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Circuitos de Fontes Chaveadas (ART2014)

Na reparação de muitos equipamentos modernos, principalmente importados, o técnico pode se deparar com componentes de fontes chaveadas que são difíceis, quando não impossíveis, de encontrar em nosso mercado. No entanto, com a simples substituição do módulo da fonte por outro que dê a mesma tensão, sob a mesma corrente máxima, é possível reparar ou recuperar este tipo de equipamento. Damos neste artigo alguns circuitos de fontes chaveadas que utilizam componentes relativamente comuns em nosso mercado (*).

(*) Este artigo é de 1993. Hoje existem disponíveis componentes mais modernos para elaboração de circuitos semelhantes.

O princípio de operação de toda fonte chaveada é o mesmo: um oscilador controla um transistor comutador, alterando seu ciclo ativo conforme as exigências de corrente da carga, de modo a manter a tensão constante.

Transistores especiais de comutação e circuitos integrados formados basicamente por osciladores, PWM e sensores são os componentes principais dessas fontes.

Existem muitos tipos de transistores que podem ser usados na maioria das fontes; para os circuitos integrar dos a quantidade é menor, no entanto, ainda assim, existe um número grande o suficiente para dificultar o trabalho de reparação e obtenção por parte dos técnicos.

Os circuitos que damos a seguir são baseados em informações técnicas da Texas Instruments, Philips, National, Semiconductor e Motorola.

 

a) Fonte Chaveada Para Driver

Este circuito é sugerido pela Texas Instruments e tem por base o circuito integrado TL593 e dois transistores TIP34, sendo mostrado na figura 1.

 

Figura 1 – Fonte para driver
Figura 1 – Fonte para driver

 

Os componentes críticos neste tipo de circuito normalmente são o indutor e o transformador, que precisam ser enrolados pelo montador.

Na figura 2 temos o layout do transformador, que tem as seguintes características para enrolamento:

 

Figura 2 – Layout do transformador
Figura 2 – Layout do transformador

 

Primário A+B :28 voltas de fio bifilar 20 HNP

Secundário C+D = 28 voltas de fio bifilar 20 HNP sobre A+B

Secundário E+F = 6 voltas de fio bifilar 20 HNP sobre C+D

Secundário G+H = 10 voltas de fio bifilar 26 HNP sobre E+F.

 

Todos os enrolamentos possuem tomada central. O núcleo de ferrite é do tipo 3C8 (F-42908-TC).

A freqüência de operação deste circuito é de 25 kHz, sendo fixada pelo capacitor no pino 5 e pelo resistor no pino 6 do circuito integrado.

Na montagem, deve-se tomar os cuidados convencionais com fontes chaveadas como, por exemplo, evitar loops nos terras e dimensionar corretamente os dissipadores dos transistores de potência.

Os diodos retificadores usados admitem equivalentes, mas devem ser do tipo Schottky, ou recuperação rápida.

 

b) REDUTOR DE 12 V PARA 5 V

Este é um regulador do tipo step-down. Nele quando a corrente de saída cai abaixo de um certo valor mínimo especificado, a corrente no indutor toma-se descontínua.

Ao lado das vantagens deste tipo de circuito, como a baixa tensão de ripple, por exemplo, temos como desvantagem principal a necessidade de usar um indutor de valor elevado.

Na figura 3 temos o circuito completo deste regulador, que se baseia no integrado TL594A, da Texas Instruments.

 

   Figura 3 – Redutor de 12 para 5 V
Figura 3 – Redutor de 12 para 5 V

 

A limiação de corrente é feita em 500 mA, sendo R100 componente responsável pelo seu sensoriamento.

A freqüência de operação determinada por C3, e R6 é de 15 kHz.

O indutor pode ser enrolado num núcleo RM7, constituindo-se de 94 voltas de fio 28 AWG.

As especificações do circuito são:

Tensão de entrada: 12 V nominal (10 a 15 V)

Tensão de saída: 5 V (+/- 10%)

Ripple de saída: 50 mVpp

Corrente de saída: 400 mA

Potência de saída: 2 W a 5 V

Proteção contra curto: 500 mA

Eficiência: 70% (tip)

 

 

c) Conversor de 5 Para 15 V

O terceiro circuito que apresentamos usa somente o circuito integrado TL497A (Texas Instruments), e fornece tensões de 15 V com 75 mA de corrente máxima, sendo mostrado na figura 4.

