AT5 Slim Power - a super fonte de bancada inteligente de alta performance

Tudo começou por volta de junho desse ano, quando minha guerreira fonte de bancada passou a se entregar após anos de serventia. Tinha algumas ideias para dar um upgrade nela, já que meus últimos projetos precisaram de mais corrente do que ela poderia entregar, mas esbarrei na trabalheira que seria fazer um trafo maior caber lá dentro (não, eu não quero usar uma fonte chaveada nisso!) e ainda dar conta da dissipação de calor que aumentaria muito dentro daquele gabinete pequeno. Em agosto decidi que partiria do zero, um novo e empolgante projeto que terminaria na montagem de uma super fonte de bancada inteligente, com alta performance, proteções de ponta a ponta e um tamanho reduzido para ser prática de ser transportada. Hoje é dia 02/11 e alguns meses foram engolidos durante esse projeto, que me tomou bastante tempo e planejamento.

Antes de continuar e para não correr o risco de ser redundante nesse post, peço que conheça a fonte antiga F5812ADJ que se aposentou (e que vai servir suas peças para testes e outros projetos, é claro!) e também leia em seguida a postagem que deu início a essa jornada, lá em agosto.

Sou das antigas e fonte de bancada pra mim, tem que seguir a premissa raiz trafo-retificação-alta filtragem. Temos um mercado chinês muito eficiente inundando as prateleiras com fontes de bancada a preços atraentes mas também com projetos falhos e sem a utilização de transformador isolador, o que naturalmente inclui uma fonte chaveada barata, de alta corrente e sem qualquer tipo de proteção. Aí, meu guerreiro diyman, você está há dias em cima de um projeto utilizando uma fonte xing ling dessas e o chaveamento vai pro saco largando corrente e tensão em alta escala no seu adorado circuito. Imagina só. Isso sem falar nos ruídos impraticáveis que essas fontes geram, podendo interferir diretamente no seu projeto fazendo com que você perca horas até descobrir o porquê do microcontrolador travar, por exemplo. Por isso quis fazer uma fonte com rígidos controles e proteções. Já havia mencionado no post que deu início ao projeto sobre as características que eu gostaria de ter e ao mesmo tempo, fui atualizando novas funções ou retirando funções que antes pareciam interessantes. Ao mesmo tempo que sou prático, sou um burocrata quando se trata dos meus projetos. Agora, com o projeto concluído, veja como ficou:

Entrada: 220V ±7,4A (full power)

Proteção entrada: fusível, filtro de linha full, varistor, terra lift/ground

Saída: 1.1V a 19,4V x 4,2A x 19,300uF (entra em proteção a partir de 4,33A, trafo de 16V + 16V x 5A)

Proteção saída: curto-circuito e/ou corrente acima de 4,33A, temperatura máxima de trabalho, queda brusca de tensão, tensão de descarga (retorno), descarga brusca do banco de capacitores, carga mínima instalada para garantir corrente de ajuste atualizada

Display: tensão e corrente atuais

Ajuste: fino via potenciômetro linear

Dissipação: passiva até ±60°C, cooler aciona discretamente para equilibrar a temperatura do dissipador principal. Acima dos 85°C entra em proteção térmica acionando o cooler a full power, desligando o trafo de potência e permanecendo nesta condição até que a temperatura baixe a níveis seguros de trabalho

Porta serial: comunicação direta com o microcontrolador a partir da placa Arduino para atualização do código sem precisar abrir o equipamento e retirar o chip

Chave lift/ground: permite unir o comum do circuito da fonte ao terra da tomada ou separar, funcionalidade muito eficiente para algumas situações

Stand by: fonte permanece com as proteções ativas mesmo em espera, desliga fisicamente o trafo de potência da rede elétrica descarregando todo o circuito e mantendo o mínimo de consumo associado apenas às funções vitais (fontes independentes)

LEDs e outros indicadores: fonte possui diversos alertas sonoros e visuais para eventos de proteção, acionamento etc.

Superdimensionamento: todos os circuitos de potência foram superdimensionados para trabalhar com o mínimo de resistência natural dos condutores e componentes, resguardo de potência para trabalho com folga

Dissipador unificado: grande vantagem para monitoramento de temperatura de trabalho e para manter integrados e transistores com equilíbrio térmico

Basicamente é isso.

