A fonte de alimentação do computador é um módulo que pode ser substituído inteiro, e atualmente já possui custo muito acessível, o que de certa forma torna a reparação do computa- dor mais fácil. Entretanto, a reparação da própria fonte ainda é uma alternativa viável. Além do mais o estudo detalhado de seus circuitos leva a uma melhor compreensão das fontes chaveadas em geral, que estão presentes em qualquer aparelho eletrônico da atualidade. Após a leitura deste artigo você verá as fontes chaveadas com outros olhos, acredite.
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Escrito por: Josenir Silverio
Nota: Artigo publicado na Eletrônica Total 142 de 2010.
Inicialmente, observe na figura 1 a pinagem do conector da fonte ATX. Esta fonte deve fornecer sete tensões diferentes para o correto funcionamento do PC, que são: +5 V (fio vermelho), +12 V (fio amarelo), -5 V (fio branco), -12 V (fio azul), +3,3 V (fio laranja), 5 V (fio cinza) e 5 V (fio roxo), estas duas últimas merecem uma atenção especial.
O Sinal Power Good
O fio cinza fornece 5 V que, no entanto, não serve para alimentar circuitos do PC, mas é apenas um sinal de baixa capacidade de corrente, no máximo 40 mA. Este é o chamado sinal de Power Good, ou PG, que durante o processo inicial de partida da fonte permanece em O V e passa a sinalizar com 5 V somente quando as demais tensões da fonte já estão estabilizadas. Assim a placa-mãe do PC reconhece este sinal e somente inicia a partida se ele estiver presente, evitando que os periféricos da placa sejam danificados por uma tensão muito alta ou muito baixa. Após a partida, se ocorrer uma variação das tensões de saída maior que 10%, a fonte retira o sinal PG e a placa-mãe deverá então desligar os periféricos, evitando maiores danos.
A tensão de Standby
A partir do momento em que a fonte é ligada na rede de energia, independentemente de ser pressionado o botão de ligar o PC, a tensão de standby (fio roxo) passa a fornecer 5 V para o circuito de standby da placa-mãe. Parte dos circuitos da placa ficam alimentados o tempo todo, o que torna esta seção da fonte a mais crítica e sujeita a defeitos, uma vez que estará submetida ao surto de tensão inicial que acontece no momento em que a tensão da rede é ligada e também permanece por mais tempo em pleno funcionamento. Imagine que é muito comum alguém desligar o computador e deixar o estabilizador ligado por vários dias, o que mantém a fonte alimentada e o standby em funcionamento, e ainda existem os surtos de tensão que passam inevitavelmente pelo estabilizador e chegam até este circuito, e que também podem danificá-lo. Por estes e outros motivos, esta é realmente uma parte que merece mais atenção.
Como funciona
Tomaremos uma fonte ATX comercial como exemplo para fazer a análise do seu funcionamento, considerando que os conceitos básicos que veremos aqui se aplicam perfeitamente às anti- gas fontes AT e também às chaveadas em geral, entretanto, procuraremos nos ater ao modelo citado. Escolhemos um modelo atual que tem seu esquema elétrico amplamente divulgado pela internet e que está disponível para download em vários sites.
Observe o esquema elétrico na figura 2. Para facilitar a análise o dia- grama foi dividido em blocos que estão delimitados por retângulos coloridos e que têm as suas funções definidas na tabela 1.
Logo de início identificamos na entrada um filtro formado pelas bobinas Le L, e alguns capacitores, com o objetivo de impedir a passagem de interferências nos dois sentidos, mas especialmente para que as altas frequências geradas pelo circuito chaveador não se propaguem pela rede de energia. Em seguida temos um circuito clássico com uma ponte retificadora de quatro diodos, formando um retificador em onda completa. Os dois capacitores eletrolíticos fazem a filtragem, mas também formam juntamente com o retificador, um dobrador de tensão, que pode ser acionado pela chave 110/220 V.
A corrente alternada da rede energia passa pelo fusível e pelo filtro e entra na ponte retificadora e então é filtrada nos dois capacitores. Se a chave 110/220 V estiver na posição 110 V, um dos pinos da tomada AC será ligado ao meio dos dois capacitores, fazendo a tensão dobrar, resultando em aproximadamente 300 Vcc. Caso a chave esteja na posição 220 V então a tensão não será dobrada, pois neste caso a tensão 220 VAC após retificada já resultará na tensão aproximada de 300 Vcc, não precisando ser dobrada.
