SMPS é a sigla para “Switched-Mode Power Supply” (fonte de alimentação comutada), amplamente utilizada em aplicações de controle industrial para alimentar cargas de corrente contínua (CC). Ela é capaz de converter com eficácia a tensão de corrente alternada (CA) em tensão de corrente contínua (CC).
As fontes de alimentação de comutação são uma das Os 10 componentes mais utilizados na automação industrial, fornecendo energia a diversos dispositivos, como PLCs, sensores de temperatura, sensores de proximidade, cortinas de luz de segurança, luzes indicadoras, transmissores de temperatura, válvulas solenóides, controladores de temperatura, relés de estado sólido e várias fitas de LED.
Nesta postagem do blog, você aprenderá:
- O que é uma SMPS?
- Como funciona.
- Que cargas ele consegue transportar?
- Tipos de SMPS.
- Guia de seleção de SMPS.
Agora, vamos nos aprofundar no assunto.
O que é uma SMPS?
Em resumo, uma fonte de alimentação comutada (SMPS) é um conversor de tensão que transforma a tensão de corrente alternada (CA) em um valor fixo de tensão de corrente contínua (CC). Portanto, adaptadores de laptop, carregadores de celular e drivers de LED podem ser considerados fontes de alimentação comutadas.
Sua tensão de entrada pode ser CA monofásica de 110 V, 220 V ou CA trifásica de 380 V. Essas tensões de entrada são convertidas em CC de 5 V, 12 V, 24 V ou 48 V por meio dos circuitos internos da fonte de alimentação comutada (SMPS), de acordo com o projeto do produto.
Na próxima seção, explicaremos detalhadamente o princípio de funcionamento de uma fonte de alimentação comutada.
Como funciona uma fonte de alimentação comutada (SMPS)?
O fluxo de trabalho da SMPS consiste em 6 etapas: alimentação da rede CA → filtro EMI → ponte retificadora + capacitor eletrolítico (barramento de 310 V CC ou 150 V CC) → chave PWM + transformador de alta frequência → retificação e filtragem do lado secundário → saída de tensão CC estável.
Vamos examinar cada etapa mais detalhadamente.
1. Entrada de alimentação da rede elétrica CA
Precisamos conectar 110 V CA, 220 V CA ou 380 V CA aos terminais de entrada da fonte de alimentação comutada.
2. Filtro EMI
Nesta etapa, a tensão CA será filtrada para se obter uma fonte de alimentação CA limpa, enquanto outros sinais de interferência (como ruídos eletromagnéticos de alta frequência) serão filtrados e absorvidos.
3. Ponte retificadora + capacitor eletrolítico (barramento de 310 V CC ou 150 V CC)
Nesta seção, a tensão de entrada é de 220 V CA (Observação: a tensão mencionada aqui é de 220 V CA, o valor RMS da rede elétrica. Seu valor de pico é 220 × √2 = 310 V.). Essa tensão CA é convertida em 310 V CC.
A forma de onda em questão é dividida em duas etapas, conforme mostrado e descrito a seguir:
- A corrente alternada passa por um retificador em ponte completa, convertendo a corrente alternada positiva e negativa em corrente contínua pulsante unidirecional;
- Após a filtragem por um capacitor eletrolítico de grande capacidade, obtém-se uma corrente contínua de alta tensão, de 310 V, sem oscilações.
4. Chave PWM + transformador de alta frequência
Agora temos 310 V CC. Essa não é a tensão de saída desejada, por isso precisamos de um transformador para reduzir a tensão para 12 V, 24 V ou 5 V CC.
No entanto, nenhum transformador é capaz de converter diretamente corrente contínua estável. Isso ocorre porque a corrente contínua gera um fluxo estático no interior do transformador, impedindo que seja induzida tensão no lado secundário para a transformação de tensão.
Como resolver esse problema?
A solução consiste em utilizar um MOSFET de alta frequência para converter a corrente contínua estática em pulsos de corrente contínua de alta frequência; você pode observar esses pulsos de corrente contínua a seguir:
Com esse método, é possível converter alta tensão CC em baixa tensão. No entanto, os pulsos alternados do transformador precisam ser convertidos em corrente contínua positiva unidirecional.
Agora passamos para a próxima etapa: retificação e filtragem no lado secundário.
5. Retificação e filtragem do lado secundário
Este circuito permite que a tensão seja convertida de uma onda quadrada de alta tensão (310 VCC) para uma onda quadrada de baixa tensão (5 VCC, 12 VCC ou 24 VCC).
O próximo passo é converter o semiciclo negativo da onda quadrada no semiciclo positivo, de modo que toda a saída se torne uma tensão contínua. Isso pode ser feito utilizando outro circuito retificador.
Após filtrar outros ruídos, a saída será uma tensão contínua baixa e estável.
Tipos de SMPS
Com base em nossa experiência, as fontes de alimentação comutadas podem ser divididas, basicamente, em três tipos: fontes de alimentação comutadas com saída variável, fontes de alimentação comutadas para montagem em trilho DIN e fontes de alimentação comutadas padrão para montagem com parafusos. Apresentaremos cada um deles na próxima seção.
Fonte de alimentação comutada (SMPS) de saída variável
As fontes de alimentação comutadas (SMPS) de saída variável, também conhecidas como fontes de alimentação CC variáveis, permitem obter a tensão CC desejada ajustando um botão no produto.
Sua característica de saída de corrente contínua variável facilita aos usuários a obtenção da tensão necessária; no entanto, por esse motivo, seu preço é muito mais alto do que o dos dois tipos de fontes de alimentação comutadas que apresentaremos a seguir.
Portanto, as fontes de alimentação comutadas de saída variável são utilizadas principalmente em laboratórios e equipamentos de teste, sendo raramente encontradas em linhas de produção reais.
Fonte de alimentação com régua DIN
As fontes de alimentação comutadas para montagem em trilho DIN possuem uma estrutura de montagem em trilho DIN na parte traseira, permitindo que os usuários as instalem facilmente em trilhos DIN de 35 mm.
Entre eles, os modelos mais populares incluem a série DR e a série NDR.
Comparando as duas séries de fontes de alimentação comutadas com a mesma potência de saída, a série NDR é mais fina do que a série DR.
SMPS fixado com parafusos
Outro tipo de fonte de alimentação comutada mais comumente utilizado é a fonte de alimentação comutada com fixação por parafusos, assim chamada devido ao seu método de fixação por parafusos.
As fontes de alimentação comutadas montadas com parafusos incluem as séries S, D, SP e MS. Clique neste link para baixar nosso catálogo de produtos de fontes de alimentação comutadas: Catálogo de produtos de fontes de alimentação com chaveamento da Lorentzzi.
As fontes de alimentação com chaveamento montadas com parafusos são comumente encontradas em sistemas de controle de iluminação LED, sendo utilizadas para alimentar fitas de LED, postes de iluminação pública etc.
Quais dispositivos podem ser operados pela SMPS?
As fontes de alimentação comutadas (SMPS) alimentam uma ampla variedade de dispositivos eletrônicos de corrente contínua, incluindo:
1. Equipamentos de automação industrial
Por exemplo, vários sensores de proximidade, cortinas de luz de segurança, PLCs, relés de uso geral (relés intermediários), válvulas solenóides, Contatores de bobina de corrente contínua, módulos de servocontrole e IHMs de corrente contínua.
2. Iluminação
Fitas de LED e luminárias de LED de tensão constante.
3. Hardware de comunicação e rede
Roteadores, switches, CFTV e equipamentos terminais de rede.
4. Eletrônicos de consumo e comerciais
Carregador de bateria, carregador de celular, adaptadores para laptop e assim por diante.
Como escolher a fonte de alimentação comutada (SMPS) certa para a sua aplicação?
Escolher a fonte de alimentação comutada adequada para a sua carga pode evitar muitos problemas.
Em termos simples, a escolha da fonte de alimentação comutada adequada pode ser dividida em quatro etapas: 1. Verificar a potência nominal da carga; 2. Verificar a tensão nominal da carga; 3. Deixar uma margem de segurança para a carga; 4. Verificar o método de instalação.
Na seção a seguir, vamos ensinar você passo a passo.
1. Confirme a potência nominal da carga
É possível determinar a potência nominal de uma carga de corrente contínua (CC) consultando a placa de identificação; caso você não saiba, podemos fornecer algumas informações: para a maioria dos sensores, a potência nominal costuma ser inferior a 10 W; para cargas capacitivas, como válvulas solenóides, a potência nominal costuma ser inferior a 30 W, mas sua potência de partida costuma ser de 2 a 3 vezes a potência nominal; portanto, é melhor usar uma fonte de alimentação comutada de 100 W.
2. Confirme a tensão nominal da carga
Você também pode determinar a tensão nominal da carga consultando a placa de identificação. Por exemplo, se a sua carga for de 24 VCC, você deve selecionar uma fonte de alimentação comutada com saída de 24 VCC.
A escolha de uma tensão de saída incorreta pode fazer com que as bobinas da sua carga de corrente contínua superaqueçam e queimem.
3. Deixe uma margem para a carga
Para cargas estáveis e não indutivas (sensores, cortinas de luz de segurança, controladores de temperatura): reserve uma margem de potência de 20%~30%.
Para cargas indutivas (válvulas solenóides, relés): Reserve uma margem de potência de 40%~50%
4. Confirme o método de instalação
Por fim, confirme seu plano para a instalação da fonte de alimentação SMPS no rack.
Se você deseja uma instalação rápida e fácil, opte por uma fonte de alimentação SMPS com trilho DIN; se o seu rack não tiver trilhos DIN, opte por uma fonte de alimentação SMPS com fixação por parafusos e prenda-a firmemente no rack usando quatro parafusos.
Conclusão
Em resumo, as fontes de alimentação comutadas são amplamente utilizadas no controle industrial, permitindo que forneçam energia CC estável a cargas CC a partir de energia CA.
Se você ainda tiver dúvidas sobre fontes de alimentação comutadas (SMPS) ou estiver procurando um fornecedor chinês capaz de produzir fontes de alimentação comutadas de alta qualidade, pode enviar suas perguntas ou solicitações para shonxu@lorentzzi.com, e o departamento de vendas da Lorentzzi Electric Entraremos em contato com você em breve.