Não tem muito mistério além do código, a fonte trabalha normalmente com o adorável LM317 de servo mestre e um booster de corrente com dois transistores Darlington TIP125. Alguns vão dizer que eu poderia ter utilizado apenas um TIP125, eu sei disso. Mas por que fazer o carinha trabalhar sozinho perto do seu limite se podemos aprimorar com elegância e colocar mais um?! Outros dirão que eu poderia ter utilizado um transistor de maior capacidade ao invés de dois. Eu também sei disso. Essa fonte foi montada com peças que eu já tinha em casa, não é um projeto nutellinha com verba ilimitada da mamãe e do papai ou de patrocínio. Aqui o negócio é raiz, é aproveitar ao máximo a vida útil dos componentes, é enxugar custo sem perder qualidade e poupar o meio ambiente. E antes que digam 'ahhh não precisava desse cooler aí dentro pra dissipar só essa correntezinha porque o componente aguenta', o projeto é compacto e sempre faço vários testes para determinar se isso vai ser realmente necessário. Nesse caso, foi. E ele só opera se preciso, não fica girando o tempo todo. E outra, você que fica criticando projeto alheio, deveria saber quanto calor um transistor Darlington gera... agora imagina dois num gabinete pequeno sob alta corrente (4A não é pouca coisa) por várias horas ininterruptas. Funcionaria sem o cooler? Talvez. Mas será que o LM317 seria capaz de se manter trabalhando firme sob altas temperaturas? E quanto tempo essa fonte iria funcionar sem dar problema?! Viu, esses questionamentos se tornaram irrelevantes agora, jovem.

Mas vamos voltar ao ponto, já que esclarecemos os fatos. 

Quando alimentada, a fonte é acionada parcialmente via fonte de stand by, mantendo a potência desligada. Ela aciona o cooler rapidamente, acende o LED azul e logo se apaga, desligando o cooler e acionando o LED vermelho de stand by. Isso é importante por duas razões básicas: a primeira, para poupar a potência e claro, economizar energia; a segunda, para manter o cooler lubrificado e ativo, evitando que o rolamento fique engripado por falta de uso. Ao pressionar o botão power, a fonte faz um teste rápido (bip + piscadas LED amarelo) e aciona a potência, liberando tensão na saída, ligando o display frontal e o LED verde. A partir desse momento, a fonte está num estado de operação, basta selecionar a tensão desejada.

Proteção contra curto-circuito e overload

Em operação, quando a corrente exceder o valor de 4,33A levará o sistema de proteção contra sobrecarga ser acionado via ATMEGA, cortando a alimentação AC do próprio trafo de potência, protegendo toda a etapa, inclusive os diodos retificadores. É uma proteção em linha completa, cortando toda energia da potência e não somente das saídas DC. A mesma proteção é aplicada quando há curto-circuito na saída. A ação é a seguinte: corta a alimentação AC do trafo, bip, duas piscadas no LED amarelo, display frontal e LED verde se apagam. Essa condição permanecerá enquanto houver sobrecarga ou curto na saída da fonte.

Proteção contra alta temperatura de trabalho

Há duas proteções contra temperatura alta de trabalho na AT5. A primeira é controlada pelo ATMEGA e assume que partir dos 85ºC medidos no dissipador principal ocorrerá o seguinte: corta a alimentação AC do trafo, bip, LED azul acende e aciona o cooler full power, display frontal e LED verde se apagam. Essa condição permanecerá por aproximadamente 1 minuto para baixar drasticamente a temperatura de trabalho da potência. Após esse período, a fonte será acionada automaticamente alimentando a carga se a temperatura estiver dentro da faixa segura.

