Embora os designers de sistemas a considerem frequentemente a última engrenagem da máquina, a fonte de alimentação é, na verdade, provavelmente uma das partes mais importantes do seu equipamento. Desde os tubos tiratron utilizados no retificador de potência REC-30 para fornecer energia de alta tensão às impressoras de teletipo em 1930 [1], até aos mais recentes semicondutores de banda larga, sem a sua curiosidade e paixão, muitas coisas não teriam sido possíveis. A Voyager 2 é um bom exemplo disso, mas quem se lembra do que aconteceu no setor energético no final da década de 1970 e início da década de 1980 e de como os principais engenheiros de energia mudaram a face da nossa indústria?

Regresso ao Campo de Batalha:
Lançada a 20 de agosto de 1977, a Voyager 2 era alimentada por um gerador termoelétrico de radioisótopos (RTG), que converte o calor da decomposição de um material radioativo em eletricidade. A tensão gerada é regulada e distribuída pelos 14 instrumentos científicos e pelo painel de controlo principal. O sistema de energia como um todo foi concebido para acomodar o RTG e, embora o esquema tenha sido mantido em segredo, foi mencionada uma tecnologia completamente nova chamada "fonte de alimentação comutada".
Conhecidos desde 1930, os princípios das fontes de alimentação comutada têm sido explorados pelos designers de sistemas energéticos há décadas, com a indústria aeroespacial, e a NASA em particular, a impulsionar a investigação e o desenvolvimento. Considerando o custo astronómico de um lançamento, bem como a vida útil das sondas espaciais e dos satélites, os projetistas de sistemas de energia espacial procuravam um menor peso, uma maior eficiência energética e um tamanho compacto. Na década de 1960, a NASA já utilizava sistemas de alimentação comutada em diversos satélites, como o Telstar, em 1962.
Paralelamente às pesquisas secretas conduzidas por organizações aeroespaciais e militares para miniaturizar sistemas de alimentação integrados, os projetistas de sistemas de alimentação na indústria civil também consideravam alternativas à antiga, pesada e volumosa arquitetura convencional de transformador, retificador e regulador linear. A origem da primeira fonte de alimentação comercial comutada é controversa, mas podemos referir a RO Associates, que apresentou uma solução de alimentação de 20 kHz em 1967, seguida por uma série de produtos, como a NEMIC Japan, em 1970, e a HP de 500 W, em 1973.
Para os principais designers de sistemas de alimentação, era evidente que a tecnologia de alimentação comutada representava o futuro. Contudo, naquela época, as fontes de alimentação lineares eram o padrão, e a chaveamento era considerada uma tecnologia duvidosa. Alguns previam que o campo de interferência gerado pelo comutação poderia causar danos significativos na aplicação final.
É importante recordar que as fontes de alimentação lineares eram a norma na década de 1970. Embora a Lambda tenha lançado uma linha de fontes de alimentação lineares "padronizadas", o lançamento da série "H" da Power-One é considerado por muitos como a primeira solução de fonte de alimentação verdadeiramente "padrão", primeiro nos EUA e depois na Europa. Baseada no engenhoso conceito de uma placa de alumínio dobrada utilizada como carcaça e dissipador de calor, a Power-One lançou um número impressionante de variantes, oferecendo aos designers de sistemas uma fonte de alimentação pronta a usar (Figura 1).
Simultaneamente, no Japão — com muito pouca informação disponível daquele país — os fabricantes de fontes de alimentação não só lançaram uma linha completa de fontes de alimentação lineares, como também, alguns anos mais tarde, uma linha de soluções de fontes de alimentação comutada. Um exemplo é a ELCO/COSEL, que lançou a série linear "G" em 1975, seguida em 1977 por uma linha completa de fontes de alimentação comutada, a série "H" (Figura 2). O Japão estava realmente à frente do seu tempo. Outro exemplo é a Sony, que em 1960, quando a indústria dos televisores ainda utilizava válvulas eletrónicas, foi a primeira a utilizar transístores nos seus televisores e provavelmente a primeira a implementar uma fonte de alimentação comutada em equipamentos de televisão no início da década de 1970.
Recorde-se também que, no final da década de 1970 e início da década de 1980, a grande maioria das empresas que desenvolviam equipamentos eletrónicos possuía os seus próprios departamentos internos de energia, que projetavam soluções energéticas específicas para as suas aplicações. Não é de admirar que, para muitos designers de energia de interior, o lançamento da série "H" da Power-One tenha sido percebido como uma ameaça. Muitos fabricantes de equipamentos adotaram fontes de alimentação normalizadas e redirecionaram a investigação e o desenvolvimento dos seus departamentos internos de energia para a nova tecnologia de alimentação comutada, de forma a manterem-se à frente da concorrência.

