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A Importância da Fonte de Alimentação (ART4087)

Ao desenvolver um projeto, muitos deixam para o final a escolha da fonte de alimentação, como se ela representasse um item de menor importância. O projeto não começa pela fonte, mas não termina também pela fonte. A fonte faz parte dele em todo o desenvolvimento. Neste artigo falamos um pouco de sua importância.


Fontes de alimentação são tão importantes para os projetos que a quantidade de literatura que encontramos sobre o assunto é enorme.
Nos mesmos temos um livro sobre o assunto (Fontes de Alimentação – em dois volumes) em que tratamos não só do princípio de funcionamento das fontes, como damos uma boa quantidade de exemplos práticos.

  

 

 A função da Fonte de Alimentação

Todos os circuitos eletrônicos precisam de energia elétrica para funcionar. Porém, nem sempre essa energia está disponível numa tomada da rede de energia ou mesmo numa bateria, na forma como o circuito eletrônico precisa.

Assim, considerando que a maioria dos circuitos eletrônicos opera com baixas tensões contínuas e que na rede de energia temos altas tensões alternadas é preciso haver um meio de se fazer a conversão para a utilização. Da mesma forma, existem circuitos que operam com tensões contínuas mais elevadas do que aquela que a fonte de energia disponível pode fornecer.

Essa conversão da energia disponível para a forma como o circuito necessita são usadas configurações específicas que recebem o nome de “fontes de alimentação”.

Uma fonte de alimentação consiste, portanto, num circuito que a partir da tensão elétrica disponível (alternada ou contínua) fornece a tensão contínua (ou mesmo alternada) na forma como o circuito alimentado necessita.

O tipo mais comum de fonte de alimentação é a que converte a tensão alternada da rede de energia de 110/220 V (117/127/220/24 V) em baixas tensões contínuas, na faixa de 3 a 60 V.

No entanto, também existem fontes especiais que convertem a tensão contínua mais baixa de uma bateria em uma tensão contínua mais alta para alimentar um circuito.

Todas essas fontes também recebem a denominação de conversores DC/DC (tensões contínuas para tensões contínuas) enquanto que também existem os conversores DC/AC ou inversores que convertem tensões contínuas em alternadas.

As fontes podem operar basicamente segundo duas tecnologias. Podem ser lineares ou analógicas que são as mais comuns e podem ser chaveadas ou comutadas, denominadas também “switched mode power supplies” ou SMPS que têm maior rendimento e cada vez são utilizadas.


Escolha do tipo de fonte

 Hoje podemos contar com muitos tipos de fontes e uma quantidade enorme de tipos de componentes que podem ser usados em seus projetos.

Desta forma a escolha da fonte, que tanto pode ser um circuito externo que alimenta o projeto através de um cabo e um plugue como um circuito interno que aceita a tensão de um dispositivo externo, exige muitos cuidados.

Diversos são os fatores que devem ser levados em conta na escolha da topologia ser usado.

Se precisamos de uma fonte de um rendimento muito alto, que opera a partir da tensão da rede, por exemplo, ou ainda com diferenças muito grandes entre a tensão de entrada e de saída, optamos pelas fontes comutadas ou chaveadas.

Por outro lado, para uma aplicação de menor rendimento, quando a diferença entre a tensão de entrada e de saída é pequena, e a saída é menor que a entrada, usamos uma fonte linear.

Uma infinidade de circuitos integrados apropriados para aplicação nestes circuitos possibilita a elaboração de fontes com um mínimo de componentes, ocupando o menor espaço possível e com rendimentos muito altos.

Numa época em que o rendimento é um fator de projeto muito importante, pois a alimentação vem de baterias, ou deseja-se um mínimo de gasto e dissipação de calor, a escolha da configuração certa é importante.

Temos então num primeiro grupo os reguladores lineares de baixa queda de tensão ou LDO (Veja o artigo ART767 – Conheça os LDOs). Estes reguladores apresentam características de dissipação mínima dada a pequena diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída.

São ideais para as aplicações alimentadas por baterias, onde a diferença entre a tensão da bateria e a tensão desejada para a carga é pequena. A Mouser Electronics tem uma enorme linha de LDOs de diversos fabricantes, disponíveis em seu site. Encontramos mais de 34 000 tipos diferentes, digitando LDO na busca.

