Para montar uma fonte chaveada é preciso entender como é a lógica de funcionamento em fontes chaveadas (fontes ATX para PC por exemplo) comerciais que segue os passos abaixo:
•Ao ser ligada a rede elétrica é alimentado o circuito primário da fonte (alta tensão), observe que a maioria das fontes tem 3 transformadores de ferrite :
1.Transformador de partida (geralmente na fôrma EE-19C).
2.Transformador de pulsos (geralmente na fôrma EE-16, é de costume ficar entre o transformador principal e o de partida).
3.Transformador principal ( geralmente na fôrma ERL-35, é o maior dos três), veja a figura abaixo.
Figura1 - transformador na fôrma ERL-35.
•O transformador de partida é acionado por um circuito oscilador, gerando no seu secundário 5V que alimenta o CI(circuito integrado) controlador de pwm (tl494 ou um outro que desempenhe a função parecida, veja na figura 2, o diagrama interno deste CI), este CI tem duas saídas pwm defasadas em 180°, que é aplicada a transistores(também chamados de drives) no lado sencundário fazendo o chaveamento do transformador de pulso, e com isso chaveando a base de dois transistores (ou mosfets) que estão no lado primário da fonte, e estes por sua vez fazem o chaveamento da tensão no transformador principal gerando no secundário(deste) as tensões de 12V,-12V,5V,-5V e 3.3V.
Figura 2 – Diagrama interno do tl494
•Com certeza a maior vantagem de uma fonte chaveada está no fato dela ser menor que as fontes convencionais (devido à alta freqüência de funcionamento e o tipo do material do núcleo (ferrite)) e ter uma melhor relação de transferência de energia (de 70 a 90%).
Primeiramente para trabalhar com estes transformadores é preciso saber qual sua freqüência de trabalho (ressonância) e sua potência (vem na caixa da fonte neste caso), então usei um gerador de funções para encontrar a freqüência de trabalho do transformador com o núcleo na fôrma ERL-35(transformador principal) que é facilmente encontrado em sucatas ou fonte de computador que não estão sendo utilizadas (dificilmente este transformador queima em fontes chaveadas comum.), esta freqüência estava entre 100 e 125 Khz (onda senoidal), mas nos teste com onda quadrada o comportamento é outro e devido a isto fiz alguns testes e um valor que julguei ideal tanto para o microcontrolador (precisão no numero de passos de incremento da largura de pulso) quanto para o transformador foi a freqüência de 40Khz .
Figura 3 – fonte chaveada microcontrolada com tensão variável.
O objetivo deste projeto era:
•Fonte chaveada com saída ajustável digital de 0 a 30V, e reprogramável.
•Entrada 110/220V.
•Capacidade de corrente de até 7A (em 12V).
•Pequeno porte.
•Baixo custo.
O resultado obtido foi:
•Fonte chaveada com saída ajustável digital de 8 a 25 V, e reprogramável.
•Entrada 110/220V automática.
•Capacidade de corrente de no Máximo 2A.
•Pequeno porte (ficou a metade do tamanho de uma fonte ATX de PC).
•Baixo custo (componentes retirados de sucata).
Entendendo o projeto
O circuito do primário após passar pelo filtro de EMI(filtro de interferência eletromagnética )e dividido em dois estágio circuito de alimentação e interface do microcontrolador que irá gerar o sinal de pwm e o outro composto pelo mosfet e transformador.No primeiro estágio a tensão percorre o resitor de 47K e o capacitor de 680nF (em paralelo ao resistor de 1M) e chega ao diodo zener de 5V, o diodo 1N4007 dá passagem da tensão no semiciclo positivo e o capacitor de 2200uF/25V(pode ser de 1000uF/25V também ) funciona como um filtro estabilizando a tensão de saída que em seguida é entregue ao microcontrolador (pic 16F628A). Ligado ao microcontrolador tem dois leds que indicam quando o sinal pwm está sendo incrementado ou decrementado, dois botões que permitem aumentar ou diminuir a tensão de saída, existem ainda dois optoacopladores que recebem o sinal para controle de tensão da fonte (sinal emitido pelo microcontrolador (12F675) que está no secundário), e por fim o pino_9 do microcontrolador envia o sinal pwm a base do mosfet que irá chavear o transformador, o diodo na base do mosfet evita que uma tensão acima de 5V retorne ao pino do microcontrolador. A função do led em paralelo ao capacito de 220uF/400V e descarregar o capacitor quando a fonte for desligada.
