Quem utiliza baterias no aeromodelismo, automodelismo ou nautimodelismo provavelmente já se deparou com carregadores que não são ligados diretamente à tomada. Eles precisam receber uma alimentação em corrente contínua, frequentemente de 12 V, fornecida por uma fonte externa.
Dependendo da bateria e da corrente de carga escolhida, essa fonte precisa ser capaz de fornecer uma quantidade considerável de corrente.
Uma solução que utilizo na minha bancada é uma fonte chaveada de alta corrente. Ela é relativamente compacta, leve e pode alimentar tanto um carregador de baterias quanto outros projetos eletrônicos. No meu caso, utilizo uma dessas fontes justamente para alimentar meu carregador de baterias LiPo.
Mas por que utilizar uma fonte chaveada? Qual a diferença para uma fonte linear? E como escolher uma fonte adequada para o carregador?
O que é uma fonte de alimentação?
Uma fonte tem a função de fornecer ao equipamento a tensão e a corrente necessárias para seu funcionamento.
Se temos um equipamento projetado para receber 12 V em corrente contínua, por exemplo, precisamos transformar a energia disponível na rede elétrica em uma alimentação apropriada.
Existem diferentes maneiras de fazer isso.
Duas arquiteturas muito conhecidas são:
fonte linear e fonte chaveada.
Embora as duas possam fornecer, por exemplo, uma saída de 12 V, internamente funcionam de maneiras bastante diferentes.
Como funciona uma fonte linear?
Na fonte linear tradicional encontramos um transformador operando diretamente a partir da frequência da rede elétrica, além das etapas de retificação, filtragem e, dependendo do projeto, regulação.
O transformador pode reduzir a tensão da rede para um valor adequado ao circuito.
Por exemplo, podemos partir de uma tensão elevada na entrada e obter uma tensão muito menor no secundário do transformador.
Depois, essa tensão alternada pode ser retificada e filtrada para produzir corrente contínua.
Uma característica interessante das boas fontes lineares é que podem apresentar baixo nível de ruído elétrico, razão pela qual continuam sendo úteis em aplicações sensíveis. O artigo original destacava justamente essa característica.
O problema aparece quando precisamos de muita corrente
Um transformador convencional capaz de fornecer uma corrente relativamente pequena pode ter dimensões bastante razoáveis.
Mas imagine que precisamos de:
10 A, 20 A ou 30 A.
O transformador necessário para fornecer potências maiores pode ficar consideravelmente maior, mais pesado e mais caro.
Foi justamente essa comparação que fiz no artigo original: uma fonte linear capaz de fornecer algo como 30 A exigiria um transformador bastante grande e pesado.
Para uma bancada em que queremos alimentar um carregador de baterias, isso pode ser pouco conveniente.
E como a fonte chaveada é diferente?
Uma fonte chaveada, também conhecida pela sigla SMPS (Switched-Mode Power Supply), utiliza semicondutores trabalhando em chaveamento e conversão em frequências muito superiores à frequência da rede.
Essa abordagem permite utilizar componentes magnéticos menores para uma mesma faixa de potência.
Na prática, conseguimos construir fontes capazes de entregar potências relativamente elevadas com peso e dimensões muito menores do que seriam necessários em muitas soluções lineares equivalentes.
É por isso que as fontes chaveadas estão hoje em praticamente toda parte.
Carregadores, computadores, televisores e inúmeros outros equipamentos utilizam alguma forma de fonte chaveada.
Por que as fontes chaveadas foram importantes para os computadores?
Esse é um exemplo interessante para entender sua vantagem.
Um computador precisa de uma quantidade significativa de potência e de diferentes tensões de alimentação.
Imagine colocar dentro de um gabinete uma fonte baseada em um grande transformador convencional dimensionado para fornecer toda essa potência.
Teríamos um equipamento muito maior e mais pesado.
A utilização de fontes chaveadas permitiu fornecer potências elevadas sem introduzir um enorme transformador de baixa frequência dentro do gabinete.
Essa relação entre potência, tamanho e peso é uma das grandes vantagens dessa tecnologia.
Por que utilizar uma fonte chaveada no carregador de LiPo?
Agora voltamos ao modelismo.
Quando carregamos uma bateria, existe transferência de energia da fonte para o carregador e deste para a bateria.
Quanto maior a potência de carga, maior pode ser a potência exigida da fonte.
Por isso, uma pequena fonte destinada a alimentar circuitos de poucos watts pode não ser suficiente para determinadas condições de carga.
