Utilizando o osciloscópio no diagnóstico e manutenção de fontes chaveadas
Autor: defferson | Publicado: 2011-12-14T16:53:00-02:00

O termo “fonte chaveada” ainda soa estranho ou desafiador para alguns de nossos leitores iniciantes na eletrônica e até mesmo para aqueles que já possuem algum tempo de  experiência na área, mas como poderemos perceber neste artigo as partes que constituem esse tipo de fonte de tensão são semelhantes aos das fontes de alimentação lineares, e a partir da observação do seu funcionamento aprenderemos como utilizar o osciloscópio para diagnosticar problemas e repará-los, salientando que uma grande parcela dos defeitos encontrados nos mais diversos equipamentos eletrônicos acontecem justamente nesta etapa do circuito.

 O presente artigo não pretende detalhar características e o funcionamento do osciloscópio, recomendamos aos leitores que ainda não conheçam como esse valioso instrumento funciona, se utilizaram de edições anteriores de revistas da Editora Saber, como por exemplo a Eletrônica Total nº 147, que trás um excelente artigo sobre o funcionamento do osciloscópio, bem como da literatura disponível sobre o assunto. Aproveito a oportunidade para incentivarem àqueles que praticam eletrônica e tenham dúvida sobre a real valia desse instrumento a investirem um pouco e adquirir um osciloscópio, o custo benefício é altíssimo.

 Também não iremos esmiuçar a forma de funcionamento de todos os tipos de fontes chaveadas, esse assunto já foi muito bem exposto em algumas revistas Saber Eletrônica recentes, ao contrário iremos mostrar um breve comparativo entre o funcionamento das fontes de alimentação lineares e as chaveadas.

A fonte de alimentação linear 

 Como mostrado na figura 1, uma fonte de alimentação linear é composta basicamente de um transformador que reduz a tensão alternada da rede de alimentação para um valor desejado (5V, 6V ou 12V por exemplo), diodos retificadores (que podem estar configurados de maneiras diferentes como meia-onda, onda completa ou em ponte) utilizados para eliminar o semi-ciclo negativo da tensão alternada senoidal proveniente do transformador, capacitores eletrolíticos utilizados para a filtragem do sinal retificado, e componentes de estabilização da tensão que podem ser diodos zeners, reguladores de tensão ou transistores. Podem ainda possuir, dependendo da sofisticação fusíveis de proteção na entrada e capacitores cerâmicos de filtro na saída.




Figura 1 – Esquema de uma fonte linear


A fonte de alimentação chaveada
  
 Já a fonte de alimentação chaveada pode ter algumas diferentes configurações, porém com alguma semelhança entre as finalidades de cada componente. Na figura 2 apresentamos um tipo relativamente simples de fonte chaveada, o primeiro detalhe observado é que os diodos retificadores e o capacitor eletrolítico de filtragem se encontram antes do primário do transformador, significando que eles estão retificando e filtrando diretamente a tensão senoidal da rede, essa tensão é relativamente alta e devem ter especial atenção por parte do reparador. O próximo componente a ser observado é o transistor ou MOSFET que serve como chaveador da tensão que irá circular pelo primário do transformador, esse componente recebe o  nome de CHOPPER. O CHOPPER tem sua base ou gate excitada por um circuito PWM, o que faz com que a tensão que circula pelo primário do transformador possa ser “ligada e desligada” fazendo dessa forma com que surja no secundário do transformador uma tensão proporcional ao número de espiras e a frequência de oscilação da tensão do primário. Muitas fontes chaveadas utilizam um circuito integrado dedicado para produzir o sinal PWM que será aplicado ao CHOPPER, esse mesmo circuito integrado monitora a tensão de saída do secundário do transformador e modifica o sinal conforme a tensão de saída esteja acima ou abaixo da amplitude desejada.
 
 Após o secundário do transformador encontraremos diodos retificadores, capacitores de filtro e componentes de estabilização da tensão (zeners, reguladores de tensão ou transistores).




