Fonte de Alimentação Regulável de Alta Corrente (1.2V-37V, até 20A) com LM317 e TIP35C

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⚡ Por Que Este Projeto É Diferente?

Enquanto muitas fontes reguláveis no mercado ou em tutoriais online limitam-se a 3-5A, esta solução oferece até 20A contínuos graças à combinação inteligente do LM317 com transistores TIP35C em paralelo. Você finalmente terá uma fonte verdadeiramente versátil para projetos que exigem alta corrente, como testes de motores CC, carregadores de bateria e amplificadores de áudio profissionais.

Olá, makers e eletrônicos entusiastas! 

Se você já precisou de uma fonte de alimentação regulável de alta corrente para seus projetos mais ambiciosos e ficou frustrado com as limitações das opções comerciais ou dos projetos caseiros tradicionais, você está prestes a descobrir a solução definitiva. 

Neste guia completo, revelamos como construir uma fonte de bancada 1.2V-37V até 20A usando o clássico LM317 combinado com transistores TIP35C - e explicamos cada detalhe para você evitar erros caros durante a montagem.

No FVML, já compartilhamos diversos projetos de fontes, mas hoje vamos mergulhar em um circuito capaz de entregar até 20 Amperes: uma Fonte de Alimentação Variável de Alta Corrente, ajustável de 1.25V a 37V. 

Este projeto foi meticulosamente projetado para oferecer não apenas alta corrente, mas também excelente estabilidade de tensão e precisão, características essenciais para trabalhos profissionais.

🔍 Comparativo Rápido: Nossas Fontes de Alimentação para Bancada

Projeto	Tensão	Corrente	Características Principais	Link
Fonte Ajustável com LM350	1.25V-33V	3A	PCI incluído, ideal para projetos básicos	Ver projeto
Fonte com Tensão e Corrente Ajustável	0-30V	0-5A	Controle preciso de corrente, proteção avançada	Ver projeto
Fonte Variável com D13007	1.25V-35V	10A	Alta corrente com transistor único	Ver projeto
Fonte Regulável com TIP35C (este projeto)	1.25V-37V	Até 20A	Alta corrente com múltiplos transistores, dissipação térmica otimizada	Detalhes abaixo
Fonte Estabilizada 13.8V	13.8V fixo	30A	Tensão fixa para rádio-amadores	Ver projeto

💡 Princípio de Funcionamento: Combinando Regulação e Potência com Inteligência

O segredo por trás desta fonte de alta corrente está na combinação inteligente de dois tipos de componentes que trabalham em perfeita sinergia. Entender este funcionamento é fundamental para uma montagem bem-sucedida e segura.

1️⃣ O Regulador de Tensão (LM317): O Cérebro da Precisão

O LM317 é um regulador de tensão positiva ajustável altamente confiável, capaz de oferecer excelente precisão de tensão, eficiência e estabilidade térmica. Sua função principal aqui é estabelecer a tensão de saída desejada com alta precisão.

Através do potenciômetro (P1), variamos a tensão no pino de ajuste do LM317, que por sua vez define a tensão de saída (entre seu pino OUT e ADJ, mantendo 1.25V de referência). O LM317 por si só só consegue fornecer cerca de 1.5A, mas sua verdadeira força está na capacidade de ajuste preciso da tensão de saída através da seleção adequada de resistores externos.

2️⃣ Os Transistores de Potência (TIP35C) como "Amplificadores" de Corrente

Para alcançar os impressionantes 20A desejados, utilizamos transistores de potência NPN, como o TIP35C, em uma configuração conhecida como "pass transistor" ou seguidor de emissor. O TIP35C é um transistor NPN de alta potência, projetado especificamente para aplicações de amplificação e chaveamento de potência geral.

A saída regulada do LM317 (após passar por R1) alimenta a base desses transistores. Os transistores, por sua vez, controlam o fluxo de corrente principal que vem da fonte de entrada (retificada e filtrada) diretamente para a saída. Essencialmente, o LM317 define a tensão com precisão, e os TIP35C fornecem a "força" (corrente) necessária, atuando como válvulas controladas pela tensão do LM317.