O estágio seguinte é o circuito de standby, uma pequena fonte independente que fornece duas tensões, uma tensão regulada de 5 V para alimentar o circuito de controle e outra sem regulagem, com aproximadamente 16 V para alimentar o driver que fará o acionamento do chaveador de potência. O circuito de standby também fornece a tensão regulada de 5 V para o conector de saída através do fio roxo.
O circuito controlador PWM é que efetivamente faz o circuito chaveador de potência funcionar, mantém o controle sobre as tensões de saída e ainda faz a proteção contra sobrecarga, desligando o chaveamento em caso curto-circuito na saída ou excesso de consumo.
O circuito chaveador de potência recebe a tensão de 300 Vcc e é com- posto por dois transistores de potência em configuração push-pull que acionam o transformador de ferrite numa frequência aproximada de 30 kHz. No secundário do transformador chopper teremos as tensões baixadas, retifica- das e filtradas. O circuito de controle recebe uma amostra das tensões de saída e faz a correção do ciclo ativo do chaveamento, aumentando ou diminuindo o ciclo de trabalho do chaveador de potência para que as tensões fiquem dentro dos valores corretos.
O circuito controlador PWM
O circuito de controle que estamos analisando é baseado no CI SG6105, um dos mais atuais e em seu lugar podem ser encontrados outros como o TL494, o KA7500, e atualmente, para baixar os custos, os fabricantes já estão usando até o UC3843, que é mais utilizado em fontes de monitores e impressoras. O mais popular de todos os CIs PWM usados em fontes de PC ainda é o TL494, que também tem vários similares com a mesma pinagem como o DBL494 e o LL494. Este CI já era usado nas fontes AT e praticamente não tinha concorrentes nesta época.
Deixando um pouco a história de lado, então observamos que os pinos 8 e 9 do CI SG6105, designados respectivamente OP2 e OP1, são ligados nas bases dos dois transistores drivers Q1 e Q2 que por sua vez comandam o chaveamento do estágio de potência através do pequeno transformador de ferrite que também faz o isolamento galvânico entre estas duas etapas.
Este CI torna o circuito mais simples e compacto, pois além de funcionar diretamente com os 5 V de standby e necessitar de poucos componentes externos, já traz incorporados os circuitos de Power Good e PS-ON. Quando o botão liga/desliga é pressionado, o circuito de standby da placa-mãe aterra o pino 1 (PS-ON), que faz com que o CI comece a funcionar. O resistor R30 e o capacitor C19 determinam a frequência de oscilação, que neste caso é de aproximadamente 30 kHz.
O nome PWM significa Modulação por Largura de Pulso, de modo que são enviados pulsos numa frequência fixa, mas com ciclo ativo variável. Os pinos 2, 3, 6, 17 e 16 recebem amostras das tensões de saída, que são comparados com a tensão de um regulador interno ao CI, a qual serve de parâmetro para que seja feita a correção do ciclo ativo dos pulsos de saída. Quanto maior o valor das tensões que chegam, menor é a largura de pulso aplicada ao chaveador de potência, até chegar a um equilíbrio que acontece quando a tensão de saída se estabiliza nos valores corretos.
O pino 4 recebe uma tensão de retorno do pequeno transformador de ferrite usado como driver, formando assim um sensor de corrente que faz o Cl desarmar em caso de curto-circuito ou sobrecarga, funcionando como proteção.
O sinal Power Good é retirado no pino 10 e tem um resistor pull-up, isto é, o CI possui uma saída em coletor aberto que aterra este pino caso as tensões de saída não estejam dentro de valores normais. Quando as tensões estabilizam, simplesmente o pino é liberado e o sinal passa pelo resistor R38 de 4k7, o que explica a baixa capacidade de corrente do mesmo, o que não é nenhum problema, pois esta tensão é apenas um sinal e não lhe será exigido mais que 1 mA.