A segunda proteção contra alta temperatura de trabalho é mais robusta e conta com um termistor que controla o aquecimento do dissipador. Essa proteção adicional foi instalada justamente nos testes de equilíbrio térmico da fonte, nos testes finais. Foi verificado que com o gabinete montado e alimentando uma carga a partir dos 2,5A o dissipador aquece bastante, distante do valor máximo determinado na primeira proteção térmica, mas bastante acentuado para os meus parâmetros particulares. Isso poderia levar o LM317 a entrar em proteção rapidamente ou ainda reduzir bastante a vida útil do conjunto da potência, elevando a temperatura interna do gabinete e tornando seu funcionamento 'desconfortável'. Lembrando que alguns componentes não gostam de ambientes muito quentes, como os eletrolíticos.  Então, adicionei esse segundo termistor que atua diretamente no driver de acionamento do cooler, fazendo com que ele gire lentamente a partir dos 50ºC para equilibrar a temperatura do dissipador. Esse giro pode ser aumentado ou diminuído automaticamente de acordo com o incremento de temperatura medido, se tornando um eficiente mecanismo de controle e aumentando a vida útil da potência. O cooler gira de forma tão discreta que mal pode ser ouvido durante a operação.

Superdimensionamento do sistema

A premissa do diyPowered é bastante clara: respeito aos limites dos componentes. Se eu tenho um trafo que pode entregar 5A em full power, eu deveria operá-lo até os 4,2A ou ainda 4,5A. Isso causaria ainda bastante aquecimento, mas distante do que poderia ocorrer se tentássemos tirar toda a sua capacidade. Logo, se eu tenho um projeto que consome 5A em full power, qual a corrente do trafo que eu vou usar? Você talvez diga '5A'. Talvez muitos digam isso. Eu digo '6A'. Folga, pessoal. Se você quer fazer alguma coisa direito, se você quer projetar algo de qualidade, faça com que os componentes trabalhem abaixo de sua capacidade máxima. Isso é elegante, isso é inteligente. Foi assim que muitos equipamentos foram projetados há 20, 30, 40 anos e é por esta razão que muitos deles estão por aqui até hoje: receivers, tape decks, sintonizadores de rádio, CD players... Por isso montei essa fonte com folga mesmo com esse trafo de 16V + 16V x 5A que em teste de carga chegou a fornecer 5,4A sem queda de tensão. Mas aqui a gente faz a coisa do jeito certo e a AT5 ficou limitada aos seguros 4,2A entrando em proteção aos 4,33A. Corrente mais que suficiente para a grande maioria dos projetos. Tenho um outro trafo de 1200VA que pode entregar facilmente 12A, 15A numa tensão máxima de 13V mas achei meio desnecessário tanta corrente nesse momento e o monstro aí vai ficar para um próximo projeto.

Na retificação, temos dois diodos 6A6 brutos e sem frescuras e um banco de capacitores de 19,300uF. Tudo montado de forma elegante e estudada, cabeamento da potência com bitola de respeito e fixação por presilha. A tensão que alimenta a lógica, stand by, LEDs e cooler vem de uma fonte dedicada, também por trafo, não utilizando corrente alguma da fonte de potência.

Proteção AC

Na entrada de linha AC, temos o clássico fusível e um circuito de filtro de linha full, com tudo que se tem direito, até um varistor, e um cabo de força de respeito. Uma chave no painel frontal permite unir o terra da tomada ao comum da fonte, função muito desejada e pouco vista nas fontes do mercado. Aproveitei ao máximo cada espaço do gabinete, fixando componentes e placas de forma inteligente para facilitar o cabeamento e pensando sempre na dissipação, transferência de calor e claro, pensando nas manutenções futuras. Essa última, parece ser esquecida pelos projetistas e engenheiros: qualquer equipamento vai demandar algum tipo de manutenção futura e parece que isso não é levado em conta na maioria dos últimos equipamentos que reparei. Um bom exemplo disso pode ser ilustrado por alguns notebooks e nobreaks que precisam ser quase que totalmente desmontados para acessar partes críticas.

Gabinete escolhido

Esse é um velho conhecido: um gabinete de nobreak NHS de 600VA. Possui uma boa estrutura, boa resistência mecânica e uma razoável ventilação natural que foi melhorada ao retirar as tomadas traseiras e fixar uma tela. A única coisa que não ficou bacana foi a porta serial, que teoricamente deveria caber na parte de trás (já tem essa furação de fábrica) mas não passa de jeito nenhum. Poderia ter limado um pouco mas como já foi bastante desgastante furar esse gabinete (não parece mas a chapa utilizada é resistente) achei mais fácil apenas retirar a capa metálica da porta e parafusá-la assim mesmo, como está.