 

Figura 4 – Conversor de 6 para 15 V
Figura 4 – Conversor de 6 para 15 V

 

 

A eficiência deste circuito é tipicamente de 71%. A tensão de saída é determinada pelo divisor de tensão ligado ao pino 1, podendo, eventualmente, ser alterada com a troca de valores destes componentes.

 

 

d) Regulador Chaveada para 12 V

O circuito da figura 5 é sugerido pela Motorola e fornece uma tensão de saída de 12 V sob corrente de até 750 mA.

 

 

Figura 5 – Regulador chaveado para 12 V
Figura 5 – Regulador chaveado para 12 V

 

 

A entrada deve ser feita com uma tensão de 36 V. O circuito integrado usado é o MC34063, mas existem equivalentes de características próximas.

A regulação de linha é de 15 mV, ou 0,063%, para tensões de entrada de 20 a 40 V com uma corrente de saída de 750 mA.

A regulação de carga a 750 mA é de 40 mV ou 0,17% com uma tensão de entrada de 36 V e corrente de saída de 750 mA.

A proteção contra curto-circuito atua com 1,6 A e a eficiência é de 89,5% com entrada de 36 V e saída de 750 mA.

 

e) INVERSOR DE BAIXA TENSAO

Um inversor de baixa tensão, com entrada de 4,5 a 6 V e saída de 12 V negativos, sob corrente de até 100 mA, é mostrado na figura 6 como sugestão da Motorola.

 

Figura 6 – Inversor de polaridade de baixa tensão
Figura 6 – Inversor de polaridade de baixa tensão

 

O circuito integrado é o MC34063 e suas características são as seguintes:

A regulação de linha para uma tensão de entrada de 4,5 a 6 V e corrente de saída de 100 mA. é de 2,0 mV, ou 0,008%, e a regulação de carga é, de 10 mV, ou 0,042%, para tensão de entrada de 5,0 V e corrente de saída de 10 a

100 mA.

O ripple de saída é de 35 mVpp para uma tensão de entrada de 5,0 V e corrente de saída de 100 mA. A proteção contra curto-circuito atua com 1,4 A e a eficiência é de 60%.

 

f) REGULADOR PARA 5 V

O circuito seguinte, mostrado na figura 7, é sugerido pela National Semiconductor e tem por base os circuitos integrados LM1575 e LM2575, que

diferem muito pouco em suas características e são fornecidos tanto em invólucro TO-3 como TO-220, para montagem direta em radiador de calor.

 

   Figura 7 – Regulador para 5 V
Figura 7 – Regulador para 5 V

 

 

A corrente máxima de saída é de 1 A, e sua operação ocorre com um oscilador de freqüência fixa de 52 kHz interno ao circuito integrado.

A eficiência é tipicamente de 82%. O diodo admite equivalentes. Observe a necessidade de um terra comum no layout da placa.

 

 

g) CONVERSOR DE 15 V PARA 5 V

A National Semiconductor também sugere o circuito da figura 8, que é um conversor de 15 V para 5 V com saída reforçada por meio de um transistor.

 

 

Figura 8 – Conversor de 15 para 5 V
Figura 8 – Conversor de 15 para 5 V

 

 

Este circuito fornece até 1,5 A de saída com uma tensão de entrada de 15 V.

A frequência de operação é de 50 kHz, e o circuito integrado LM1578A é encontrado em invólucro DIL de 8 pinos ou metálico.

O transistor pode ser qualquer tipo de comutação, como o TIP 34, ou o original (embora mais raro), o D45 da National.

 

h) REGULADOR CHAVEADO PARA 5 V

Nosso último circuito é sugerido pela Philips e tem por base o circuito integrado SG3524. Esta fonte, mostrada na figura 9, fornece uma saída de 5 V x 20 mA, mas que pode ser reforçada com o uso de um transistor de potência.

 

 

Figura 9 – Regulador chaveado para 5 V
Figura 9 – Regulador chaveado para 5 V

 

O circuito integrado usado fornece uma regulação de carga de 0,2% tipicamente e opera em torno de 100 kHz.

A corrente máxima de cada saída do circuito integrado é de 100 mA.

 

CONCLUSÃO

Conforme salientamos na introdução, as fontes chaveadas são encontradas numa ampla variedade de equipamentos comerciais.

Ter circuitos alternativos para substituição ou como base para reparação é importante para o projetista ou reparador.

 

 

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