As fontes chaveadas de bancada ou do tipo industrial são interessantes porque encontramos facilmente modelos capazes de fornecer correntes elevadas, como 10 A, 20 A e 30 A, mantendo dimensões relativamente pequenas.
Foi exatamente por essa razão que passei a utilizar uma delas com meu carregador.
Uma fonte de 10 A é suficiente?
Depende.
No artigo original, mencionei que uma fonte de 12 V e aproximadamente 10 A já pode atender muito bem diversas situações de carga encontradas no modelismo.
Mas é importante entender o que esse número significa.
Uma fonte especificada como:
12 V / 10 A
pode fornecer, idealmente, uma potência de saída de até aproximadamente:
P = V × I
P = 12 × 10 = 120 W
Portanto, estamos falando de uma fonte na faixa de 120 W.
Mas isso não significa automaticamente que qualquer carregador de até 120 W poderá ser utilizado no limite em qualquer situação. Existem perdas na conversão, limitações da própria fonte e características específicas do carregador.
O correto é verificar a potência máxima de entrada exigida pelo carregador e dimensionar a fonte com uma margem adequada.
O carregador não “recebe 10 A” o tempo inteiro
Esse é um conceito importante.
Uma fonte de 10 A não empurra obrigatoriamente 10 A para o equipamento.
Esse valor indica a corrente que ela é capaz de fornecer dentro de suas condições especificadas.
Quem determina quanto será demandado é a carga conectada.
Se determinado equipamento necessita apenas de 2 A naquele momento, ele não passará a consumir 10 A simplesmente porque a fonte possui essa capacidade.
Por isso, utilizar uma fonte com capacidade de corrente superior à necessidade do equipamento é perfeitamente normal, desde que a tensão seja a correta e todas as demais especificações sejam respeitadas.
Corrente e potência de carga não são a mesma coisa
Aqui também pode surgir uma confusão.
Imagine que configuramos um carregador para carregar determinada bateria com 5 A.
Isso não significa necessariamente que a fonte de 12 V fornecerá exatamente 5 A.
O carregador é um conversor eletrônico. Ele recebe determinada tensão e corrente na entrada e entrega outra combinação de tensão e corrente à bateria.
O que precisamos considerar é principalmente a potência, além das perdas do processo.
Por isso, para escolher corretamente a fonte, é melhor consultar a especificação de entrada do carregador em vez de simplesmente olhar a corrente de carga configurada para a bateria.
Posso carregar mais de uma bateria?
Alguns carregadores possuem múltiplos canais ou permitem configurações destinadas à carga de mais de uma bateria.
Nesse caso, a demanda total de potência pode aumentar significativamente.
No artigo original mencionei que uma fonte de boa capacidade pode permitir trabalhar inclusive com mais de uma bateria.
Mas novamente precisamos fazer a conta.
Se cada canal estiver exigindo uma determinada potência, a fonte precisa ser capaz de atender a soma das demandas, considerando também as perdas e uma margem operacional adequada.
Não basta observar que a fonte possui várias conexões disponíveis.
Fontes chaveadas podem produzir mais ruído elétrico
Até agora parece que a fonte chaveada só possui vantagens.
Não é bem assim.
O processo de chaveamento utilizado internamente produz componentes de alta frequência que podem aparecer como ruído elétrico na saída ou se propagar por outros caminhos.
Foi justamente uma limitação que destaquei no artigo original.
Para alimentar um carregador de baterias, normalmente isso não representa o mesmo problema que poderia representar em determinados circuitos sensíveis.
Mas imagine utilizar essa mesma fonte para alimentar um pequeno amplificador de áudio.
Dependendo da fonte e do circuito, o ruído pode aparecer no sistema de áudio como interferência.
É possível reduzir esse ruído?
Dependendo do problema, podemos trabalhar com técnicas de filtragem.
Capacitores e indutores, por exemplo, podem fazer parte de filtros destinados a reduzir determinadas componentes indesejadas. Essa possibilidade já aparecia no artigo original.
Mas não existe um filtro universal que simplesmente colocamos em qualquer fonte e eliminamos todo o ruído.
Precisamos saber qual ruído queremos reduzir, sua frequência, sua amplitude e como ele está chegando ao circuito.
Isso também mostra por que uma fonte que funciona perfeitamente em uma aplicação pode não ser a melhor escolha em outra.
Posso utilizar a fonte para outras coisas na bancada?
Essa é uma das razões pelas quais considero interessante ter uma fonte desse tipo disponível.
Ela não precisa ficar dedicada exclusivamente ao carregador.