No secundário do transformador principal após a tensão ser retificada parte vai a saída da fonte e parte alimenta o segundo microcontrolador(12F675) que tem a função de monitorar a tensão de saída e mandar que o controlador pwm aumente ou diminua a largura de pulso e ainda um botão que permite programar o valor de saída.
Entendendo o funcionamento
Ao ligar a fonte o microcontrolador do primário vai aumentando a largura de pulso até que a tensão do secundário atinja 5V (mediante um pulso recebido do microcontrolador que está no secundário) ou chegue ao limite Máximo programado no microcontrolador 12F675 (pois o secundário pode estar em curto). Quando houver os 5V no secundário o microcontrolador espera um tempo para verificar se o botão ‘programar’ está pressionado(para evitar que ruidos dispare uma operaçao de escrita sobrepondo o valor gravado)caso a resposta seja afirmativa ele entra em modo de gravação do valor da tensão de saída (que pode ser ajustada nos dois botões do circuito do primário, botão ‘mais’ e ‘menos’), caso o botão não seja pressionado no inicio do funcionamento do microcontrolador que está no secundário a fonte irá elevar a tensão até o valor programado.
Quando for usar a fonte pela primeira vez você deve pressionar o botão de programação e quando a tensão chegar a 8V, você deve tirar o dedo do botão, depois disto desligue a fonte e ligue novamente ela deverá retornar aos 8V, para alterar o valor programado repita este processo.Na figura 4 é apresentado a fonte funcionando com o valor de 12V programado.
Figura4 - prototipo final da fonte chaveada microcontrolada.
Para que se interessar eu envio o desenho do esquemático + placa de circuito impresso + código fonte dos dois microcontroladores que controlam a fonte espero ter ajudado a quem queira montar uma fonte chaveada por puro hobby ou mesmo intender como funciona uma fonte chaveada.
Devido a vários e-mails que tenho recebido resolvi postar aqui o código fonte dessa fonte(tanto do lado secundário quanto do lado primário ) e vou colocar uma imagem em jpg ampliado do esquemático no final do post .Vale lembrar que este projeto está parado e não pretendo finalizar devido ao fato das fontes chaveadas no mercado serem bem mais baratas.
Código fonte do lado primário :
// **************************************************************************************************************************************************** // // // Data: 22/06/2009 // atualizado 25/06/2009 // atualizado 24/07/2009 // Autores: Aguivone // Descrição: controlador da fonte chaveada // // **************************************************************************************************************************************************** #include <16F628A.h> #FUSES NOWDT, HS, PUT, NOPROTECT,BROWNOUT, NOMCLR, NOLVP, NOCPD #locate tx_reg= 0x19 #locate rx_reg= 0x1A #use delay(clock=20M) long valor=5; void main() { Set_tris_b(0); output_low(PIN_B0);//led vermelho output_low(PIN_B1);//led verde output_low(PIN_B2);//gravar output_low(PIN_B3);//pwm setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,250, 1); // (postcaler do timer/ pr2/prescaler) setup_ccp1(CCP_PWM); valor=1; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm output_high(PIN_B0); delay_ms(1000); output_low(PIN_B0);//led while(input(pin_B4)) { valor++; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm delay_ms(80); //tempo de subida de tensão while(valor>900)//sobrecorrente { set_pwm1_duty(1); //duty=pwm/Tpwm output_high(PIN_B0); delay_ms(500); output_low(PIN_B0);//led output_high(PIN_B1); delay_ms(500); output_low(PIN_B1);//led } } for(;;)// o numero de passos aqui é 1000 { if((!input(pin_B4))&&(valor>2))//optoacoplador que manda baixar tensão { output_high(PIN_B0);//led valor--; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm output_low(PIN_B0);//led } if((!input(pin_B5))&&(valor<=900))//optoacoplador que manda aumentar tensão { output_high(PIN_B1);//led valor++; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm output_low(PIN_B1);//led } if((!input(pin_B6))&&(valor>2))//botao que no modo de programação reduz tensão { delay_ms(100); if(!input(pin_B6)) { output_high(PIN_B0);//led valor--; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm delay_ms(300); output_low(PIN_B0);//led } } if((!input(pin_B7))&&(valor<=950))//botao que no modo de programação aumenta tensão { delay_ms(100); if(!input(pin_B7)) { output_high(PIN_B1);//led valor++; set_pwm1_duty(valor); //duty=pwm/Tpwm delay_ms(300); output_low(PIN_B1);//led } } while(valor>900)//sobrecorrente { set_pwm1_duty(1); //duty=pwm/Tpwm output_high(PIN_B0); delay_ms(500); output_low(PIN_B0);//led output_high(PIN_B1); delay_ms(500); output_low(PIN_B1);//led } } } //numero de passo = (Fosc/(Fpwm*4*prescaler))-1 nesse caso é 100 /* //clock de 4mhz #define PWM_250HZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 250, 1) // #define PWM_500HZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 125, 1) // #define PWM_1KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 250, 1) // #define