Computadores, consoles de videogame, carregadores de celulares e outros equipamentos presentes no nosso dia a dia têm um componente em comum: a fonte chaveada.
Não se engane com o seu tamanho reduzido: ela é muito eficaz e, em contato com a rede elétrica, cumpre a missão de direcionar energia aos mais diversos aparelhos, incluindo os industriais.
Neste artigo, você vai conhecer melhor a fonte chaveada, aprendendo sobre seus tipos, vantagens e aplicações.
Vamos lá?
Fonte chaveada ou fonte comutada é um componente utilizado para converter corrente elétrica em uma tensão regulada, encaminhando energia a equipamentos eletrônicos e industriais.
Recebe esse nome pois apresenta um circuito integrado muito eficaz que alterna rapidamente os estados “ligado” e “desligado”, controlando a tensão de saída.
Diferente da fonte linear, que usa um loop de controle para dissipação de energia dentro de um resistor, a fonte chaveada aplica comutação de alta frequência de um circuito eletrônico para fazer a mesma regulação, minimizando o desperdício de energia.
O funcionamento da fonte de alimentação ocorre desta forma: o transistor chaveia rapidamente entre os modos de operação “ligado” e “desligado”. A tensão de saída é definida pela frequência em que ocorre o chaveamento e a relação entre os estágios “ligado” e “desligado”.
O indutor reserva energia, enquanto o transistor a encaminha e libera toda vez que ele desliga. O capacitor suaviza a variação de tensão na saída. Operando como chave, o transistor bloqueia ou conduz a corrente de entrada.
As fontes chaveadas podem ser classificadas segundo sua topologia:
Em comparação a outros modelos de fonte, a fonte chaveada oferece muitas vantagens, como: tamanho compacto, alta eficiência e menor dissipação de calor. Vamos detalhar esses e outros benefícios:
A fonte chaveada é considerada mais eficiente do que a fonte linear, pois gera menos calor, já que o transistor de comutação dissipa pouca energia, atuando como uma chave.
Enquanto em uma fonte linear cerca de 50% da potência se perde, nas fontes chaveadas há uma eficiência acima de 70% e, em alguns modelos, até 98%.
As dimensões do componente são pequenas e leves, devido à ausência de pesados transformadores de frequência e ao uso de circuitos embutidos que permitem a dissipação de potências maiores. Isso o torna ideal para dispositivos eletrônicos portáteis.
A fonte chaveada auxilia na economia de energia, uma vez que pode ser personalizada com recursos de proteção contra sobretensão, possibilitando aproveitamento máximo dos equipamentos e redução de gastos com eletricidade.
Ao contrário da fonte linear, que tem limitação de saída, a fonte chaveada oferece faixas mais amplas.
Complexidade e Manutenção:
As fontes chaveadas são mais complexas do que outros tipos de fontes de alimentação. Devido à sua complexidade, quando sofrem danos, as chances de recuperação são baixas. Na maioria dos casos, é necessário substituir a fonte danificada por uma nova.
Emissão de Ruídos Eletromagnéticos:
As fontes chaveadas emitem ruídos eletromagnéticos devido ao processo de chaveamento. Esses ruídos podem afetar o funcionamento interno da própria fonte e também interferir em equipamentos eletrônicos próximos.
Dica do Especialista
“Os fabricantes de máquinas não podem comprometer a sua automação devido à má escolha de fontes chaveadas. É essencial que escolham fornecedores de fontes chaveadas que possuam certificações internacionais.”
Engenheiro Antônio Araujo, com mais de 40 anos de experiência e gestor de Contas O&Ms da Kalatec
Para mitigar esses problemas, os fabricantes de fontes chaveadas de qualidade adotam várias estratégias e técnicas de design. Vamos explorar algumas das principais soluções:
Os filtros EMI são componentes essenciais em fontes chaveadas. Eles são projetados para atenuar os ruídos de alta frequência gerados durante o chaveamento.
Os filtros EMI geralmente consistem de capacitores e indutores que formam circuitos de filtro passa-baixa, bloqueando frequências indesejadas enquanto permitem a passagem da corrente contínua.