Se temos uma fonte de 12 V com boa capacidade de corrente, podemos utilizá-la em vários projetos compatíveis com essa alimentação.
Motores, circuitos, iluminação e diversos testes de bancada podem eventualmente ser alimentados por ela, desde que respeitadas as características elétricas de cada montagem.
Por isso, no artigo original recomendei justamente reservar um pequeno espaço na bancada para uma fonte chaveada.
Ela acaba se tornando uma ferramenta.
Fonte chaveada não é o mesmo que fonte de bancada ajustável
Também é interessante fazer essa distinção.
Aquelas fontes metálicas chaveadas de 12 V que encontramos com facilidade normalmente são projetadas para fornecer uma tensão aproximadamente fixa, embora alguns modelos permitam um pequeno ajuste.
Uma fonte de bancada regulável possui outra proposta.
Ela pode permitir variar tensão e limitar corrente, além de oferecer displays e outros recursos destinados à experimentação.
Uma não necessariamente substitui a outra.
Para alimentar permanentemente um carregador que exige 12 V, uma fonte chaveada fixa pode ser uma solução econômica e eficiente.
Para desenvolver circuitos e experimentar diferentes tensões, uma boa fonte de bancada ajustável oferece vantagens adicionais.
Atenção às conexões da fonte
Algumas dessas fontes chaveadas metálicas possuem bornes expostos.
Normalmente encontramos conexões para entrada da rede elétrica, aterramento e terminais de saída em corrente contínua.
Isso exige atenção.
A entrada trabalha diretamente com tensão de rede, que pode provocar choque grave ou fatal. Não faça conexões ou ajustes com a fonte energizada, e as partes de rede devem permanecer adequadamente protegidas contra contato acidental.
Se a fonte possui uma chave seletora para diferentes tensões de entrada, sua posição também precisa estar correta antes de energizar o equipamento.
Se você não tem experiência com instalações de rede elétrica, utilize uma fonte já protegida em gabinete apropriado ou procure auxílio de alguém qualificado.
Ventilação também é importante
Uma fonte capaz de fornecer dezenas ou centenas de watts produz calor.
Os modelos com carcaça metálica perfurada utilizam justamente essa construção para ajudar na ventilação.
Portanto, não coloque a fonte dentro de uma caixa completamente fechada sem considerar sua refrigeração.
Também evite cobrir suas aberturas.
Se a ideia é construir uma pequena estação permanente para carregamento de baterias, deixe espaço suficiente ao redor da fonte para circulação de ar.
E a segurança das baterias LiPo?
A fonte é apenas uma parte do sistema.
O carregador precisa ser apropriado para a química e a configuração da bateria, e deve ser utilizado conforme as instruções do fabricante.
Isso é particularmente importante com baterias LiPo.
Uma fonte potente não torna o carregamento melhor por si só. Ela apenas fornece energia para o carregador.
É o carregador que precisa controlar corretamente o processo.
Portanto, nunca ligue uma bateria LiPo diretamente a uma fonte de 12 V tentando carregá-la.
O sistema correto é:
rede elétrica → fonte → carregador apropriado → bateria
Uma fonte de alta corrente é uma ferramenta útil na bancada
Depois que começamos a trabalhar com modelismo e eletrônica, percebemos que várias montagens precisam de 12 V.
Ter uma fonte capaz de fornecer uma boa corrente disponível na bancada evita improvisações e permite utilizar o mesmo equipamento em diferentes experiências.
Foi exatamente assim que essa fonte entrou na minha bancada.
Primeiro, pela necessidade de alimentar meu carregador de baterias LiPo. Depois, pela possibilidade de utilizá-la em outras aplicações.
Veja a fonte que utilizo no vídeo
No vídeo abaixo mostro em detalhes minha fonte chaveada e como a utilizo durante o carregamento das baterias LiPo.
Quer entender o sistema em vez de apenas conectar os fios?
Escolher uma fonte parece simples até começarem as perguntas:
Quantos volts? Quantos amperes? Quantos watts? Por que uma fonte de 10 A não força 10 A no equipamento? Por que uma fonte esquenta? Por que uma fonte chaveada pode gerar ruído?
Quando entendemos esses conceitos, deixamos de escolher componentes apenas porque “alguém disse que funciona”.
Compreender esses conceitos ajuda a escolher corretamente uma fonte para diferentes aplicações, considerando tensão, corrente, potência, eficiência e as características do equipamento que será alimentado.
Esse conhecimento também permite analisar fontes chaveadas, reguladores e conversores com mais segurança, entendendo melhor seu funcionamento e suas limitações na prática.
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