Esse gabinete é bastante compacto, tem uma cara de fonte de bancada moderna e fazia algum tempo que vinha pensando em usá-lo para esta finalidade. No mais, pretendo gravar um vídeo com a fonte em funcionamento pra ilustrar melhor todo o projeto. Apesar de toda trabalheira que deu, ficou muito eficiente e é sem dúvidas uma evolução à fonte anterior.

Corrente máxima em teste inicial

Teste raiz!

Tomada de ar eficiente

Lateral detonadinha do gabinete

Frontal desligado (acabamento ficou ruim mas tá valendo)

Fonte acionada (tensão mínima)

Fonte acionada (tensão máxima)

5V sem carga e terra isolado

5V sem carga e terra conectado ao comum (LED laranja)

Fonte em stand by

Detalhe do dissipador principal e da fiação

Detalhe da fixação dos componentes principais, ainda no início do projeto (embaixo do relé preto ali no meio fica a fonte dedicada para lógica e acessórios)

Fonte (PSU) ATX HIPRO HP-D2537F3R

Session.

Essa aqui é para registrar minha adoração por bons projetos. Essa fonte é de um cliente que veio para manutenção (não na fonte) e como sou chato, sempre abro a fonte para verificar possíveis capacitores estufados e também para limpar o cooler. Às vezes troco o cooler, quando realmente não tem mais jeito. E vendo essa fonte por dentro, não resisti e tirei algumas fotos pro site. 

Pesquisei bastante mas não encontrei nenhum site que falasse da fonte, somente e-commerce em geral e Mercado Livre. Não vou me aprofundar nem analisar tecnicamente o projeto dos caras, mas olhando de perto é inquestionável o cuidado, a disposição das peças, o filtro AC na entrada, os triplos acopladores ópticos, os capacitores escolhidos (sim, se você não sabia dessa, até capacitores possuem datasheet e aplicações específicas para cada situação) e a própria carcaça, resistente e bem montada. Não há dúvidas do quesito qualidade da montagem.

Também vale ressaltar o tamanho dos dissipadores, o trato na escolha dos transistores (parrudos) e no geral, achei um excelente projeto. Esse cliente liga a máquina DIRETO NO 220V há muitos meses, e nunca teve problemas com essa fonte. Nas poucas referências que encontrei, a HIPRO é reposição para desktops HP. Ou seja, confirmada a informação, se a HP usa não pode ser um projeto low cost, concorda?!

Controle remoto do Chery QQ 2011/2012 (S11) pisca LED mas não aciona travas e central de alarme

Depois de algumas investidas DIY no sapinho, estive lutando nesse controle quando ele passou a dar umas rateadas na hora de acionar a central. É um circuito bem simples, sem muita frescura - como o próprio carro - e eu não conseguia entender o porquê de ele oscilar mas não enviar sinal corretamente pra central.

Quando comprei esse carro, achei estranho terem colocado duas baterias no controle remoto, CR20XX não me lembro, mas é das mais fininhas. Pensei que fosse preguiça da ex-dona de resolver o problema da folga e do mal contato da bateria, eliminando um espaço entre a placa e os contatos com outra bateria. Sem falar que estava mascarando um defeito ao alimentar com 6V um RF projetado para operar com 3V. Mas não era preguiça. Já tinha esse problema crônico. Hoje, finalmente consegui deixar o carinha afiado e funcionando até de longe.

Não vou me aprofundar nem entrar no beabá do RF, mas quem entende um pouco de eletrônica sabe que em áudio e RF a qualidade da alimentação é fundamental para que o circuito funcione como o esperado. Nesse caso aqui em especial, colocaram um LED vermelho que pisca quando você pressiona uma das teclas. Antes de sair trocando o transistor R25 e medindo todos os capacitores, decidi simplesmente testar esse controle com mais corrente, mantendo a tensão. Fiz o teste utilizando uma célula de lítio com carga de 3,2V (2,2A) e o RF acionou a central normalmente com apenas um toque sutil nas teclas. Ou seja, alguma coisa estava 'roubando' corrente do CI, tornando a oscilação fora de padrão e interferindo na transmissão. Um adendo aqui: não sou especialista em RF, nunca trabalhei com radiofrequência aplicada, nunca fui um entusiasta da área; apenas conheço os conceitos e procuro aplicá-los da forma correta. Quando falta informação, tem a internet. Não pretendo transformar esse assunto num debate de clubinho.

