Reparando fontes chaveadas
Com o aumento do nmero de computadores em nosso pas, as oficinas
de reparao passam a ter a possibilidade de trabalhar com um novo
produto. No entanto, no possvel mexer em tudo num computador sem um
preparo especfico. Isso, entretanto no deve desanimar o tcnico que
pode ter em alguns setores do computador a possibilidade de fazer
reparos e at de uma maneira simples. Os monitores de vdeo,
amplificadores e as prprias fontes de alimentao so alguns exemplos.
Nesse artigo damos algumas dicas importantes para a reparao das
fontes chaveadas encontradas tanto em computadores como em muitos
outros perifricos e mesmo equipamentos de consumo.
Existem circuitos nos computadores em que qualquer tipo de
reparao bastante problemtica, tanto pela dificuldade em se
localizar esses componentes como tambm pelo modo como so montados.
Placas de diversas camadas, componentes extremamente pequenos (SMD)
e com muitos terminais muito prximos so alguns casos em que a
reparao se torna problemtica.
No entanto, existem algumas partes dos circuitos em que tanto so
usados componentes comuns discretos, de tamanhos normais, como
tambm sua troca facilitada pelo modo tradicional como so montados.
Isso ocorre, por exemplo, em monitores de vdeo, em amplificadores
multimdia, em alguns circuitos de impressoras e principalmente nas
fontes de alimentao.
Na verdade, essas fontes so relativamente simples de reparar em
alguns casos, tanto pela menor complexidade de seus circuitos e
pelo uso de componentes discretos comuns, como pelo modo como esses
componentes so montados.
Dessa forma, um reparo numa fonte possvel em muitos casos, e com
pouco custo, possibilitando a recuperao de um circuito do
computador que, se bem que seja relativamente barato, pode ainda
sair mais barato se for reparado.
Ao reparar uma fonte chaveada ou abreviadamente SMPS de Switch
Mode Power Supplies, o procedimento a ser adotado por um tcnico
completamente do utilizado por uma fonte comum.
Numa fonte comum, a no ser num pequeno setor de entrada
encontramos uma tenso alternada. Nos demais setores as tenses
encontradas so todas contnuas. Assim, para o reparo de uma fonte
linear (tambm dita analgica), basta medir tenses e tudo est
resolvido.
Numa fonte chaveada encontramos sinais, com freqncias que podem
superar 1 MHz, o que exige no a disponibilidade de instrumentos
capazes de verificar esses sinais, como um osciloscpio, como tambm
o conhecimento do profissional das formas de onda que devem ser
observadas.
Um outro ponto que tambm dificulta a anlise dessas fontes por
parte do tcnico menos familiarizado o fato de que muitas delas
possuem recursos de proteo que as desliga quando alguma coisa est
errada.
Assim, a fonte desliga completamente parecendo "morta" quando
alguma coisa ocorre e o tcnico sem conhecimento, no sabe por onde
comear.
Para saber o que pode e o que no pode ser reparado numa fonte, e
se isso compensa, comeamos por analisar o princpio de funcionamento
de uma fonte chaveada tpica
claro que podem ocorrer pequenas variaes de uma fonte para
outra, conforme o que se denomina a topologia usada a qual depende
da potncia de sada, do tipo de circuito que vai ser alimentado e
muito mais.
Por exemplo, em lugar do acoplador ptico no bloco de feedback
podemos encontrar simplesmente um enrolamento adicional do
transformador comutador. Em lugar de apenas um transistor
comutador, podemos encontrar dois em push-pull, o feedback de
controle pode ser obtido de enrolamentos diferentes do
transformador e assim por diante.
Uma fonte tpica, entretanto tem sempre quatro setores principais
que so indicados nesse diagrama de blocos.
Setor 1 - Setor de tenso +B no regulada. Trata-se de um setor
linear da fonte que inclui a alimentao contnua, o circuito de
alimentao de standby, e o transformador primrio alm do transistor
comutador.
Setor 2 - Nesse setor encontramos o circuito de partida e tambm
de excitao do transformador. Esse circuito fornece o sinal de
controle para o transistor comutador que o componente de potncia
mais importante de toda a fonte. Nas fontes mais simples esse
circuito tem apenas um transistor e um poucos componentes
perifricos, mas nas fontes mais elaboradas podemos at encontrar um
microcontrolador que fornece sinais processados para o transistor
comutador.