PWM_1K25HZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 50, 1) // #define PWM_2KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 125, 1) // #define PWM_2K5HZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 100, 1) // #define PWM_4KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 250, 1) // #define PWM_5KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 200, 1) // #define PWM_8KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 125, 1) // #define PWM_10KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 100, 1) // #define PWM_20KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 50, 1) // #define PWM_25KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 40, 1) // #define PWM_100KHZ_CLK4 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 10, 1) // //clock de 8mhz #define PWM_500HZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 250, 1) // #define PWM_1KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 125, 1) // #define PWM_2KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 250, 1) // #define PWM_2K5HZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 50, 1) // #define PWM_4KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 125, 1) // #define PWM_5KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 100, 1) // #define PWM_8KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 250, 1) // #define PWM_10KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 200, 1) // #define PWM_16KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 125, 1) // #define PWM_20KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 100, 1) // #define PWM_40KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 50, 1) // #define PWM_50KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 40, 1) // #define PWM_200KHZ_CLK8 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 10, 1) // //clock de 16mhz #define PWM_1KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 250, 1) // #define PWM_2KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 125, 1) // #define PWM_4KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 250, 1) // #define PWM_5KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_16, 50, 1) // #define PWM_8KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 125, 1) // #define PWM_10KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_4, 100, 1) // #define PWM_16KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 250, 1) // #define PWM_20KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 200, 1) // #define PWM_32KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 125, 1) // #define PWM_40KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 100, 1) // #define PWM_80KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 50, 1) // #define PWM_100KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 40, 1) // #define PWM_400KHZ_CLK16 setup_timer_2(T2_DIV_BY_1, 10, 1) // */
Código fonte do lado secundário:
// ********************************************* // regulador da fonte chaveada secundario // criado em 26/06/09 // atualizado 16/07/09 // atualizado 24/07/09 /* autor: aguivone a função deste microcontrolador e mandar subir ou descer a tensão de acordo com o valor gravado ma memoria */ #include <12f675.h> #device ADC=10 #use delay(clock=4M) #fuses XT,nowdt,CPD,put,brownout,nomclr,PROTECT #rom 0x3ff = { 0x34b4 } void main() { long valor,gravado; int conta,conta2; setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports(pin_A0); set_adc_channel(0); conta=read_eeprom(8); delay_us(3); conta2=read_eeprom(9); delay_us(3); gravado=250*conta2; //recuperação de dados long da memoria gravado=conta+gravado; while(true) { if(!input(pin_A3))// manda gravar { delay_ms(10); if(!input(pin_A3)) { delay_ms(100); if(!input(pin_A3)) { output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); while(!input(pin_A3)); delay_ms(200); while(!input(pin_A3)); gravado = read_adc(); delay_us(5); conta=0; conta2=0; while(gravado>0) //gravação na memoria { gravado--; conta++; if(conta==250) { conta2++; conta=0; } } write_eeprom(8,conta); delay_us(5); write_eeprom(9,conta2); delay_us(5); gravado=250*conta2; gravado=conta+gravado; } } else { valor = read_adc(); delay_us(2); if(valor>(gravado+2))//2 - tolerancia { output_low(pin_a2); output_high(pin_a1); delay_us(5); output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } else { if(valor<(gravado-2))//tolerancia { output_low(pin_a1); output_high(pin_a2); delay_us(5); output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } if((valor<(gravado+2))&&(valor>(gravado-2))) { output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } } } } else { valor = read_adc(); delay_us(2); if(valor>(gravado+5))//5 - tolerancia { output_low(pin_a2); output_high(pin_a1); delay_us(5); output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } else { if(valor<(gravado-5))//5)//tolerancia { output_low(pin_a1); output_high(pin_a2); delay_us(5); output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } if((valor<(gravado+5))&&(valor>(gravado-5))) { output_low(pin_a1); output_low(pin_a2); } } } } }
Imagem do esquemático:
