantendo-a constante, existe uma entrada para sensoriamento, que veremos mais adiante como funciona.

chaveadas ou comutadas 7 O filtro é importante porque uma fonte chaveada ou comutada, como também é camada, produz variações de corrente muito grandes quando em funcionamento. O chaveamento corresponde praticamente a uma carga que drena um sinal quadrado da rede de energia, gerando assim uma enorme quantidade de harmônicas que podem causar interferências em aparelhos próximos. Essas interferências, que consistem em componentes de freqüências que vão desde a própria freqüência da rede até vários megahertz devem ser evitadas. As bobinas, na configuração indicada, mais os capacitores funcionam como um filtro passa-baixas que só deixa passar a freqüência da rede, bloqueando tudo que estiver acima, em qualquer sentido. Na maioria das fontes, a retificação é feita por diodos comuns de silício que podem estar ou não ligados em ponte, em configurações típicas como a mostrada na figura 7.

chaveadas ou comutadas 6 Esses blocos correspondem a uma fonte comum, com os mínimos elementos. Fontes mais sofisticadas com blocos adicionais podem ser encontradas na prática. O bloco de entrada, ligado à rede de energia possui um retificador e um filtro contra EMI. O filtro, normalmente é formado por um par de bobinas e capacitores numa configuração típica como a mostrada na figura 6.

chaveadas ou comutadas 6 Como Funcionam Para que o leitor entenda seu princípio de funcionamento, vamos analisar um circuito prático, inicialmente dado em blocos na figura 5. Esses blocos correspondem a uma fonte comum, com os mínimos elementos. Fontes mais sofisticadas com blocos adicionais podem ser encontradas na prática. O bloco de entrada, ligado à rede de energia possui um retificador e um filtro contra EMI. O filtro, normalmente é formado por um par de bobinas e capacitores numa configuração típica como a mostrada na figura 6.

chaveadas ou comutadas 5 Temos então que durante o tempo em que a corrente demora para ir de zero até o máximo e vice-versa, o transistor passa por um estado "intermediário" em que energia é transformada em calor. Isso significa que mesmo as fontes comutadas geram calor, mas ele é muitas vezes menor que as fontes comuns lineares. Nos equipamentos de consumo como televisores, monitores de vídeo, etc., as fontes comutadas podem usar tanto transistores bipolares de potência como Power FETs e até mesmo SCRs. Estas fontes se caracterizam pelo seu alto rendimento, não necessitando de grandes dissipadores de calor e podendo fornecer toda energia que os circuitos de um monitor precisam para o funcionamento normal.

chaveadas ou comutadas 2 Nele temos um transistor que funciona como uma chave controlando a tensão aplicada no circuito de carga. Este circuito é ligado a um oscilador que gera um sinal retangular mas cuja largura do pulso pode ser controlada por um circuito sensor. Se o tempo de condução do transistor for igual ao tempo em que ele permanece desligado, ou seja, se ele operar com um ciclo ativo de 50%, na média a tensão aplicada na carga será de 50% da tensão dos pulsos conforme mostra a figura 3.

As fontes chaveadas, comutadas ou do inglês SMPS (Switched Mode Power Supply) são fontes que controlam a tensão numa carga abrindo e fechando um circuito comutador de modo a manter pelo tempo de abertura e fechamento deste circuito a tensão desejada. Para entender como isso é possível partimos do diagrama de blocos da figura 2.