Setor 3 - Circuitos secundrios - so os circuitos que esto depois
do transformador, ou seja, alimentados por seus enrolamentos
secundrios com retificadores, filtros e eventualmente reguladores
lineares de tenso. Esse circuito que fornece a alimentao para as
cargas da fonte.
Setor 4 - Feedback e controle - nesse setor esto os componentes
que controlam a excitao do setor 2 a partor de informaes obtidas na
sada dos circuitos do setor 4. Esse circuito faz ento a regulagem
da tenso de sada, monitora a alta tenso, liga e desliga o circuito
em caso de necessidade e proporciona o isolamento entre a entrada e
sada atravs do uso de acopladores pticos, enrolamentos sensores
separados ou outros recursos.
Cuidados antes de mexer
Pelos blocos mostrados na primeira figura, o leitor pode
perceber que os blocos principais de uma fonte chaveada no so
isolados da rede de energia, por isso, existe sempre o perigo de
choques em caso de um toque acidental.
Assim, uma prtica altamente recomendvel ao se trabalhar com
fontes desse tipo, consiste no uso de um transformador de
isolamento. Evidentemente, esse transformador deve estar associado
a recursos adicionais como indicao de tenso de sada e fusveis de
proteo contra curto-circuitos.
Alm disso conveniente estar bem atento para o fato de que
existem dois tipos de terra numa fonte chaveada e que eles no so
comuns. Um deles o terra-quente que esta associado ao terra ou
neutro da rede de energia. Esse terra est normalmente nos setores
de entrada da fonte. O outro o terra do chassis que est associado
ao setor depois do transformador e que est isolado da rede de
energia. Verifique sempre em relao qual deles uma tenso que deve
ser medida est referida.
Um ponto crtico nesses dois terras est, por exemplo, no
acoplador ptico. O lado do LED tem o terra associado ao chassi
enquanto que o lado do foto-transistor tem o terra associado rede,
ou seja, o terra quente.
Procedimentos
Alguns poucos passos bsicos permitem mesmo ao tcnico menos
experiente encontrar problemas de funcionamento numa fonte
chaveada. A seguir vamos tratar dos passos que devem ser dados no
diagnstico de problemas.
Primeiro Passo
Verifique a fonte de standby (espera). As tenses dessa fonte so
importantes pois alimentam o microprocessador. Se essas tenses
estiverem incorretas a fonte no parte. Observe que nem todas as
fontes possuem esse recurso. Lembramos ainda que algumas fontes
possuem um setor com transformador separado para essa
alimentao.
Verificando que esse setor funciona, muitos componentes
suspeitos podem ser descartados. Se no estiver em ordem podemos
suspeitar do CI desse setor que normalmente um outro comutador, mas
de menor potncia.
Segundo Passo
O prximo procedimento consiste em se verificar se a parada da
fonte se deve a problemas dela mesmo ou do circuito alimentado.
Isso feito desligando-se a carga que ela alimenta. Com isso possvel
verificar se o desligamento eventual da fonte se deve a um problema
de sobrecarga do circuito alimentado por uma falha dele, ou se o
problema e da prpria fonte.
Leve em conta que muitas fontes no operam se no tiverem uma
corrente mnima de carga, o que significa que deslig-la simplesmente
do circuito alimentado no resultar em nada.,
Uma idia consiste em se conectar uma pequena lmpada, que tenha a
tenso de sada da fonte no setor testado, mas uma potncia que no
seja muito elevada, apenas para fornecer uma carga mnima para o
teste de funcionamento, como mostra a figura 2.
O exemplo dado a seguir serve tanto para o caso de computadores,
como para uma fonte chaveada usada em monitores de vdeo ou mesmo em
televisores comuns, que apresenta a mesma configurao.
Para um televisor, por exemplo, em que a tenso chega a mais de
130 V pode-se usar uma lmpada de 40 a 50 W comum enquanto que para
um computador ou outro perifrico de baixa tenso, use uma lmpada de
12 V ou 18 V de 500 mA.
Se a tenso com a lmpada acesa for normal, isso significa que a
fonte est funcionando e que o problema pode estar no circuito que
est sendo alimentado.
