Projetar uma fonte de alimentação de bancada costuma significar integrar módulos comerciais dentro de um gabinete personalizado. O projeto apresentado pelo usuário Luq1308 no Reddit segue um caminho diferente: praticamente toda a eletrônica responsável pela conversão de energia foi desenvolvida pelo próprio autor. Batizada de Forwarder 1kW, a fonte utiliza uma topologia half-bridge chaveada (SMPS) e foi projetada para fornecer até 1.000 watts de potência contínua, com configuração entre 50 V e 20 A ou até 400 V e 2,5 A, dependendo da aplicação.
Mais do que mostrar o equipamento pronto, o desenvolvedor publicou o projeto completo como código aberto, incluindo esquemáticos, arquivos do KiCad, arquivos Gerber para fabricação das placas, planilhas de cálculo e imagens em alta resolução.
I made a 1kW lab bench power supply from scratch
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u/Luq1308 in
electronics
Um projeto pensado desde a placa eletrônica
Segundo o autor, o objetivo nunca foi montar uma fonte usando placas prontas encontradas no mercado.
Toda a placa de potência foi desenhada especificamente para este projeto. Entre os recursos implementados estão:
- operação em modo CC/CV (corrente constante e tensão constante);
- frequência de chaveamento ajustável;
- tempo morto configurável;
- saída analógica para monitoramento;
- entrada analógica para controle externo;
- acionamento dedicado do estágio de potência;
- conector para controle do ventilador.
Outro ponto destacado é a simplicidade da montagem.
Apesar da potência elevada, a placa utiliza menos de 130 componentes, grande parte deles no formato THT, facilitando tanto a soldagem quanto futuras manutenções.
Por que usar uma topologia half-bridge?
Em vez de optar por arquiteturas mais conhecidas entre projetos de baixa potência, como flyback, o autor escolheu uma configuração half-bridge. Segundo ele, topologias flyback deixam de ser práticas quando a potência se aproxima de 1 kW, enquanto conversores ressonantes adicionariam uma complexidade desnecessária para uma primeira implementação.
O projeto utiliza um controlador PWM SG3525, bastante difundido em fontes chaveadas de média potência, trabalhando em conjunto com um LM324, responsável pelo controle de tensão constante e corrente constante.
Outra decisão pouco comum foi manter toda a eletrônica de controle no lado secundário da fonte e transmitir os pulsos de acionamento para o primário utilizando um transformador de gate. Segundo o desenvolvedor, essa estratégia evita algumas limitações normalmente associadas ao uso de optoacopladores.
Sem correção ativa de fator de potência
Outro aspecto que chama atenção é a ausência de um circuito de correção ativa do fator de potência (PFC).
O autor afirma que analisou diversos projetos e equipamentos comerciais da mesma faixa de potência antes de optar por deixar esse recurso de fora da primeira versão. Segundo ele, a prioridade era validar a etapa principal de conversão DC-DC. A intenção é incorporar um estágio boost PFC em futuras revisões do projeto.
Os testes colocaram a fonte sob carga de até 1 kW
Depois de concluir o desenvolvimento da placa, o autor decidiu avaliar o comportamento da fonte em condições próximas do uso real. Para isso, montou uma bancada de testes composta por um medidor de energia na entrada, quatro sensores de temperatura DS18B20 distribuídos pelos principais componentes e um tanque de eletrólise capaz de simular diferentes perfis de carga.
O conjunto permitiu aplicar cargas de até 1.000 W, além de realizar mudanças bruscas na corrente consumida para observar como a fonte reagia a variações repentinas.
As formas de onda foram registradas com um osciloscópio Hantek DSO2D10, enquanto os sensores acompanharam a evolução da temperatura durante uma hora de funcionamento contínuo.
Eficiência passou de 90% em parte dos testes
Uma das medições mais relevantes foi a eficiência energética.
Segundo os resultados publicados, a fonte alcançou 90,3% de eficiência quando operava em 50 V e 10 A. Em carga máxima, equivalente a aproximadamente 1 kW, a eficiência ficou em 89,1%.