Todos os outros Cls controladores PWM usados em fontes chaveadas funcionam exatamente da mesma forma, o que facilita a sua compreensão. O que é necessário para ter pleno domínio de qualquer fonte chaveada que use um CI destes é apenas obter o seu datasheet e localizar seus pinos de alimentação, saída, regulador interno, feedback, proteção, etc. Se você entender o funcionamento deste circuito que estamos apresentando, com certeza verá as fontes chaveadas de uma outra maneira, como já dissemos no início.
A reparação
Antes de iniciar o reparo de qual- quer aparelho elétrico ou eletrônico é necessário que se tenha em mãos as ferramentas adequadas. No caso das fontes de PC precisamos apenas de uma chave Philips média para abrir o gabinete, um ferro de solda, um multímetro para medir tensão e testar componentes, e uma lâmpada de série. Uma lâmpada ligada em série com uma tomada é um equipamento fácil de construir e indispensável para a reparação de qualquer tipo de aparelho que funcione ligado à rede de energia elétrica. Caso não tenha uma lâmpada destas, é melhor não iniciar este trabalho. Como a lâmpada de série já foi mencionada em vários artigos nesta revista, sugerimos que consulte edições anteriores para obter informações sobre a sua montagem. Não se esqueça também de estar usando um calçado com bom isolamento do chão para evitar choques, que podem ser perigosos, especialmente no estágio de entrada da fonte, que trabalha com a tensão superior a 300 V, mesmo que a tensão da rede seja de apenas 127 V!
Inicialmente, como estaremos com a fonte fora do PC, precisamos ligá-la para verificar o seu funcionamento. Para isso use um pedaço de fio de metal e faça um curto-circuito entre o fio verde (PS-ON) e qualquer um fio preto (terra). Não use solda, apenas encaixe o fio no conector ATX. Se a fonte estiver funcionando, o ventilador já será ligado e as tensões estarão presentes nos diversos fios de saída.
Caso a fonte não funcione como esperado, iniciamos a verificação pelo estágio de entrada que faz a conversão da corrente alternada da rede para cor- rente contínua, que apresenta a tensão de aproximadamente 300 V nos pinos dos dois capacitores eletrolíticos que compões este estágio.
Em primeiro lugar, após ligar a fonte na rede de energia através da lâmpada de série, use um multímetro na escala 1000 Vcc para medir a tensão nas extremidades dos dois capacitores eletrolíticos. Se a leitura for aproximadamente 300 V, está tudo certo neste ponto. Caso não haja tensão alguma, verifique o fusível e a ponte retificadora. Após verificado este estágio, teremos três opções: 1) a fonte já vai funcionar perfeitamente; 2) a lâmpada de série acendeu forte, indicando curto-circuito nos estágios mais à frente; 3) a tensão apareceu com o valor de aproximada- mente 300 V, mas a fonte não funcionou. Se aconteceu a primeira opção, então, você foi o premiado, parabéns.
A fonte apresentou curto-circuito
Se aconteceu a segunda opção, então siga as trilhas da placa que saem dos capacitores de entrada e verifique que elas alimentam o transistor de standby e os dois transistores chave- adores de potência, retire os três, que estão fixados no mesmo radiador. Faça a substituição daqueles que apresentarem curto-circuito. Provavelmente, neste ponto o defeito estará sanado. Caso contrário, o defeito provavelmente estará no circuito de standby.
A tensão de 300 V apareceu, mas a fonte não funcionou
De todos os estágios que compõem uma fonte ATX, aquele que possui a maior incidência de defeitos é sem nenhuma sombra de dúvida o circuito de standby, como já analisamos logo no início. Portanto daremos uma maior ênfase neste circuito, pois com certeza representa a maior parte dos defeitos apresentados neste tipo de fonte. Pode- ríamos até arriscar que aproximada- mente 20% dos defeitos se situam parte de entrada (fusível, ponte retificadora e capacitores de filtragem), 50% estão na fonte de standby e os restantes 30% seriam diversos.