Se a lmpada no acender, a fonte no partir,ou ainda, se a lmpada
acender mas desligar em seguida (entra em shutodown) ou ainda, se a
lmpada tiver um brilho excessivo, indicando sobretenso, ento isso
indica que existe algo anormal com a prpria fonte. Os prximos
passos vo indicar como descobrir o que est errado.
Terceiro Passo
Se ainda no chegarmos concluso alguma, o prximo passo consiste
em se retirar o sinal de comutao do transistor de potncia
(normalmente um FET de potncia, montado num dissipador de
calor).
Para essa finalidade, normalmente basta levantar um dos
terminais dos componentes que acoplam o circuito gerador PWM
comporta desse transistor. Normalmente existe um resistor para essa
finalidade. Com esse procedimento, os circuitos do setor 3 so
desativados e com isso possvel fazer a anlise dos demais circuitos
da fonte.
Alm disso, garante-se que nenhuma tenso vai sair da fonte quando
ela for ligada, podendo sobrecarregar os circuitos alimentados.
Veja que muitas vezes a fonte est ruim e os circuitos alimentados
tm uma alimentao inadequada, podendo danific-los depois de certo
tempo.
Quarto Passo
Passamos ento anlise dos circuitos do bloco 1. Esses circuitos
incluem a retificao e filtragem de entrada. Deve-se verificar as
tenses at o transistor comutador, verificando se ele recebe
alimentao correta. Comece verificando a tenso de +B no transistor
comutador.
O multmetro ou ento um osciloscpio so os instrumentos
apropriados para se fazer a anlise dessa etapa.
Se for constatada uma baixa corrente e uma tenso normal de
aproximadamente 160 V se a rede de energia for de 110 V, ento a
fonte de alimentao, em princpio est boa. Ser interessante, antes de
passar para a prxima etapa, verificar se o transistor chaveador no
est aberto. Para essa finalidade, retire-o do circuito e faa os
testes convencionais.
Outro ponto ainda desta etapa que deve ser verificado, o
resistor que normalmente existe na fonte (ou emissor) do transistor
que pode estar alterado ou aberto. Se esses componentes estiverem
bons, passe ao passo seguinte.
Por outro lado, se no for encontrada tenso alguma e nenhuma
corrente ento porque existe algo aberto nesse setor do circuito.
Verifique ento os fusveis, resistores de segurana (fusistores),
diodos e capacitores de filtro. Teste tambm a continuidade do
enrolamento primrio do transformador de chaveamento.
Se a tenso da fonte estiver anormalmente baixa, isso pode ser
sinal de que existe algum componente alterado ou em curto na linha
de +B. O transistor pode estar em curto, podem existir problemas
nos diodos da ponte retificadora, no capacitor de filtro e outros
componentes que devem ser testados. Tambm deve ser verificada a
possibilidade de um curto do enrolamento primrio do transformador
com sua carcaa ou com o chassi.
Quinto Passo
O prximo passo consiste em se fazer a anlise do circuito de
excitao do transistor chaveador. Antes porm devemos verificar se o
circuito integrado que controla isso est funcionando. Para essa
finalidade, ele deve receber a tenso de partida de uma rede
divisora a partir do +B. Se essa tenso no existir, verifique os
componentes que a fornecem.
Depois de procedimento, podemos verificar se o oscilador do
circuito est funcionando, ligando sua sada ao osciloscpio para
comprovar a presena do sinal comutador. As formas de onda e a
freqncia devem coincidir. Um sinal com muito rudo pode ser difcil
de ser analisado ou ter a freqncia medida.
Se houver uma variao da freqncia maior do que 10% do valor
previsto, isso pode indicar que o controlador se encontra com
problemas ou algum componente a ele associado. Faa uma
verificao.
Observamos que algumas fontes possuem um CI de controle com um
pino de teste e que ainda pode ocorrer que ela fique desabilitada
quando sem carga, caso em que o oscilador no funciona. Verifique
isso.
Sexto Passo
Um procedimento interessante no diagnstico de fontes chaveadas
consiste na realizao do teste dinmico do circuito de realimentao e
controle. Esse circuito, conforme mostra a figura 3, possui
normalmente um acoplador ptico como elemento bsico.
Alm da prpria falha do acoplador ou do seu circuito de excitao,
tambm podem ocorrer problemas com o transistor de realimentao que
no fornece ao microcontrolador ou ao transistor comutador um sinal
de controle apropriado.