Figura 2 – Esquema de uma fonte chaveada



O sinal de saída da fonte chaveada

 Normalmente encontramos fontes chaveadas com mais de um nível de saída de tensão, como por exemplo 5, 6, 12, 18 volts entre outras, e necessariamente estas saídas devem ser o mais estabilizada possível, ou seja, livre de oscilações. O principal componente para redução da oscilação de saída é o capacitor de filtro, comumente um capacitor eletrolítico de alto valor, e é também um dos componentes que mais apresentam defeitos nas fontes chaveadas. O capacitor de filtro é responsável por armazenar energia e liberá-la à carga nos instantes em que os diodos de retificação não estão conduzindo, fazendo com que a carga não sinta oscilações de tensão.

O teste e diagnóstico da fonte chaveada

 Para demonstrar o teste e diagnóstico utilizaremos a fonte chaveada da figura 3, que  alimenta um aparelho de DVD doméstico.




Figura 3 – Fonte chaveada de um aparelho de DVD. 

 Ao utilizarmos um multímetro comum para verificar o nível de tensão de uma fonte chaveada, pode acontecer de o mesmo nos apresentar uma falsa leitura, e acreditarmos que a fonte está boa quando na verdade não está, isso acontece devido ao fato das altas frequências envolvidas e da forma de onda. Preferencialmente devemos testar a fontes chaveadas com uma carga na saída, que na maioria dos casos será o próprio equipamento alimentado pela fonte, ainda assim um multímetro comum pode apresentar uma leitura errônea. Capacitores defeituosos farão com que a saída apresente oscilação de tensão excessiva, que podem superar a tolerância dos componentes do circuito, porém como a frequência dessas oscilações são altas, podem confundir o multímetro que apresentará uma falsa leitura. Por exemplo, uma fonte chaveada de 12 volts que apresente oscilação de 0,6 volts em sua saída podem fazer com que circuitos que necessitem dos 12 volts regulados para funcionar, se portem de maneira incorreta.
 
 Levando em consideração as altas frequências envolvidas nas etapas de oscilação das fontes chaveadas, a melhor maneira de diagnosticar falhas é utilizando o osciloscópio. Para testar uma fonte chaveada utilizando um osciloscópio primeiramente devemos realizar o teste utilizando o acoplamento DC do instrumento, e verificar o nível de tensão na saída da fonte sob carga (Figura 4).




Figura 5 – Sinal de saída DC de 12 volts de uma fonte chaveada

 Como o osciloscópio estava previamente configurado para 5 volts por divisão, alterações na tensão de saída da ordem de centenas de milivolts até 1 volt não seriam facilmente perceptíveis. Para resolver este problema podemos agir de duas formas distintas, a primeira é configurar o osciloscópio para mostrar 500 milivolts por divisão, isso faria com que a linha que mostra o nível de tensão se elevasse tanto que desaparecia da tela, nesse caso deveríamos agir no controle de posição vertical para que a linha voltasse a aparecer na tela (caso seu instrumento possua essa característica) e assim poderíamos observar alterações no sinal, que no caso da figura 6, ultrapassam 1 volt de amplitude, o que fatalmente acarretaria problemas no equipamento. No caso de tensões da ordem de 24 volts ou mais, pode acontecer de o instrumento não conseguir deslocar a linha até que a mesma apareça novamente na tela do osciloscópio, nesse caso uma segunda opção seria mudar o acoplamento do osciloscópio para AC, configurar para uma leitura de 1 volt por divisão e verificar o nível de oscilação (Figura 7). Caso o nível de oscilação esteja elevado, como por exemplo 0,5 volts em uma saída de 5 volts, ou 0,8 volts em uma saída de 9 ou 12 volts, a fonte estará com problemas e um dos principais suspeitos como componente defeituoso, será o capacitor ou capacitores de filtro.




Figura 6 – Oscilação na saída DC de uma fonte chaveada - osciloscópio com acoplamento DC




Figura 7 – Oscilação na saída DC de uma fonte chaveada - osciloscópio com acoplamento AC