Com paixão, talento e curiosidade,
a década de 1970 fervilhava de engenheiros talentosos que investigavam soluções melhoradas para fontes de alimentação comutada, e seria necessário um artigo inteiro para os nomear a todos. Entre eles, considero particularmente interessante referir dois "gurus da energia", Robert J. Boschert (Boschert Associates) e Frederick Rod Holt (Apple), que trabalhavam simultaneamente em soluções energéticas mais eficientes. Em ambos os casos, tal como na indústria aeroespacial, o objetivo foi tornar as fontes de alimentação mais pequenas, mais leves e mais eficientes.
Reza a lenda que, em 1970, Robert Boschert começou a desenvolver uma fonte de alimentação mais acessível, competitiva e leve como alternativa ao volumoso modelo de transformador e regulação linear. Concentrou-se no desenvolvimento de uma fonte de alimentação comutada para tornos e impressoras de fita, que produziu em grande quantidade em 1974. Em 1976, lançou uma das primeiras fontes de alimentação comutada "standard" e requereu as patentes 4.037.271 e 4.061.931 para proteger a sua propriedade intelectual (Figura 03). Ambas as patentes foram concedidas em menos de um ano, seguindo-se o sucesso comercial do interruptor OL25, que recebeu uma ampla cobertura da imprensa e dos meios de comunicação social, por exemplo, "Flyback converters: solid state solution for low-cost comutada fonte de alimentação", publicado a 21 de dezembro de 1978 na revista Electronics. Robert Boschert foi também pioneiro no licenciamento da sua propriedade intelectual e, em 1977, a Boschert Inc. contava com mais de 600 colaboradores e estava certificada para conceber soluções de alimentação comutada para aplicações espaciais e militares.
Ao mesmo tempo, Steve Jobs, conhecido pela sua curiosidade pelas novas tecnologias, achou a tecnologia das fontes de alimentação comutada interessante, mas devido a restrições de tempo, o Apple I, lançado em abril de 1976, utilizava uma fonte de alimentação linear convencional. No entanto, enquanto trabalhava no Apple II, Rob Holt concebeu uma fonte de alimentação comutada flyback off-line de 38 W (Figura 4), para a qual requereu uma patente em fevereiro de 1978 e obteve-a em dezembro (4.130.862). O Apple II foi um sucesso e, à medida que o volume de produção aumentava, a Apple externalizou o fabrico da fonte de alimentação para a ASTEC, dando início à longa história das fontes de alimentação OEM para computadores.
Pode ser apenas um exemplo, mas ilustra bem o cenário competitivo dentro da indústria das fontes de alimentação, que sofreu uma série de disputas sobre os direitos de propriedade intelectual. Na biografia de Steve Jobs escrita por Walter Isaacson, Jobs é citado dizendo: "Em vez de uma fonte de alimentação linear convencional, Holt construiu uma como as que são utilizadas nos osciloscópios.
Não ligava e desligava a energia sessenta vezes por segundo, mas milhares de vezes; isto permitia armazenar energia durante um tempo muito mais curto e, portanto, dissipar menos calor. Esta fonte de alimentação comutada foi tão revolucionária como a placa lógica do Apple II." Jobs acrescentou mais tarde: "O Rod não recebe muito crédito por isso nos livros de história, mas devia. Agora todos os computadores usam fontes de alimentação comutadas e todos copiam o projeto de Rod Holt."
Sem dúvida, como um astuto profissional de marketing, Steve Jobs gostaria que a Apple levasse o crédito pela implementação de fontes de alimentação comutada nos PCs, embora muitas outras empresas, como a IBM e a HP, tenham seguido o mesmo caminho na mesma altura, todas elas visando um maior desempenho e custos mais baixos.
No entanto, apesar das enormes vantagens desta tecnologia, a sua implementação e adoção no mercado têm sido relativamente lentas, e os analistas de mercado estimam que apenas 8% das fontes de alimentação fabricadas em 1978 se baseavam na topologia de comutação.

Tornando o meu teletipo mais pequeno, mais leve e mais rápido.
Na introdução, referi o retificador de potência tiratron REC-30 que alimentava um teletipo de 1930 [1]. Poucos sabem que, nessa altura, os teletipos eram máquinas de telecomunicações de última geração, muito antes da introdução do 1G, 2G, 3G, 4G e 5G, um sistema de comunicação que incentivou os designers de fontes de alimentação a inventar e a inovar.
Para além das topologias, um grande avanço no setor das fontes de alimentação comutada ocorreu em 1976, quando Robert Mammano, cofundador da Silicon General Semiconductors, apresentou o primeiro circuito integrado de controlo dedicado às fontes de alimentação comutada. O lançamento do SG1524 representou um salto significativo para a comunidade de fontes de alimentação, e a sua primeira aplicação foi numa nova geração de teletipos comercializados como "mais pequenos, mais leves e mais rápidos".
Originalmente desenvolvido para resolver um problema de fabrico de teletipos, o lançamento do SG1524 tornou-se o ponto de partida para as modernas fontes de alimentação comutadas, abrindo caminho para invenções e inovações de que todos beneficiamos hoje.