Voltando ao esquema elétrico da figura 2, vamos fazer uma análise do funcionamento do bloco delimitado pelo retângulo verde, que representa o circuito de standby. Logo de início, para quem já está familiarizado com as fontes chaveadas vai reconhecer que este bloco já é uma fonte chaveada completa, totalmente independente do resto do circuito; isso mesmo, o circuito de standby é uma outra fonte total- mente independente, dentro da fonte ATX. Veja que este estágio recebe a tensão de 300 V do circuito de entrada no pino 10 do transformador T3 e possui um circuito auto oscilante com um transistor MOS-FET de potência aterrando o pino 8, induzindo uma tensão nos seus dois enrolamentos secundários, um destes enrolamentos serve de realimentação do oscilador e o outro faz a saída desta fonte, que é retificada e filtrada. Na saída, um divisor resistivo formado por R58 e R59 alimentam um acoplador ótico que limita a condução do MOS-FET de potência através do transistor Q9. Desta forma, a tensão fica limitada a 5 V. Esta tensão alimenta o circuito controlador PWM e também o circuito de standby da placa-mãe do PC, através do fio roxo. Existe ainda o diodo zener D14, de 6,3V que protege a saída contra excesso de tensão.
A busca dos componentes com defeito
Para esclarecer se o circuito de standby está funcionando é simples: apenas use um multímetro para medir a tensão no fio roxo, que deve apresentar 5 V. Uma vez que esta tensão não seja encontrada, então começamos a busca pelos componentes defeituosos deste estágio. A sequência de componentes a serem verificados é a seguinte:
• Fusistor: Este componente é apenas um resistor com valor abaixo de 5 Ω, tipicamente de 1Ω a 4,7Ω com dissipação 0,5 W a 1 W, que liga o terminal fonte do transistor MOS-FET ao terra da alimentação. Normalmente este fusistor abre, e quando ele é substituído a fonte ainda não funciona e passa agora a apresentar um curto-circuito.
• Transistor MOS-FET: Na maioria das fontes ainda é usado um transistor bipolar, mas nesta que estamos analisando se trata de um MOS-FET. Em geral, ele entra em curto. Retire-o do circuito e faça o teste com um multímetro analógico. Após a sua substituição normalmente a fonte volta a funcionar.
• Transistor de baixa potência: Quando o transistor de potência entra em curto, às vezes este transistor também é danificado. Retire-o e faça o teste.
• Diodo zener de 18 V: Normal- mente em caso de curto-circuito, este diodo também entra em curto. Retire-o e faça o teste com multímetro analógico, da mesma forma que se testa um diodo comum, ele deve conduzir apenas em um sentido. Este diodo faz a proteção da comporta do MOS-FET e sempre é de 18 V. Se a fonte usa transistor bipolar, então existirá um outro diodo zener, tipicamente com valor de 4V3, que faz um trabalho semelhante.
• Resistores: os resistores críticos são apenas os que ligam o acoplado ótico ao transistor de baixa potência (R), o que alimenta a base do transistor de potência (R) e os resistores de partida (R47 e R48)
• Acoplador ótico: Este componente pode ser facilmente testado com um multímetro analógico. Do lado que existe o diodo, conforme mostra o seu desenho, deve conduzir apenas em um sentido, e do lado que se vê o transistor não deve haver condução em nenhum sentido.
• Diodo de retificação da saída: Retire e teste os diodos D25 e D28 pois podem se apresentar em curto, desarmando a fonte.
Neste ponto, se o defeito ainda não tiver sido sanado, então você acaba de encontrar o "bicho-papão”! Mas uma coisa é certa, enquanto não aparecer a tensão de 5 V no fio roxo você deve continuar a busca apenas nesta pequena área. Não existe como não localizar o defeito, pois se tratam de poucos componentes. Na pior das hipóteses você terá que verificar todos os componentes do estágio, mas com certeza encontrará o defeito.
Outros defeitos
Se a tensão de standby estiver presente no fio roxo e o fio verde estiver aterrado para fazer a fonte ligar, e ainda assim a fonte não funcionar, podemos verificar outros estágios que podem a causar o defeito. Na seguinte sequência:
• Retificadores de Saída: existem pelo menos dois componentes com a aparência de um transistor de potência, fixados ao segundo grande radiador de calor. Observe que eles são, na verdade, dois diodos retificadores de potência em um único invólucro. Retire-os do circuito e faça o teste. Fazendo o teste com o multímetro analógico você pode ficar na dúvida sobre se eles estão bons, pois eles apresentam uma fuga considerável e mesmo assim funcionam perfeitamente. Para tirar a dúvida é melhor usar uma fonte de 12 V e duas lâmpadas incandescentes de 12 V (de pisca-pisca de carro, por exemplo) e acender as lâmpadas em série com os diodos. As lâmpadas devem acender com a fonte ligada apenas em uma polaridade, invertendo a alimentação as lâmpadas não devem acender, conforme a figura 3.