Neste artigo discutiremos alguns tópicos acerca de fontes chaveadas aplicadas em amplificadores de potência, no formato pergunta/resposta. o que é "fonte chaveada" ou smps (switch mode power supply)? Tipo de fonte que faz a conversão da frequência da rede elétrica de 50-60Hz para frequências muito mais altas (tipicamente acima dos 20kHz) antes de passar a energia por um transformador isolador/distribuidor de tensões. A tecnologia de fontes chaveadas é um dos campos da eletrônica que mais cresce em todo o mundo e um dos mais destacados assuntos; devido principalmente ao crescente (e mundialmente presente) problema da escassez de energia elétrica. Em inglês esse ramo da engenharia é conhecido por Power Conversion (Conversão de Potência), possuindo muitas ramificações; todas presentes em muitos aspectos de nossa vida moderna (produtos eletrônicos domésticos, industriais, portáteis, iluminação, automotivos, aeroespaciais e muitos outros); fontes chaveadas são superiores as fontes convencionais? Não existe um único aspecto em que as fontes chaveadas não sejam atualmente superiores as fontes convencionais, exceto talvez pela emissão de ruídos. A superioridade das fontes chaveadas é tamanha que hoje em dia as fontes convencionais estão praticamente extintas de nossa vida cotidiana, sem mencionar os casos em que as fontes convencionais sequer podem ser aplicadas; As vantagens mais evidentes das smps: São mais leves e compactas que fontes convencionais. E dependendo da tecnologia empregada essa redução em peso e volume chega a ser drástica; Eficiência superior: isto é, gasta-se menos energia para se obter o mesmo resultado; Aquecimento mais baixo (é devido a essa maior eficiência); Possibilidades de conversão quase ilimitadas. Podem ser usadas para abaixar tensões, isolar, elevar, inverter, espelhar, como fontes de corrente, etc; As desvantagens: Ruídos e interferências, como já citado. Porém um projeto cuidadoso e obediente as normas pode contornar essa deficiência com relativa facilidade; Complexidade e confiabilidade: as smps são muito mais complexas do que as fontes convencionais e isto pode ter algum impacto na confiabilidade. Novamente, um projeto cuidadoso e técnicas refinadas de proteção podem reduzir esse problema de tal maneira que hoje em dia, não é raro as smps serem mais robustas e confiáveis que fontes convencionais equivalentes; Dificuldade de projeto: o projeto de uma smps é totalmente diferente e muito mais complicado do que uma fonte convencional equivalente. O projetista precisa ser fluente em uma série de áreas diferentes (eletrônica de potência, magnetismo, teoria da realimentação, eletrônica analógica, eletrônica digital, interferência eletromagnética, ter o domínio de softwares de cálculo numérico e outros); Necessidade de controle rigoroso na produção em série: fontes chaveadas são especialmente sensíveis as inevitáveis variações de matéria-prima presentes em uma produção em série, especialmente se forem de muito alta potência; é verdadeque tas fontes chaveadas só se prestam a baixas potências? Não. Este é um mito que provavelmente surgiu das dificuldades técnicas de se projetar uma SMPS de alta potência. Outra razão (talvez ligada a esta) reside no fato de que muitos dos grandes fabricantes mundiais na área de semicondutores de potência disponibilizam soluções (quase) prontas, na forma de circuitos integrados e softwares de desenvolvimento de smps de baixas/médias potências (geralmente abaixo de 200W). Estas ferramentas e facilidades, geralmente baseadas em resultados tabelados, infelizmente não se aplicam a projetos avançados de alta potência; onde frequentemente o projetista tem que escrever seus próprios softwares e rotinas de cálculo numérico; o que são fontes ressonantes? Tipo de smps que faz uso de correntes ou tensões senoidais, ao invés das tradicionais ondas quadradas. A conversão quadrada-senoidal é feita por circuitos-tanque ressonantes tipo LC. Técnicas ressonantes aplicadas em SMPS possibilitam recursos poderosos, sendo os principais: Transição entre estados ON/OFF (chaveamento) do tipo “sem perdas”. No jargão da eletrônica de potência isso é conhecido por “soft-switching” (transição suave) ou ainda “transição a tensão zero” (ZVS) ou a “corrente-zero” (ZCS); Nas topologias ressonantes, elementos de circuito normalmente considerados indesejáveis (resistências, capacitâncias e indutâncias parasitas) costumam jogar a favor do aumento da eficiência e da confiabilidade. Em SMPS comuns esses elementos prejudicam grandemente o desempenho, podendo inclusive provocar sua queima; O uso inteligente destes recursos permitem uma redução drástica do stress e do calor gerado pelos semicondutores (transistores e diodos), bem como da emissão eletromagnética (ruídos e interferências), além de aumentar a robustez da fonte em si. Este é um dos assuntos mais pesquisados em todo o mundo. Através destas técnicas pode-se aumentar a potência de uma SMPS sem um aumento proporcional em volume, peso e dissipação de calor. Tais técnicas também geram uma grande melhora