Fonte Step Down – como funciona ? (Carregador de celular para carro)

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Nos meus estudos sobre Fontes de Alimentação chaveadas, mais um tipo de fonte para ser analisada. Esse Carregador de bateria de celular antigo, usa uma fonte de alimentação Step Down, isto é, uma abaixadora de tensão. Essa tecnologia esta evoluindo muito e rapidamente. A eficiência na transformação das tensões está cada dia  melhor !

Sempre me interessei sobre  fontes chaveadas. Esse tipo de fonte é uma das mais simples, pois converte tensão CC em outra tensão CC. As fontes chaveadas que convertem tensão CA em CC são bem mais complexas.

Como esse carregador foi projetado para ser conectado na bateria do carro, sabe-se que a tensão pode variar entre 12V e 15V aproximadamente (quando o gerador do carro esta carregando a bateria do mesmo, a tensão pode até ultrapassar os 15V em alguns carros).

Como a tensão de carga das baterias de celular é aproximadamente 5V (algumas pequenas variações entre 5,0V e 5,3V ), essa fonte (carregador) deve diminuir a tensão de entrada para ajustar a saída para o valor fixo.

Existem uma grande variedade de chips designados para esse tipo de fonte, tais como o LM2576 (esse carregador), MC34063 e M108I  (Chips antigos). Eu ainda não desmontei um carregador novo, para ver quais chips são usados atualmente.

Nesse outro tópico, postei informações sobre o funcionamento desse tipo de fonte também :Funcionamento do Regulador chaveador CC abaixador de Tensão

O principio básico de funcionamento é baseado no ajuste de tensão através da Modulação do sinal por largura de pulso ( PWM).

O chip usado no meu Carregador é o LM2576-5.0 que regula a tensão de saída em 5,0V com a corrente máxima de 3 Ampéres. O Regulador de Tensão LM2576 possui vários modelos com tensões fixas de 3,3V, 5,0V, 12V, etc e possui também um modelo com tensão de saída ajustável.

Obs: o Chip LM2576 aceita até 40 Volts na entrada !

Datasheet do LM2576

Link do Album LM2576 no Flickr

Como curioso que sou, sempre faço o levantamento do circuito em análise. Usando o meu tradicional método fotográfico, consegui fazer o diagrama  desse carregador de bateria .  O circuito tem poucos componentes e é bem simples.

Obs: o Resistor R2 de 510 Ω é usado para elevar a tensão de saída de 5,0V para 5,3V.

Essa é a forma de onda, capturada com o meu osciloscópio do pino 2 do chip LM2576 5.0. Veja que a frequência do PWM é de 52 Khz aproximadamente (o Datasheet informa que essa frequência é constante).  O Duty cycle ou ciclo de carga  é de aproximadamente 50%, para uma tensão de entrada de 12 V.

O fascinante dessa tecnologia é que o ajuste de tensão na saída é feito através da variação da largura do pulso positivo do sinal no pino 2 do regulador. Quanto maior a tensão de entrada, menor é a largura desse pulso. Se a tensão de entrada for baixa, o pulso gerado na saída é mais largo. Acho que podemos fazer uma analogia ao cálculo matemático de área de um retângulo. É importante ressaltar que a tensão de pico no pino 2 também varia de acordo com a tensão de entrada ! A tensão de entrada é chaveada para a  saída, e com a variação da largura desse pulso, consegue-se obter a tensão fixa do regulador.

Vejam essas formas de ondas seguintes, para perceber as variações na largura dos pulsos positivos .

Para uma tensão de entrada de 8V , o Duty Cycle é de 77 %.

 

Para uma tensão de entrada de 14V , o Duty Cycle é de 42 %.

 

E para uma tensão de entrada de 18V , o Duty Cycle é de 32 %.

Espero que tenham gostado. Qualquer dúvida, entrem em contato.