Uma possibilidade interessante de teste para esse circuito
consiste em se simular seu funcionamento aplicando-se uma tenso
externa ao transistor do sensor do acoplador, e verificar se isso
faz com que a fonte funcione. A fonte deve fornecer uma tenso da
ordem de alguns volts com limitao de corrente.
A aplicao da tenso no elemento sensor do acoplador ptico vai
fazer com que ocorre uma variao da tenso de sada da fonte, o que
pode ser medido facilmente com um multmetro.
Se nenhuma modificao na tenso de sada ou no funcionamento da
fonte ocorrer com a aplicao dessa tenso isso pode ser sinal de que
o acoplador ptico se encontra com problemas. Retire-o do circuito
para um teste de funcionamento.
Se o do acoplador estiver funcionando deve ser feito o
diagnstico dos demais componentes dessa etapa. Isso pode ser feito
pela medida das tenses em seus diversos pontos, observando-se que o
LED do acoplador precisa de uma tenso entre 1,6 e 1,8 V para
funcionar.
Nesse teste deve ser tambm analisado o funcionamento de
eventuais blocos de shut-down e proteo contra sobretenso, os quais
devem estar funcionando. Por exemplo, uma tenso excessiva na sada
faz com que esses circuitos sejam ativados e a fonte desligada.
Componentes Usados
Nas fontes chaveadas existem componentes crticos. Se um desses
componentes precisar ser substitudo o leitor deve tomar muito
cuidado para no utilizar um de menor qualidade ou cujas
especificaes sejam inferiores ao original.
Por exemplo, um transistor comutador (MOSFET) pode ter o mesmo
tipo, mas diversos graus de qualidade ou de especificaes dados pelo
sufixo. Assim, se o original for sufixo A, por exemplo, e usarmos
um sufixo B, onde B indica uma tenso mxima suporta entre dreno e
fonte um pouco menor, isso pode comprometer o funcionamento da
fonte.
Da mesma forma, se colocarmos um resistor de 5% num local em que
exigido um resistor de 1%, isso pode afetar o funcionamento da
fonte levando-a a uma nova falha. claro que nesse caso, existe uma
possibilidade interessante que deve ser utilizada, mas apenas nos
casos de emergncia.
Na falta de um resistor de 1% de determinado valor, pode-se
selecionar com um multmetro de boa preciso, num lote de resistores
de 5% ou mesmo 10% ou que esteja com o valor mais prximo do
desejado e utiliz-lo.
Outro ponto importante na substituio de componentes de uma fonte
chaveada est na substituio de capacitores. Os capacitores possuem
uma especificao denominada ESR (Equivalent Series Resistance), em
portugus resistncia equivalente em srie.
O que ocorre que o circuito equivalente a um capacitor o
mostrado na figura 4, onde existe uma resistncia em srie virtual
que nada mais do que a resistncia dos seus terminais e dos prprios
eletrodos internos do componente.
Alm da prpria falha do acoplador ou do seu circuito de excitao,
tambm podem ocorrer problemas
Num bom capacitor a ESR deve ser a menor possvel para que no
ocorram problemas de instabilidade do circuito, como regulagem
errtica, oscilaes, shut-down errtico e outros. Os capacitores
usados nas fontes chaveadas normalmente so tipos de baixa ESR.
Na substituio devem ser usados tipos equivalentes de baixa ESR,
pois a troca por um de ESR elevada pode levar a novos problemas de
funcionamento da fonte. Alguns centavos a mais num capacitor de
marca conhecida pode significar a diferena entre ter uma fonte
funcionando normalmente ou apresentar novos problemas.
Concluso
Se bem que tenham um princpio de funcionamento diferente das
fontes analgicas comuns, usem componentes mais sofisticados, as
fontes chaveadas podem ser reparadas com alguma facilidade pelo
profissional que esteja bem preparado.
Esse preparo comea com o conhecimento de seu princpio de
funcionamento, passa pela utilizao de tcnicas e instrumentos
apropriados e termina na escolha certa dos componentes de
substituio.
Nesse artigo demos uma breve viso de como o diagnstico de
problemas dessas fontes pode ser feito de maneira lgica. Variaes
podem ocorrer em funo da topologia de cada fonte, no entanto, a
posse do diagrama e tambm de bom sensor ajudam muito a cada um
saber o que deve fazer diante de uma fonte que no funciona.