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  Uma Entrevista com Jorge Knirsch

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A FONTE CHAVEADA

Elétrica

 Jorge Knirsch

Introdução

Todo aparelho eletrônico tem embutido em si mesmo, pelo menos uma fonte de alimentação. Isto porque a energia da rede elétrica, para poder ser aproveitada, precisa primeiro ser transformada em tensão contínua para depois vir a alimentar e abastecer os circuitos do aparelho. A fonte de alimentação, como o nome diz, vem possibilitar o fornecimento da energia necessária para o aparelho.
         
Um aparelho poderá ter mais de uma fonte de alimentação, dependendo da necessidade dos seus circuitos internos. Cada tipo de circuito solicita uma determinada tensão específica para poder funcionar. Assim, por exemplo, um aparelho digital poderá ter várias fontes de 5V e/ou 12V (que são as tensões mais comuns nestes aparelhos). Já os pré-amplificadores normalmente costumam ter fontes de alimentação que variam entre 50V e 250V aproximadamente. Quando os aparelhos são valvulados, as tensões poderão ser muito mais altas, de até 450V. Existem dois tipos principais de fontes de alimentação: as lineares e as chaveadas.
          A fonte de alimentação linear surgiu primeiro na eletrônica, é a mais comum e a que mais tem sido utilizada, principalmente no áudio/vídeo. Veja na Fig. 1 um esquema simplificado desta fonte.

 
Figura 1 — Fonte de alimentação linear simplificada.

 

A fonte linear é constituída por quatro partes básicas, a saber:

- O transformador — que adequa a tensão alternada da rede ao nível correto de tensão alternada que se deseja;
- A retificação — constituída por 2 ou 4 diodos retificadores (no esquema apresentado temos 4 diodos) — transforma a tensão alternada do secundário do transformador em uma tensão contínua ondulada (com ripple);

- O filtro — é constituído via de regra, por capacitores e indutores — retira as últimas ondulações (ripple) que ainda possam existir sobre a tensão contínua, tornando-a mais pura.
- O circuito de controle — que mantém a tensão de saída constante e estabilizada, mesmo quando há variações na tensão alternada da entrada ou da rede.

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Estes circuitos de controle, com o passar do tempo foram se diversificando e se aprimorando. Foi aí que apareceram os circuitos de controle chaveados. Estes, com os avanços tecnológicos da eletrônica foram englobando também à parte do filtro, da retificação e do transformador, tornando-se assim, uma fonte de alimentação completa: a fonte chaveada que a partir da rede elétrica com um chaveamento em alta freqüência produz tensão contínua estabilizada.
          Hoje já existem vários tipos de fontes chaveadas. Com alguma aplicação no áudio, no entanto, o tipo mais adequado é o da fonte chaveada série-ressonante. Veja o seu funcionamento de forma simplificada na
Fig.2.
          O fato básico que rege o funcionamento das fontes chaveadas está na capacidade de armazenamento de energia em capacitores (em forma de tensão) e em indutores (em forma de corrente).
          Quando o circuito LC (que está em série com o primário do transformador) é excitado, através dos transistores, por pulsos de tensão (onda quadrada) na freqüência de ressonância do conjunto cria uma onda senoidal que é transferida ao secundário do transformador. Após a retificação e filtragem, esta onda gera uma tensão contínua estabilizada.


Figura 2— Fonte de alimentação chaveada série-ressonante simplificada.

Os transistores são chaveados em saturação (condução) e corte (circuito aberto) numa freqüência que pode ir de 20kHz até 250KHz conforme o projeto da fonte chaveada.
          O circuito de pulsos compensa as pequenas variações da tensão de entrada mudando um pouco a freqüência de tal forma que, a tensão contínua de saída permaneça estabilizada (constante).
          Note que a fonte chaveada série-ressonante é a única que gera uma onda senoidal na saída. Todas as outras fontes geram onda quadrada, com alto teor de harmônicos. Sabemos que a onda senoidal é muito mais simples de ser filtrada.
          Outro aspecto importante é o fato da fonte chaveada ser mais leve que as outras, pois seus componentes são menores, devido ao uso da alta freqüência.
          Além disso, a fonte chaveada tem um excelente rendimento pois, como precisa consumir muito pouco para funcionar, praticamente transfere toda a energia da entrada para a saída.
          Justamente por trabalhar com alta freqüência, a fonte chaveada acaba gerando irradiação eletromagnética, por isso precisa ser muito bem childada. Mas, apesar do seu alto custo de desenvolvimento, a fonte chaveada tem um custo de produção seriada normalmente mais baixo do que o das fontes de alimentação lineares.
          Estas características fazem com que a indústria invista cada vez mais no aprimoramento técnico das fontes chaveadas de forma que estas estão sendo cada vez mais empregadas no mercado.
          Uma boa audição a todos!! Até a próxima!

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