Antes disso, fiz um reforço com fio de cobre pra antena desse controle, que nada mais é do que uma trilha mais grossa que quase faz uma volta completa em uma das faces da PCI. Mas o que efetivamente funcionou foi retirar da placa o resistor de 1k (R6) em série com esse LED vermelho. Toda a corrente e tensão da CR2032 foram dedicados ao CI que instantaneamente passou a funcionar como deveria. Fiz testes de muito longe, dentro do possível que meu pátio permite, e o controle acionou a central de forma eficaz e sem rodeios mesmo com toques curtos e breves. Antes dessa descoberta, pensei serem os botões o problema, mas descartei logo que fiz testes de continuidade neles. Estavam perfeitos. Era um saco quando o controle resolvia não funcionar o destravamento das portas. Muita força a troco de nada, como quando as pilhas do controle remoto da TV ficam fracas e a gente aperta mais forte como se isso fosse resolver alguma coisa. Casa de ferreiro...

Nunca entendi esses LEDs em controles de RF. Acho desnecessário e cruel para quem precisa ficar trocando essas CR2032 de dois em dois meses. Quando tinha moto, instalei o alarme dela e os dois controles (o de presença e o comum) tinham LEDS AZUIS! Uma piada, consumiam muitas pilhas ao ponto de eu só usar o de presença escondido comigo e deixar o comum sem pilha preso ao chaveiro pra entregar a um possível vagabundo que pudesse levar a moto num assalto.

Então, se você tem um QQ ou um outro veículo que possua controle remoto com LED, recomendo fortemente desativar pra economizar pilhas. E em alguns casos, também pra manter o RF redondinho. Cada caso é um caso, mas vale a pena avaliar se é possível desativar o LED sem prejuízo do funcionamento do circuito. E vale mais ainda a dica para quem pretende levar o controle pra conserto nesses chaveiros de esquina, que vão cobrar um monte de dinheiros de você e que talvez nem consigam resolver seu problema. 

Detalhe do resistor R6 retirado

Decidi manter o reforço da antena

Autotrafo XEROX 105S70309 REV C 2KVA

De todas as pérolas que encontro nos anúncios da OLX, muitas vezes encontro coisa boa que é tratada como sucata. Esse trafo é um monstrengo, bizarro. Tem ajuste fino da tensão de entrada (tem foto lá embaixo) pra compensar a saída de acordo com o equipamento que será alimentado e fiação robusta para até 20A. Coisa feita direito, sem economizar mesmo.

Tem até um disjuntor pra proteção individual. Pesei ele numa balança de uso não comercial (dessas domésticas de pesar pessoas) e o carinha tem quase 30kg. O gabinete tem chapas grossas e ajuda bastante a aumentar esse peso final, mas o mais bonito mesmo fica lá dentro: o trafo é mesmo uma bizarrice de grande.

Foi só dar um talento nele, deixar limpinho e usar. Lembrando que tenho ferramentas que vieram do Sudeste, que são 127V, e esse cara aí vai substituir meu antigo trafinho de 1000VA com uma margem de segurança muito grande.

Fonte ATX Aerocool VX-350 - uma furada ou uma boa opção low cost?!

Session.

Sabe que eu adoro abrir tudo o que é eletrônico pra dar uma espiada, né. Por curiosidade, por conhecimento, para sacanear os 'engenheiros modernos'... Ou seja, gosto e faço e ponto. E em defesa dos bons engenheiros, lhes digo: muitas vezes vocês reclamam da faixa de custo para os projetos serem curtas, e por essa razão se obrigam a focar em tudo o que for low cost. E eu torno a dizer a vocês que isso não é justificativa para projetar lixo: há muitas formas de produzir em larga escala com qualidade mesmo com uma faixa de custo baixa. Basta saber o que fazer, pensar fora da caixinha e deixar de lado um pouco a soberba do diplominha.