Para um projeto desenvolvido por um único autor e utilizando uma arquitetura relativamente simples, o resultado ficou próximo do desempenho encontrado em muitas fontes chaveadas comerciais da mesma categoria.
O autor também mediu o comportamento da fonte em diferentes níveis de corrente, de 1 A até 20 A, observando que a eficiência ultrapassava 89% a partir de 5 A.
Temperaturas permaneceram dentro da faixa prevista
Outro ensaio consistiu em manter a fonte operando durante uma hora sob carga elevada para monitorar o aquecimento dos componentes mais críticos.
Os maiores valores registrados foram:
sses números indicam que nenhum dos principais componentes ultrapassou temperaturas consideradas críticas durante o período do teste, embora a avaliação represente apenas as condições utilizadas pelo autor.
Ripple permaneceu abaixo de 100 mVpp
Outro parâmetro importante em uma fonte de bancada é o ripple, que representa a pequena oscilação residual presente na tensão de saída.
Para realizar a medição, o autor utilizou uma sonda com mola de aterramento, limite de banda de 20 MHz, configuração de 1x e sem adicionar capacitores extras ao circuito.
Segundo os resultados divulgados:
- sem carga: 40 mVpp;
- carga de 1 A: 34 mVpp;
- carga máxima: 94 mVpp.
Esses valores foram obtidos sem um segundo estágio de filtragem, algo que o próprio desenvolvedor destaca como um dos pontos positivos do projeto.
Os testes também revelaram limitações
Em vez de apresentar apenas os bons resultados, o autor dedicou parte da publicação aos problemas encontrados durante a avaliação.
Um deles apareceu durante os ensaios de curto-circuito.
Embora a proteção contra sobrecorrente tenha impedido danos ao estágio de potência, ela demorou alguns milissegundos para atuar. Segundo o desenvolvedor, esse comportamento precisa ser melhorado em futuras versões.
Outra limitação surgiu durante as transições entre os modos de tensão constante (CV) e corrente constante (CC).
As medições mostraram que:
- a transição de CV para CC começou após aproximadamente 3 ms;
- a estabilização completa ocorreu por volta de 7 ms;
- em curto-circuito, foram observadas oscilações próximas de 10 App a 2,2 kHz.
Na avaliação do próprio autor, essas oscilações indicam que a compensação utilizada ainda pode ser otimizada.
O próprio desenvolvedor aponta o que mudaria
Ao final da publicação, o engenheiro faz uma análise crítica do projeto.
Entre os pontos positivos, ele destaca:
- eficiência próxima de 90% em carga máxima;
- baixo ripple de saída;
- boa densidade de potência para uma placa predominantemente composta por componentes through-hole (THT).
Já entre os aspectos que pretende revisar em uma próxima versão estão:
- proteção contra sobrecorrente mais rápida;
- controle mais robusto durante mudanças bruscas de carga;
- reposicionamento dos diodos de saída para facilitar substituições;
- adoção de controle em modo de corrente (current-mode control);
- inclusão de um estágio de correção ativa do fator de potência (PFC).
Essa avaliação crítica chama atenção porque foge do padrão de muitos projetos publicados em fóruns, nos quais as limitações costumam receber menos destaque que os resultados positivos.
Projeto completo foi disponibilizado como código aberto
Todo o material utilizado no desenvolvimento da Forwarder 1kW foi disponibilizado gratuitamente pelo autor em um repositório público.
Entre os arquivos estão os esquemáticos elétricos, layouts das placas, arquivos Gerber para fabricação, projeto no KiCad, planilhas de cálculo e imagens em alta resolução. O desenvolvedor também publicou um vídeo mostrando o processo completo de construção e os testes realizados na bancada.
A abertura desse material permite que outros estudantes, makers e engenheiros analisem o projeto, reproduzam parte dos experimentos ou utilizem as soluções adotadas como referência em novos desenvolvimentos.
Em vez de apresentar a fonte como um produto acabado, o autor deixa claro que a Forwarder 1kW representa uma etapa de aprendizado. Os testes serviram tanto para validar escolhas de engenharia quanto para identificar pontos que deverão ser revisados em versões futuras, reforçando o caráter experimental e colaborativo da iniciativa.