• Transistores chaveadores de Potência: Se estes componentes apresentarem defeito, normalmente a fonte estará em curto-circuito, apenas retire-os e faça o teste com multímetro.
• Capacitores Eletrolíticos de Saída: normalmente estes componentes apresentam sinais visíveis de que estão com defeito. Mostram cor escura, aquecimento ou estão deformados. Na dúvida, substitua por um novo. Não esqueça apenas de um pequeno detalhe: este capacitores devem ser substituídos por capacitores eletrolíticos de baixas perdas (LOW ESR), que são próprios para fontes chaveadas, pois estarão submetidos a altas frequências. Um capacitor comum poderá apresentar aquecimento e pouca vida útil.
• Transistores drivers do chaveador de potência: retire os dois e faça o teste com o multímetro.
• Controlador PWM: Se a tensão de alimentação do CI PWM estiver normal, no caso do SG6105, o pino 20 com 5 V, e se o transformador de ferrite driver do chaveador de potência apresentar tensão maior que 12 V no seu pino do meio, então só resta a troca do Cl.
Podem ocorrer ainda outros defeitos, mas os que citamos, com certeza compreendem a maioria das possibilidades, o resto é um pouco de bom senso e persistência, pois dificilmente se encontrará uma fonte que apresentou defeito e não se consiga fazê-la funcionar novamente, a menos que se faça substituição de peças por outras incompatíveis.
Componentes substitutos
Devido à maioria das fontes encontradas no mercado serem importadas de outros países, é comum que se tenha alguma dificuldade para encontrar peças equivalentes para fazer a substituição. Este dificuldade é apenas aparente, veja abaixo alguma substituições que podem ser feitas:
• Transistores chaveadores de potência: em geral são dois transistores bipolares para 400 V e com capacidade de corrente entre 5 A e 10 A. O mais conhecido deles é o 2SC4242, mas podem ser usados os MJE13007 e MJE13009, que terão maior vida útil.
• Transistor de potência de standby: se for usado um MOS-FET, os mais comuns são SPU02N60, STP2NC60FP e CEF02N6A, que são equivalentes entre si, mas pode-se usar o IRF740 em alguns casos. Se for usado um transistor bipolar, os mais usados são 2SC2979 e 2SC5027, mas pode-se usar os mesmos do chaveador de potência: 2SC4242 e MJE13007 ou qualquer outro retirado desta posição em uma fonte da sucata. A pinagem de todos eles é igual.
• Transistores de baixa potência: são usados vários transistores deste tipo, dos quais os mais encontrados são os 2SC945 e 2SC1815 que podem ser substituídos pelo BC639 e 2N2222A(plástico) que pode ser substituído pelo BC337. Observe na figura 4 que não são todos compatíveis entre si, existem diferenças na pinagem.
Conclusão
Mesmo com o baixo custo das fontes de PCs, ainda é perfeitamente viável a sua reparação, ainda mais se observarmos que estas fontes estão cada dia mais descartáveis, devido à baixa qualidade dos componentes que as indústrias têm usado com o fim de baixar estes custos. O que acontece é que você compra uma destas fontes hoje e em poucos meses ela apresenta defeito, neste caso, como a fonte ainda é nova, é muito mais garantido fazer a reparação com peças novas adquiridas no mercado local, de melhor qualidade, do que comprar uma nova fonte que virá com os mesmos componentes de baixa qualidade. Pode acreditar que esta opção é a mais econômica, segura e durável.
Em um próximo artigo faremos a montagem de um aparelho completo para teste e diagnóstico de fonte ATX que foi desenvolvido com base no PIC16F877A e vai tornar a reparação ainda mais fácil. Até breve!