A blindagem eletromagnética envolve o uso de materiais condutores, como cobre ou alumínio, para criar uma barreira física ao redor dos componentes da fonte. Essa blindagem ajuda a conter os campos eletromagnéticos dentro da fonte, reduzindo a emissão de ruídos para o ambiente externo.
O design do layout da PCB é crucial para minimizar a emissão de ruídos. Os fabricantes seguem práticas de design específicas, como:
O uso de componentes de alta qualidade, como capacitores de baixa ESR (Resistência Série Equivalente) e indutores com núcleos de ferrite, ajuda a reduzir a geração de ruídos. Esses componentes são projetados para operar eficientemente em altas frequências, minimizando perdas e interferências.
Algumas fontes chaveadas utilizam técnicas de modulação de frequência para espalhar o espectro de ruído em uma faixa mais ampla de frequências. Isso reduz a densidade de potência do ruído em qualquer frequência específica, tornando-o menos perceptível e menos provável de causar interferência.
Capacitores de desacoplamento são colocados próximos aos componentes críticos para fornecer um caminho de baixa impedância para as correntes de alta frequência. Isso ajuda a reduzir a propagação de ruídos dentro da fonte.
O isolamento galvânico entre diferentes seções da fonte, como entre a entrada e a saída, é frequentemente implementado usando transformadores ou optoacopladores. Isso impede que ruídos de alta frequência se propaguem de uma seção para outra.
Os fabricantes submetem suas fontes chaveadas a rigorosos testes de conformidade com normas de EMI/EMC (Compatibilidade Eletromagnética), como as normas da FCC (Federal Communications Commission) e CE (Conformidade Europeia).
Esses testes garantem que as fontes atendam aos requisitos regulamentares de emissão de ruídos.
A fonte linear é maior que uma fonte chaveada e dissipa potências menores, sendo indicada para aplicações que exigem menos energia para funcionar.
Geralmente, a fonte chaveada gera menos calor e ruídos, oferecendo maior versatilidade e eficiência.
A melhor opção depende da aplicação: uma fonte chaveada é adequada para aplicações de alta potência, devido à sua eficiência, menor custo e tamanho menor.
Quando falamos em situações que envolvam baixa potência, que requerem baixo ruído e alta precisão, uma fonte linear consegue atender bem.
Quando um projeto requer geração eficiente de tensão de alimentação, as fontes chaveadas são uma boa escolha. Entretanto, na hora de escolher o produto, podem surgir dúvidas.
Uma fonte normal é usada em diversos casos, porém, quando eficiência e versatilidade são cruciais, a fonte chaveada é a melhor escolha.
Isso porque a fonte normal utiliza a resistência elétrica para dissipação da energia que alimenta os equipamentos, produzindo calor em demasia. Já o modelo chaveado produz ondas de alta frequência, sem gerar calor.
O item é encontrado em algumas opções de voltagens. Uma fonte chaveada de 12V, por exemplo, fornece saída de corrente contínua de 12 volts – tensão tipicamente adotada em lâmpadas e ventiladores.
Na Kalatec Automação, são comercializadas fontes chaveadas de 12V, 24V e 48V, para atender a uma infinidade de projetos.
Grandes projetos podem ser mal-sucedidos por causa da escolha errada da fonte de alimentação. O elemento de baixo custo, mas não menos importante na automação industrial, é a fonte de energia para todo o controle de um painel de comando.
Uma fonte chaveada apresenta especificações importantes, como, por exemplo, a alta eficiência e o alto desempenho. Mas, para garantir o aproveitamento de todos os benefícios, é sempre muito importante manter uma atenção especial no que diz respeito à qualidade do produto.
Aqui, na Kalatec, você encontra diversos modelos de fonte chaveada, com as mais diferentes voltagens de saída, watts de potência, amperes de corrente e tipos de fixação!
Ao selecionar componentes essenciais em um projeto de automação, a fonte chaveada não pode ficar de fora. Isso porque ela é a responsável por fornecer a energia elétrica necessária para a operação dos equipamentos, de uma maneira segura e estável.
Como descrevemos ao longo do artigo, suas vantagens frente a outros modelos de fonte de alimentação são notáveis e incluem seu design compacto, alta eficiência e baixo custo.
Se está em busca de uma fonte chaveada de qualidade para o seu projeto de automação, consulte a Kalatec e conheça as melhores opções do mercado.
Até mais!