na confiabilidade. existe alguma verdade na afirmação "fontes chaveadas não aguentam trabalhar no brasil porque a nossa rede elétrica é ruim"? Nenhuma! Este talvez seja um dos mitos mais propagados e aceitos do mercado de áudio no Brasil. A malha elétrica Brasileira é reconhecida como boa e confiável no mundo todo. E quando existem falhas, estas geralmente são devido a instalações domésticas ruins, que são de responsabilidade dos proprietários do imóvel. Uma prova disso é que no ramo industrial esse mito é quase que totalmente desconhecido. A origem deste mito no mercado de áudio brasileiro é provavelmente devido a: Existência de prédios e casas de show com instalações elétricas inadequadas e/ou de baixa qualidade; fato agravado pela falta de preocupação com o áudio e suas necessidades que arquitetos e engenheiros civis geralmente demonstram. Muitas vezes tais necessidades somente são lembradas na fase final da obra, quando não há muito mais o que fazer, a não ser improvisar! Alguns sequer são capazes de suportar sistemas de áudio e iluminação simultaneamente. Daí vem boa parte da história da “rede elétrica ruim”. Na verdade deveria ser: “das instalações prediais ruins”; Dificuldades técnicas de se projetar e produzir fontes chaveadas de alta potência realmente confiáveis; Temor de alguns fabricantes nacionais frente aos importados de maior tecnologia. Alguns destes fabricantes, incapazes de desenvolver amplificadores realmente modernos, encorajam tal mito; Os amps com fontes chaveadas mais antigos (naturalmente, os “pioneiros”) eram realmente mais susceptíveis a defeitos de vários tipos e não apenas nos estágios de alimentação (quem não se lembra das antigas Carvers?). Também eram mais exigentes quanto a voltagem de alimentação. Hoje, porém, a situação é inversa: amplificadores realmente modernos se adaptam a tensão e a frequência de rede disponível, e não o contrário (fontes universais); o que é fonte universal? Tipo de smps designada a funcionar em qualquer lugar do mundo (daí o termo “universal”), em diferentes tensões e frequências, mantendo seu desempenho e potência inalterados. É um dos tipos mais sofisticados de SMPS devido a grande diversidade de tensões e frequências de rede encontradas pelo mundo (ou mesmo dentro de um único país); fonte "automática" ou "bi-volt automático" é um tipo de fonte universal? Não. Esse tipo de recurso apenas se presta a substituir a antiga “chave 110-220V” por um relê, que faz essa seleção eletronicamente. Para ser universal é necessário que a fonte compense os diferentes valores de tensão ac, bem como as suas inevitáveis variações e mantenha a potência final inalterada. Também precisam se adequar às diferentes frequências (geralmente dentro da faixa de 43 à 63Hz). Somente por esse último motivo, jamais uma fonte convencional de seleção automática poderá receber a designação “universal”; pois que seus transformadores têm de ser calculados para uma frequência fixa de trabalho. Também não existe uma maneira aceitável de fazer uma fonte convencional compensar as variações de tensão ac de modo a manter a potência de saída inalterada; o que é pfc? É um pré-alimentador, que precede uma smps. Sua principal função é a de servir de interface entre a rede elétrica e a smps, de modo que a rede “enxergue” uma carga resistiva, drenando corrente senoidal, ao invés de capacitiva (que gera altos picos de corrente, sobrecargas e distorções exageradas por drenar corrente não-senoidal). É um elemento que contribui para a qualidade da energia elétrica, para a redução do consumo e para a segurança das instalações elétricas. Sua utilização está cada vez mais se tornando obrigatória. Por exemplo, na União Européia todos os equipamentos eletrônicos classificados como sendo de “classe d” (cenelec en-61000-3-2 class-d) tais como: tv´s, monitores de vídeo, computadores, carregadores de bateria, máquinas de lavar, entre outros, têm obrigatoriamente que possuir pfc, o que atesta a sua importância (veja aqui no Blog "Fator de potência e pfc"). Por outro lado, fontes smps de alta potência sem pfc exigem muito mais das instalações elétricas, devido aos picos de corrente e as distorções que geram no cabeamento e nos conectores ac; Outro ponto positivo do pfc é que este poderá dar a smps a capacidade universal, ou seja: a de operar no range 100-260V | 47-63Hz (observar que nem todo pfc tem essa capacidade). quais os tipos de fontes possuem os amplificadores mais presentes em nosso mercado? Crown Macro-Tech (antiga): fonte convencional, mono-volt; Crown linhas it, it hd e Macro Tech-i: smps ressonante com pfc, universal; Crown linhas xti e xti-2: smps ressonante, sem pfc, bi-volt automático; Crest Audio Pro Series (8002): smps ressonante, com pfc, universal; Power Soft K-Series: smps ressonante, com pfc, universal; Next Pro Série Pro-R (todas): smps ressonante, com pfc, universal; LabGruppen fp, fp+ e plm: smps não-ressonante, sem pfc, mono-volt; Behringer i-nuke: smps não-ressonante (nu1000/nu3000) e ressonante (nu6000/nu12000), todas sem pfc, todas mono-volt.

