Este artigo discute um método através do qual qualquer SMPS pronto pode ser convertido em um circuito smps de corrente variável usando alguns links de jumper externos.
Em um dos artigos anteriores, aprendemos como fazer um circuito SMPS de tensão variável empregando um simples estágio de reguladores de derivação, no presente hack também empregamos o mesmo estágio de circuito para implementar um recurso de saída de corrente variável.
O que é SMPS
SMPS significa Switch-Mode-Power-Supply, que usa um conversor de comutação baseado em ferrite de alta frequência para converter AC 220V em DC. O uso de um transformador de ferrite de alta frequência torna o sistema altamente eficiente em termos de compacidade, perda de potência e custo.
O conceito SMPS hoje substituiu quase completamente os tradicionais transformadores de núcleo de ferro e transformou essas unidades em alternativas de adaptador de energia muito compactas, leves e eficientes.
No entanto, como as unidades SMPS são comumente disponíveis como módulos de tensão fixa, atingir uma tensão preferida de acordo com as necessidades de aplicação dos usuários torna-se bastante difícil.
Por exemplo, para carregar uma bateria de 12V, pode-se precisar de uma tensão de saída de cerca de 14,5V, mas esse valor sendo bastante estranho e fora do padrão, podemos achar extremamente difícil obter um SMPS classificado com essas especificações no mercado.
Embora circuitos SMPS variáveis possam ser encontrados no mercado, eles podem ser mais caros do que as variantes comuns de tensão fixa, portanto, encontrar um método de transformar um SMPS de tensão fixa existente em um tipo variável parece mais interessante e desejável.
Investigando um pouco o conceito consegui encontrar um método bem simples de implementação do mesmo, vamos aprender como realizar essa modificação.
Você encontrará um popular circuito SMPS de 12V 1amp no meu blog que na verdade possui um recurso de tensão variável embutido.
A função do opto-acoplador em SMPS
Na postagem vinculada acima, discutimos como um acoplador óptico desempenhou um papel importante no fornecimento do recurso de saída constante crucial para qualquer SMPS.
A função do acoplador óptico pode ser compreendida com a seguinte breve explicação:
O acoplador opto possui um circuito de LED/fototransistor embutido, este dispositivo é integrado ao estágio de saídas SMPS de modo que quando a saída tende a subir acima do limite inseguro, o LED dentro do opto acende forçando o fototransistor a conduzir.
O fototransistor, por sua vez, é configurado através de um ponto sensível de “desligamento” do estágio de driver SMPS em que a condução do fototransistor força o estágio de entrada a desligar.
A condição acima faz com que a saída SMPS também desligue instantaneamente, porém no momento em que esta comutação é iniciada, ela corrige e restaura a saída para a zona segura e o LED dentro do opto se desativa, ligando novamente o estágio de entrada do SMPS.
Esta operação continua ciclando rapidamente de On para OFF e vice-versa garantindo uma tensão constante na saída.
Corrente Ajustável Modificação SMPS
Para obter um recurso de controle de corrente dentro de qualquer SMPS, mais uma vez procuramos a ajuda do acoplador óptico.
Implementamos uma modificação simples usando uma configuração de transistor BC547 conforme mostrado abaixo:
Referindo-se ao projeto acima, temos uma ideia clara sobre como modificar ou fazer um circuito de driver SMPS de corrente variável.
O opto acoplador (indicado pelo quadrado vermelho) estará presente por padrão para todos os módulos SMPS, e supondo que o TL431 não esteja presente, talvez seja necessário configurar toda a configuração associada ao LED do opto acoplador.
Se o estágio TL431 já faz parte do circuito SMPS, nesse caso basta considerar a integração do estágio BC547 que se torna o único responsável pelo controle de corrente proposto do circuito.
O BC547 pode ser visto conectado com seu coletor/emissor através do cátodo/ânodo do IC TL431, e a base do BC547 pode ser vista conectada com a saída (-) do SMPS através de um grupo de resistores selecionáveis Ra, Rb, Rc, Rd .
Esses resistores entre a base e o emissor do transistor BC547 começam a funcionar como sensores de corrente para o circuito.
Estes são calculados adequadamente de tal forma que, deslocando a conexão do jumper entre os contatos relevantes, diferentes limites de corrente são introduzidos na linha.