Mas vamos voltar ao foco.

Essa fonte da Aerocool tem sido vendida na faixa dos R$ 90 aos R$ 150 podendo chegar a mais nessas lojinhas de cidade. Desde que conheço a marca, tenho tido acesso aos produtos para conhecer melhor e poder avaliar se o low cost deles vale a pena. E se você veio aqui atrás de informações para nerds como testes de força, números, nutellinhas com laboratórios pagos pelos pais ricos ou patrocinadores non sense, pode parar por aqui porque não vai rolar. Minha opinião não é baseada em nutellês.

Já tive em mãos diversos produtos Aerocool, de gabinetes desktop até coolers, passando por fontes e outras tranqueiras. O que vi até hoje foram low cost muito surpreendentes. E não estou ganhando coisa alguma para dizer isso, até porque quem conhece o diyPowered sabe que aqui não entra jabá e se tiver que entrar, vai ter que passar no teste de qualidade! Essa fonte veio numa barbada pela OLX, onde um cara comprou um gabinete que veio com ela. Ele tirou essa fonte NOVINHA e colocou uma que ele já tinha, uma Corsair 600W. Ficou guardada por algumas semanas quando ele decidiu desapegar e anunciou a R$ 50. Sim, por R$ 50. Menos do que uma fonte das mais comuns que fornecem (ou dizem fornecer) 200W cheio de zumbidos e traquinagens da rede elétrica. Como meu PC véio de guerra usa uma dessas fontes meia boca - tem ela aqui pra você ver, ó - fico receoso de pendurar mais discos nela e e ela não dar conta do recado (acontece muito quando você tem discos de grande capacidade, onde essa fonte pelada não suporta a corrente de pico de partida dos motores e o disco nem chega a ser reconhecido, dando um puta pânico em ter perdido os dados). Daí, achei por bem entrar com uma verbinha pra trocar antes que eu me irrite ou que precise mesmo de mais carga na máquina e fique na mão.

Vou resumir: é uma fonte com a mesma arquitetura das irmãs menores, sem frescuras, com partida simples, sem PFC, sem coisa alguma mesmo. É uma opção para quem quer mais capacidade mas não precisa de selos comerciais de eficiência, de cabos modulares ou ainda para quem não vai gastar milhares de dinheiros pra ter em casa uma caixa de metal cheia de luzes para brincar de gamer. Obviamente que eu não pagaria por uma fonte superior só para poder ter mais eficiência ou para ter mais dois ou três discos na máquina. É uma máquina de trabalho, não é para postar as specs na Internet pra competir com o coleguinha. É o velho ditado: se me atende, é o que importa. Salvo exceções que nem vou me dar ao trabalho de explicar nessa!

Comparando com a minha fonte anterior desse mesmo PC véio de guerra, ganhei em capacidade, fluxo de ar (cooler 120mm x 120mm em posição inferior é extremamente eficiente) e silêncio. Porque poucas coisas conseguem incomodar mais do que barulho de cooler. Pelo menos a Aerocool não poupou nos malditos capacitores da saída e, apesar de serem poucos, mandou soldar com as especificações corretas para chaveadas. Sim, se você não sabia que capacitores também possuem datasheet, aqui entra a parte onde você fica com uma novidade! Uma coisa ruim é que só vem com aquele conector PCI Express bipartido, onde é possível usar como +12Vcc AUX. Mas se você precisar tanto de um como de outro, vai precisar de um adaptador! Que chinelagem!

Para finalizar, as tensões mais comuns estão corretíssimas com a exceção da -12Vcc, que só vi fechar bonito até hoje em fonte de renome. Também tem a ponte de diodos parrudinha na entrada pra não dar gargalo, capacitores de respeito e cabeamento longo e de bitola expressiva para uma low cost. É uma fonte simples e robusta, fácil de dar manutenção e sem frescura. Vale o preço de mercado, tem bom acabamento e possui mais trato que as comuns.

Ah, agora as fotos estão melhores e serão postadas nuas e cruas.