chaveadas ou comutadas 5 Temos então que durante o tempo em que a corrente demora para ir de zero até o máximo e vice-versa, o transistor passa por um estado "intermediário" em que energia é transformada em calor. Isso significa que mesmo as fontes comutadas geram calor, mas ele é muitas vezes menor que as fontes comuns lineares. Nos equipamentos de consumo como televisores, monitores de vídeo, etc., as fontes comutadas podem usar tanto transistores bipolares de potência como Power FETs e até mesmo SCRs. Estas fontes se caracterizam pelo seu alto rendimento, não necessitando de grandes dissipadores de calor e podendo fornecer toda energia que os circuitos de um monitor precisam para o funcionamento normal. Como Funcionam Para que o leitor entenda seu princípio de funcionamento, vamos analisar um circuito prático, inicialmente dado em blocos na figura 5.

chaveadas ou comutadas 3 Nele temos um transistor que funciona como uma chave controlando a tensão aplicada no circuito de carga. Este circuito é ligado a um oscilador que gera um sinal retangular mas cuja largura do pulso pode ser controlada por um circuito sensor. Se o tempo de condução do transistor for igual ao tempo em que ele permanece desligado, ou seja, se ele operar com um ciclo ativo de 50%, na média a tensão aplicada na carga será de 50% da tensão dos pulsos conforme mostra a figura 3.

Fontes chaveadas - diagnóstico Visualizar Arquivo O texto deste artigo foi escrito para o periódico "Boletim técnico FREEBR" a muitos anos. Atualizei e removi algumas partes, porém mantive a originalidade do texto. Uploader JAROD Enviado 13-02-2022 Categoria Fontes & Nobreaks  

Pessoal ,boa tarde. venho lhes passar uma super dica, um teste muito bom para fontes chaveadas. ele ajuda a descobrir se o defeito esta na linha de referencia da fonte ( optoacoplador ) ou se esta no primario da fonte. seguinte, basta injetar ( com fonte de bancada regulavel ou fixa) a mesma tensao que a fonte deveria ter na saida dela, ai mede-se nos pinos do ci optoacoplador ( lado do led) se o circuito de referencia estiver ok, deve- se ter em torno de 1V nesses pinos.. caso nao esteja ou esteja um valor muito alterado provavelmente o defeito esta na linha de referencia do secundario (geralmente envolve o tl431). mas caso esteja OK, provavelmente o defeito esta no primario ou na retificacao/ filtragem do secundario. com essa dica joia da pra ganhar muito tempo de analise do circuito!!!