A corrida pela fonte de alimentação comutada está em curso.
Com o desenvolvimento do computador pessoal e de equipamento informático, a procura de alta eficiência e baixo peso aumentou a pressão sobre os designers de fontes de alimentação para melhorarem ainda mais o desempenho. Apesar da perceção de Steve Jobs, os líderes da indústria informática como a IBM possuíam departamentos de energia impressionantes, e o lançamento do computador pessoal IBM 5150 ditou o ritmo para o projeto de uma fonte de alimentação dedicada com o chip NE5560 e, mais tarde, o SG3524. Exclusivas na indústria de PCs, as fontes de alimentação comutada são específicas para uma motherboard e não estão prontamente disponíveis como opções "prontas a usar" para aplicações comuns, embora o efeito bola de neve entre fabricantes terceiros tenha ajudado a impulsionar o desenvolvimento dos seus próprios produtos, lançando linhas de produtos comerciais completas.
No setor industrial, é impossível enumerar todos os produtos e inovações, mas já que mencionamos a série "H" da Power-One, vale a pena mencionar um jovem engenheiro que se juntou à Power-One no início da década de 1980, chamado Steve Goldman. Liderou a equipa que concebeu a próxima geração de fontes de alimentação comutada, a série MAP. Curiosamente, a MAP recebeu este nome em homenagem ao engenheiro/designer-chefe da Power-One na altura, Michael Archer (Michael Archer Product).
Simultaneamente, os setores informático e industrial estavam a migrar para arquiteturas de energia comutada e, embora tenham sido necessários anos para que esta tecnologia superasse a solução linear já consolidada, uma série de convenções de eletrónica de potência começaram a ser realizadas em todo o mundo, proporcionando um fórum para que os engenheiros de energia aprendessem e partilhassem conhecimentos sobre novas tecnologias.

1980: O Ponto de Viragem para a Indústria Energética.
No final da década de 1970 e início da década de 1980, a indústria energética lançou as bases para o que é hoje. Embora a Conferência de Especialistas em Eletrónica de Potência (PESC) do IEEE tenha começado em 1970, os designers de sistemas de energia e os líderes da indústria consideravam um fórum diferente para partilhar conhecimentos tecnológicos, novas ideias e melhores práticas. A POWERCON decorreu em Beverly Hills, Califórnia, de 20 a 22 de março de 1975, e em 1978 foi seguida por uma conferência focada principalmente nas telecomunicações, denominada INTELEC. Infelizmente, após nove anos, a POWERCON encerrou as suas atividades em 1984, deixando a comunidade energética sem um fórum central.
Na altura em que a ARPANET, precursora da internet, tinha acabado de adoptar o protocolo TCP/IP (Janeiro de 1983), os engenheiros de energia ainda estavam longe de conversar e de fazer blogs, e com a crescente exigência de uma cooperação mais estreita dentro da indústria energética, a necessidade de um "balcão único" tornou-se evidente. A Sociedade Chinesa de Fontes de Alimentação (CPSS) foi fundada em 1983 [2], e a Associação de Fabricantes de Fontes de Alimentação (PSMA) foi estabelecida em 1985 [3]. Ambas as organizações tinham como objetivo partilhar conhecimentos e facilitar a comunicação dentro das respetivas comunidades energéticas e, 35 anos depois, ambas continuam a apoiar os engenheiros energéticos.
Simultaneamente à formação da PSMA, um grupo de oito engenheiros apaixonados — Bill Hazen (Prime Computer); Don Drinkwater (DEC); Phil Hower (Unitrode); Jonathan Wood (Data General); Marty Schlecht (MIT); Jack Wright (GE); Trey Burns (Data General) e John Kassakian (MIT) — conceberam a ideia de criar uma conferência de eletrónica de potência que abrangesse a investigação, a eletrónica aplicada e que ligasse os engenheiros eletrónicos a uma comunidade mais vasta, incluindo a indústria, para além de uma exposição. Seria denominada Conferência e Exposição de Eletrónica de Potência Aplicada (APEC) [4], e a primeira edição decorreu de 28 de abril a 1 de maio de 1986, em Nova Orleães.

E a história continua...
A indústria da electrónica de potência passou por muitos períodos de evolução, disrupção e revolução. Se a introdução do transístor de junção bipolar foi, sem dúvida, a "primeira" revolução tecnológica, não há dúvida de que a migração da conversão de energia linear para a tecnologia de comutação foi a segunda, e o início de uma longa viagem evolutiva.
Quarenta e três anos após o seu lançamento, a Voyager 2 percorreu 14 mil milhões de quilómetros no espaço profundo, e as fontes de alimentação concebidas por pioneiros no início da década de 1970 ainda estão a funcionar. É isto que nos torna tão apaixonados pelo que fazemos na indústria energética, e devemos agradecer a todos os génios designers de potência que não pude mencionar neste artigo e que ajudaram a tornar possível a transição da tecnologia linear para a de comutação.

Autor: Patrick Le Fevre, PRBX