No grupo dos reguladores lineares, também podemos citar as soluções tradicionais que usam componentes discretos ou mesmo integrados mais antigos, que podem ser interessantes numa aplicação de baixo custo ou onde o consumo não é tão importante.

Podemos antão partir de componentes muito simples de usar como transistores e os reguladores da série 78xx, 79xx, LM e outros que ainda podem ser encontrados com facilidade no comércio especializado.

Evidentemente, não é a solução moderna, melhor adaptada a um projeto em que todos os requisitos de baixo consumo, alto-rendimento, ocupação menor de espaço devem ser considerados.

Finalmente temos as soluções chaveadas ou comutadas que consistem hoje na grande maioria das fontes usadas em aplicações em que mais de uma tensão é necessária ao circuito, a alimentação é feita com muito baixa tensão ou ainda uma tensão bem diferente da exigida pelo circuito e outras considerações mais.

Nesta categoria temos os reguladores tipo boost (que aumentam a tensão) e os reguladores tipo buck (que diminuem a tensão). Como sua topologia inclui circuitos comutados, eles apresentam rendimentos muito altos, muitos ultrapassando os 95%. Temos ainda outras topologias importantes como a flyback e até mesmo a ressonante. Mais sobre o assunto você encontra em diversos artigos do site como: como funcionam os conversores Buck (ART245), Como Funcionam os Conversores Boost (ART247), Como Funcionam as Fontes Chaveadas (ART1448).

Isso significa que no projeto de uma fonte você garante que menos de 5% da energia gasta pelo circuito total é atribuída à fonte, o que nas aplicações que usam bateria é um fator muito importante.

A obtenção de componentes específicos para a elaboração de fontes chaveadas dos tipos indicados para projetos de todos os portes também exige cuidados.

Existe uma infinidade de componentes disponíveis. Indo à página da Mouser e digitando, por exemplo Power Supplies e indo à opção Switchind Power Supplies (Fonte Comutadas) encontramos mais de 13 000 componentes diferentes.

Não basta escolher um deles observando apenas as tensões de entrada e saída e a corrente. É preciso observar mais, e uma filtragem é interessante, levando-se em conta a análise do datasheets.

A Mouser tem a sensibilidade de sugerir ao comprador, ao digitar um componente com determinadas características, equivalentes que não são apenas próximos, mas podem ter características importantes para um projeto específico. Isso deve ser levado em conta.


Saber Trabalhar com Fontes

Mas, não basta ter o componentes certo, fazer a escolha certa da topologia e ter conhecimento sobre as características que devem ser exigidas do circuito a ser alimentado.

É preciso algo mais.

A sensibilidade do projetista em saber como associar as características da fonte e até mesmo contar com softwares que ajudam nisso é importante.

Temos ainda o aspecto térmico. Fontes, como qualquer outro circuito convertem energia elétrica em calor. Dependendo da potência que deve ser manuseada pela fonte, a quantidade de calor gerada é importante, exigindo cuidados especiais.

A localização da fonte na placa e no próprio aparelho deve ser estudada com muito cuidado. Temos exemplos práticos disso nos telefones celulares, que no processo de carga e mesmo uso geram uma boa quantidade de calor na própria bateria, o qual deve ser dissipado. Os casos de explosão mostram como tão crítico é esse fator.
Enfim, com os cuidados citados e uma criteriosa escolha de componentes, o leitor pode chegar à fonte ideal para seu projeto e é isso que desejamos ao leitor com nossas sugestões, ensinamentos e muitos artigos que temos em nosso site. E quanto aos componentes, sugerimos a busca no site da Mouser que pode lhe não apenas lhe dar uma quantidade de opções maior do que ninguém como também fornecer a documentação que lhe garante a escolha certa ao ser analisada.

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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   Estamos em setembro de 2018 e continuamos com nosso trabalho, realizando palestras, viagens, escrevendo artigos, livros e muito mais. Em nossas duas últimas palestras, uma na Uninove e a outra na ETEC Albert Einstein, ambas de São Paulo, pudemos constatar de forma bastante acentuada um fato importante , que constantemente salientamos em nosso site desde seu início. 

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