Como funcionam os circuitos da fonte de alimentação comutada (SMPS)

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SMPS é a sigla da palavra Switch Mode Power Supply. O nome sugere claramente que o conceito tem algo ou totalmente a ver com pulsos ou comutação dos dispositivos empregados. Vamos aprender como os adaptadores SMPS funcionam para converter a tensão da rede em uma tensão CC inferior.

Vantagem da Topologia SMPS

Nos adaptadores SMPS, a ideia é comutar a tensão de entrada da rede no enrolamento primário de um transformador, de modo que um valor inferior de tensão CC possa ser obtido no enrolamento secundário do transformador.



No entanto, a questão é: o mesmo pode ser feito com um transformador comum, então qual é a necessidade de uma configuração tão complicada quando o funcionamento pode ser simplesmente implementado por meio de transformadores comuns?

Bem, o conceito foi desenvolvido justamente para eliminar o uso de transformadores pesados ​​e volumosos com versões muito eficientes de Circuitos de fonte de alimentação SMPS .



Embora o princípio de operação seja bastante semelhante, os resultados são muito diferentes.

Nossa tensão de rede também é uma tensão pulsante ou CA que normalmente é alimentada no transformador comum para as conversões necessárias, mas não podemos fazer o transformador menor em tamanho, mesmo com corrente tão baixa quanto 500 mA.

A razão por trás disso é a frequência muito baixa envolvida com nossas entradas de alimentação CA.
Em 50 Hz ou 60 Hz, o valor é tremendamente baixo para implementá-los em saídas de altas correntes CC usando transformadores menores.

Isso porque à medida que a frequência diminui, as perdas por correntes parasitas com a magnetização do transformador aumentam, o que resulta em grande perda de corrente por meio do calor e, consequentemente, todo o processo se torna muito ineficiente.

Para compensar a perda acima, núcleos de transformadores relativamente maiores estão envolvidos com grau relevante de espessura do fio, tornando toda a unidade pesada e incômoda.

Um circuito de fonte de alimentação comutada aborda esse problema de maneira muito inteligente.

Se a frequência mais baixa aumenta as perdas por correntes parasitas, significa que um aumento na frequência faria exatamente o oposto.

Ou seja, se a frequência for aumentada, o transformador pode ser muito menor, mas fornecerá corrente mais alta em suas saídas.

Isso é exatamente o que fazemos com um Circuito SMPS . Vamos entender o funcionamento com os seguintes pontos:

Como funcionam os adaptadores SMPS

Em um diagrama de circuito de fonte de alimentação comutada, a entrada CA é primeiro retificada e filtrada para produzir magnitude relevante de CC.

A DC acima é aplicada a uma configuração de oscilador que compreende um transistor de alta tensão ou um mosfet, conectado a um pequeno enrolamento primário de transformador de ferrite bem dimensionado.

O circuito torna-se um tipo de configuração auto-oscilante que começa a oscilar em alguma frequência predeterminada definida por outros componentes passivos, como capacitores e resistores.

A frequência é geralmente acima de 50 Khz.

Essa frequência induz uma tensão e corrente equivalentes no enrolamento secundário do transformador, determinada pelo número de voltas e pelo SWG do fio.

Devido ao envolvimento de altas frequências, as perdas por correntes parasitas tornam-se insignificantemente pequenas e a saída CC de alta corrente torna-se derivável por meio de transformadores com núcleo de ferrite menores e enrolamento de fio relativamente mais fino.

No entanto, a tensão secundária também estará na frequência primária, portanto, ela é novamente retificada e filtrada usando um diodo de recuperação rápida e um capacitor de alto valor.

O resultado na saída é uma baixa CC perfeitamente filtrada, que pode ser usada efetivamente para operar qualquer circuito eletrônico.

Em versões modernas de SMPS, ICs de ponta são empregados em vez de transistores na entrada.
Os ICs são equipados com um mosfet de alta tensão integrado para sustentar oscilações de alta frequência e muitos outros recursos de proteção.

Quais são as proteções integradas do SMPS

Esses ICs possuem circuitos de proteção adequados, como proteção contra avalanche, proteção contra superaquecimento e proteção contra sobretensão de saída, além de um recurso de modo burst.

A proteção contra avalanche garante que o IC não seja danificado durante o acionamento da corrente ligada.

A proteção contra superaquecimento garante que o IC desligue automaticamente se o transformador não for enrolado corretamente e consome mais corrente do IC, tornando-o perigosamente quente.

O modo burst é um recurso interessante incluído nas unidades SMPS modernas.

Aqui, a saída DC é realimentada para uma entrada de detecção do IC. Se, por algum motivo, normalmente devido ao enrolamento secundário incorreto ou seleção de resistores, a tensão de saída aumentar acima de um certo valor predeterminado, o IC desliga a comutação de entrada e pula a comutação para rajadas intermitentes.

Isso ajuda a controlar a tensão na saída e também a corrente na saída.

O recurso também garante que se a tensão de saída for ajustada para algum ponto alto e a saída não for carregada, o IC muda para o modo burst, certificando-se de que a unidade seja operada de forma intermitente até que a saída seja carregada adequadamente, isso economiza energia da unidade quando em condições de espera ou quando a saída não está operacional.

O feedback da seção de saída para o IC é implementado por meio de um opto-acoplador para que a saída permaneça bem distante da entrada da rede de alta tensão CA, evitando choques perigosos.




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