Quando a corrente tende a aumentar além do limite definido conforme determinado pelos valores dos resistores correspondentes, uma diferença de potencial é desenvolvida na base/emissor do BC547 que se torna suficiente para ligar o transistor, curto-circuitando o IC TL431 entre o opto LED e terra.
A ação acima acende instantaneamente o LED do opto, enviando um sinal de “falha” para o lado de entrada do SMPS através do fototransistor embutido no opto.
A condição imediatamente tenta executar um desligamento no lado de saída que, por sua vez, interrompe a condução do BC547 e a situação flutua de LIGADO para DESLIGADO e LIGADO rapidamente, garantindo que a corrente nunca exceda o limite predeterminado.
Os resistores Ra…Rd podem ser calculados usando a seguinte fórmula:
R = 0,7/limite de corrente de corte
Por exemplo, suponha que queremos conectar um LED na saída com uma corrente nominal de 1 amp.
Podemos definir o valor do resistor correspondente (selecionado pelo jumper) como:
R = 0,7/1 = 0,7 ohm
A potência do resistor pode ser obtida simplesmente multiplicando as variantes, ou seja, 0,7 x 1 = 0,7 watts ou simplesmente 1 watt.
O resistor calculado garante que a corrente de saída para o LED nunca ultrapasse a marca de 1 amp, protegendo assim o LED contra danos, outros valores para os resistores restantes podem ser calculados adequadamente para obter a opção de corrente variável desejada no módulo SMPS.
Modificando um SMPS Fixo em SMPS de Tensão Variável
Este post a seguir tenta determinar um método através do qual qualquer SMPS pode ser transformado em uma fonte de alimentação variável para atingir qualquer nível de tensão desejado de 0 ao máximo.
O que é regulador de derivação
Descobrimos que ele emprega um estágio de circuito regulador de derivação para executar o recurso de tensão variável no projeto.
Outro aspecto interessante é que este dispositivo regulador shunt implementa o recurso regulando a entrada do acoplador óptico do circuito.
Agora, uma vez que um estágio de acoplador óptico de feedback é invariavelmente empregado em todos os circuitos SMPS, introduzindo um regulador de derivação pode-se facilmente transformar um SMPS fixo em uma contraparte variável.
Na verdade, pode-se também fazer um circuito SMPS variável usando o mesmo princípio explicado acima.
Você pode querer saber mais sobre o que é um regulador de derivação e como ele funciona.
Procedimentos:
Com referência ao circuito de exemplo a seguir, podemos encontrar a localização exata do regulador shunt e seus detalhes de configuração:
Veja o lado inferior direito do diagrama marcado com linhas pontilhadas vermelhas, ele mostra a seção variável do circuito que nos interessa. Esta seção se torna responsável pelas ações de regulação de tensão pretendidas.
Aqui o resistor R6 pode ser substituído por um potenciômetro de 22K para tornar o projeto variável.
A ampliação desta seção fornece uma visão melhor dos detalhes envolvidos:
Identificando o optoacoplador
Se você tiver um circuito SMPS de tensão fixa, abra-o e procure o optoacoplador no projeto, ele estaria localizado principalmente ao redor do transformador de ferrite central, como pode ser visto na imagem a seguir:
Depois de encontrar o opto-acoplador, limpe removendo todas as peças associadas no lado de saída do opto, ou seja, nos pinos que podem estar no lado de saída do PCB SMPS.
E conecte ou integre esses pinos do opto com o circuito montado usando o TL431, mostrado no diagrama anterior.
Você pode montar a seção TL431 em um pequeno pedaço de PCB de uso geral e colá-lo na placa SMPS principal.
Se o seu circuito SMPS não tiver uma bobina de filtro de saída, você pode simplesmente curto-circuitar os dois positivos do circuito TL431 e unir a terminação ao cátodo do diodo de saída SMPS.
No entanto, suponha que seu SMPS já inclua o circuito TL431 com o acoplador óptico, então simplesmente encontre a posição do resistor R6 e substitua-o por um potenciômetro (veja a localização R6 no primeiro diagrama acima).
Não se esqueça de adicionar um resistor de 220 ohms ou 470 ohm em série com o POT, caso contrário, ajustar o potenciômetro para o nível mais alto pode danificar instantaneamente o dispositivo shunt TL431.
É isso, agora você sabe exatamente como converter ou fazer um circuito SMPS de tensão variável usando as etapas explicadas acima.
