O que são fontes de alimentação comutadas (chaveadas) ?

As fontes de alimentação destinam-se a alimentar os circuitos com correntes contínuas.

Nos circuitos mais recentes, para além das fontes de alimentação convencionais, usam-se fontes de alimentação comutadas (Switching Power Supplies, Fontes Chaveadas). Este tipo distinguem-se das fontes convencionais pela sua capacidade de fornecer correntes mais elevadas sem transformadores de grande dimensão e pelo controle da corrente que determinado enrolamento no secundário pode fornecer.

Teoria funcionamento fontes comutadas chaveadas

A fonte comutada tem 3 grandes estágios.

Primário

Secundário

Circuito de controle

Primário:

O primário é na verdade uma fonte convencional com rectificação e filtragem completo com uma secção rectificação básica e o filtro (D1/C3), que fornece tensão DC (contínua) para o circuito de comutação (T2/Q1).
A Tensão CC é simplesmente aplicada a um terminal do enrolamento primário do transformador T2, com o outro terminal do transformador ligado ao colector do transístor de potência Q1.

Este transístor funciona como elemento de comutação dos pulsos DC para criar "corrente contínua pulsante", que se irá comportar como AC no enrolamento secundário, devido à mudança do campo magnético.

Com esta acção no sentido normal não irá funcionar no transformador - esta acção de comutação (chaveamento) basicamente converte o pulsar em DC DC, provocando mudança dos campos magnéticos que, por sua vez induz uma tensão no secundário do T2.

A frequência que o transístor de comutação funciona é fornecida pelo (Oscilador / Pulser) é um aspecto extremamente importante para as tensões induzidas no secundário.

Pense nisso deste modo - um pulso no primário = 2 tensões induzidas no secundário. Uma tensão induzida no secundário com o aumento do pulso, no primário (quando aumenta o campo magnético), e um pulso induzido no secundário quando o pulso se desliga (quando o campo magnético colapsa).

Um pulso por segundo não iria gerar muita tensão no secundário, é igualmente evidente o fato de que quanto maior a frequência de oscilação, uma maior frequência será induzida no secundário.

A frequência dos pulsos para os o transístor de comutação (chaveamento) influenciará a maior ou menor tensão de saída disponível no secundário.

Secundário:

No secundário de uma fonte de alimentação comutada (chaveada) existem rectificadores e filtros (D2/C4) na Secção Secundária faz-se a conversão normal AC para DC pulsos em pulsos, e filtra-se para criar corrente contínua bem filtrada.
Se não existir nenhuma carga na saída DC, a tensão DC irá subir ao pico máximo.
Com uma carga sobre o CC de saída, a tensão de Saída vai cair.
Efectivamente, a oscilação no primário tem um efeito directamente proporcional no secundário, isto é, quanto mais elevada for a frequência de oscilação maior o valor de tensão..
Existe a necessidade ter uma compensação entre a carga necessário e que exista um método de coordenação entre a carga alimentada e a frequência do oscilador.
Uma carga de baixo consumo necessita de menos frequência de pulsos, e ..
cargas mais pesadas sobre a saída necessitam de uma maior frequência de pulsos.

Circuito de Controlo :

Um método utilizado é o de comparar a de saída DC com a frequência dos pulsos que chega ao transístor de potência, que está no primário :

Quando a saída de tensão DC é baixa, a frequência de oscilação tem de aumentar.

Quando a saída de tensão DC é elevado, a frequência de oscilação necessita de baixar.

Isto pode ser conseguido através de um Diodo Zener (Z1), em conjugação com um acoplador óptico (U1).

O acoplador óptico proporciona um isolamento importante entre o circuito de saída e o circuito de Entrada.
Assumindo que a acoplador óptico é na verdade um LED, e projecta a luz para um Foto-Transístor, um aumento de tensão acima do limite estabelecido do diodo zener fará com que o LED inicie a condução.

Ao passar a conduzir o Foto-Transístor afecta a frequência dos pulsos criadas no circuito primário (através do Oscilador / Pulser) e diminuir a sua actividade.

Se a carga no Circuito de saída provocar a queda de tensão de saída, então a tensão do Díodo zener cai diminuindo a condução do LED, ou totalmente inoperativo.

Neste exemplo, quando o LED acende menos, então o Foto-Transístor também irá conduzir menos, o que permitirá que a frequência dos pulsos entregue ao transístor de comutação aumente, e, assim, fazer com que o CC tensão de saída de ser possa ser aumentada .

Existem vários métodos de fontes comutadas (chaveadas), todas elas têm esta a base, um oscilador no primário oscila, essa oscilação cria pulsos que através de um transformador permitem que díodos rectificadores e outros dispositivos reguladores alimentem o circuito a que se destinam. Existem diversos métodos de controlo e protecção que podem ser verificados, por exemplo, em Fontes Comutadas para TV