Aviso: Os circuitos SMPS não são isolados da rede elétrica CA no lado primário e podem ser letais ao toque enquanto estiverem na condição descoberta e ligada.
ATUALIZAR
A imagem a seguir mostra talvez a maneira mais fácil de personalizar um circuito SMPS para obter recursos de tensão e corrente variáveis. Por favor, veja como os potenciômetros ou presets precisam ser configurados no opto-acoplador para obter os resultados pretendidos:
Se você tiver mais dúvidas sobre o design ou a explicação, sinta-se à vontade para expressar através de seus comentários.
Vamos resumir
Neste artigo, tentamos resumir rapidamente os principais pontos sobre como modificar qualquer circuito SMPS através de um hack fácil que pode nos ajudar a obter uma saída personalizada desejada da unidade.
O que é um SMPS
SMPS significa fonte de alimentação comutada e é a maneira moderna e mais compacta/eficiente de adquirir CC de baixa tensão da fonte de alimentação CA.
No entanto, fazer um SMPS em casa pode não ser tão simples quanto fazer fontes de alimentação usando transformadores tradicionais de núcleo de ferro.
Também obter um SMPS com especificações personalizadas pode não ser tão fácil, de fato impossível se as especificações de tensão/corrente estiverem longe dos valores normais.
Então, isso significa que temos que estar satisfeitos com as especificações do SMPS que normalmente são definidas e disponíveis no mercado?
Por exemplo, como encontramos um SMPS com uma saída de digamos 13 volts ou 14 volts ou 17 volts que definitivamente não são as faixas de tensão normalmente aceitas?
Personalizando uma unidade SMPS
Como fazer uma unidade tão personalizada pode não ser uma tarefa fácil (devido a layouts complexos e configurações de peças), seria muito melhor se pudéssemos encontrar maneiras de modificar uma já pronta através de alguns passos simples.
Eu estudei algumas unidades SMPS padrão e espero que decifre maneiras de modificar as voltagens e a corrente de acordo com as escolhas individuais. Vamos aprender em detalhes.
Ao abrir qualquer unidade SMPS padrão, você encontrará as seguintes coisas sobre o cartão montado incluído.
O PCB preenchido pode ser dividido principalmente em duas seções pela presença do transformador de ferrite central.
O lado do transformador onde o cabo de alimentação faz sua entrada é a seção CA de entrada, enquanto o outro lado de onde a CC de baixa tensão é derivada é a seção CC.
Não estamos interessados na seção CA porque não queremos modificar a tensão de entrada, portanto, não preste atenção nela, além disso, a seção CA é POTENCIALMENTE MUITO PERIGOSA DE TOCAR NA CONDIÇÃO LIGADA, PORTANTO, MANTENHA SUAS MÃOS DURANTE O TESTE.
A seção DC consistirá principalmente de um par de bobinas, um par de capacitores de filtro, um diodo e alguns outros componentes.
Procure o Regulador Shunt
Procure um componente em forma de transistor nesta seção. Se você encontrar alguns deles, um será na verdade um transistor, provavelmente para limitar a corrente de saída, mas o outro será definitivamente O REGULADOR DE SHUNTO PROGRAMÁVEL.
Este regulador shunt é o componente que fixa a tensão de feedback ao mosfet da seção CA e, por sua vez, determina a tensão de saída.
Este dispositivo de derivação programável é configurado através de um par de resistores, mudando instantaneamente a tensão de saída conforme desejado.
Tente localizar os resistores conectados aos fios deste dispositivo de derivação. Um deles pode ser simplesmente variado para alterar a tensão de saída de acordo com suas preferências.
Pegue um resistor externo de qualquer valor pode ser um 4k7 1/4 watt, agora passo a passo vá conectando este resistor através dos resistores que estão associados ao dispositivo regulador de derivação.
Verifique e verifique a saída
Verifique a tensão de saída cada vez que você fizer o passo acima.
No momento em que você encontrar uma mudança na tensão de saída tornando-se baixa ou alta, você pode ter encontrado o que estamos procurando.
Agora, através de algumas tentativas e erros, você pode descobrir o valor exato do resistor que pode ser substituído no lugar do resistor de derivação específico.
É isso, é tão simples quanto isso, uma vez que você faça isso, a tensão de saída será ajustada para esse valor específico permanentemente.
Mas lembre-se de remover o diodo zener se houver algum na saída da fonte de alimentação antes de fazer os procedimentos acima.
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FONTE
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