A tensão final na saída será muito próxima à tensão na base dos transistores (definida pelo LM317), menos a pequena queda de tensão base-emissor (Vbe) dos TIP35C. Este arranjo permite que mantenhamos a precisão do LM317 enquanto escalamos a capacidade de corrente através dos transistores adicionais.

🛑 Componentes Críticos e Limitações de Projeto: O Que Você Precisa Saber

🧠 O Cérebro da Operação: LM317

Característica	Detalhe Técnico
Função	Regulador de tensão positiva ajustável
Range de Tensão	1.25V a 37V
Corrente Máxima (isolado)	1.5A
Proteções	Contra sobrecarga térmica e curto-circuito (protege a si mesmo)
Vantagens	Alta precisão de tensão, estabilidade térmica e facilidade de uso

🪢 Os Músculos: Transistor de Potência TIP35C

O TIP35C é um transistor NPN de alta potência projetado especificamente para aplicações de amplificação e chaveamento de potência geral. Suas especificações são impressionantes:

Especificação	Valor	Observação Crítica
Vceo (Tensão Coletor-Emissor)	100V	Essencial ser maior que a tensão máxima de entrada DC
Ic (Corrente de Coletor)	25A	Limite máximo absoluto sob condições ideais
Pd (Dissipação Total)	125W a 25°C	O fator MAIS CRÍTICO para operação segura

📝 Calculando os 20 Amperes: A Matemática por Trás da Potência

O datasheet informa Ic(max) = 25A e Pd(max) = 125W. É crucial entender que você não pode ter ambos ao mesmo tempo em aplicações práticas. A potência dissipada em cada transistor (convertida em calor) é calculada por:

P_dissipada = (Tensão_{Entrada_CC} - Tensão_{Saída_Ajustada}) × Corrente_{Por_Transistor}

Exemplo Prático:

Se sua entrada CC (após C1) for 45V e você ajustar a saída para 12V com uma carga puxando 16A (distribuída igualmente entre 4 transistores, 4A cada):

• P_{dissipada_por_transistor} = (45V - 12V) × 4A = 33V × 4A = 132 Watts!

Neste cenário, um único transistor estaria operando acima de sua capacidade máxima de dissipação (125W), o que levaria à falha térmica. Este é exatamente o motivo pelo qual precisamos de múltiplos transistores trabalhando em paralelo.

🤔 Quantos Transistores para 20A com Segurança?

Para operar de forma robusta e segura próximo a 20A, especialmente em tensões de saída mais baixas (onde a dissipação é maior), recomendamos:

• Mínimo absoluto: 4 transistores (para uso esporádico em condições ideais)
• Recomendado para uso regular: 6 transistores (distribuindo 3.3A por transistor em 20A total)
• Para operação contínua em alta dissipação: 8 transistores (2.5A por transistor)

⚠️ Alerta Técnico Crucial

A dissipação térmica é o desafio número um deste projeto. Mesmo com 6 transistores, em condições de alta dissipação (ex: entrada 45V, saída 5V, 20A), cada transistor dissiparia cerca de 80W. Isso requer um sistema de refrigeração extremamente eficiente - não subestime este aspecto!

🧭 Resistores de Emissor (R3, R4, R5...): O Segredo do Balanceamento

Os resistores de baixo valor conectados aos emissores de cada transistor são fundamentais para garantir que a corrente seja distribuída uniformemente entre todos os transistores:

Característica	Valor Recomendado	Justificativa Técnica
Valor do Resistor	0.1Ω a 0.22Ω	Valores menores que 0.1Ω não balanceiam adequadamente; maiores que 0.22Ω causam perda excessiva de potência
Potência Mínima	10W	Para 20A com 6 transistores (3.3A por resistor): P = R × I² = 0.1 × (3.3)² = 1.09W, mas picos e desbalanceamentos exigem margem de segurança
Montagem	Espaçamento adequado	Evita superaquecimento mútuo; prefira resistores não-indutivos com boa ventilação

💡 Considerações Essenciais de Projeto e Montagem Segura

🌀 Transformador e Retificação de Entrada: A Base da Potência

Para uma fonte de 20A, o transformador é tão importante quanto o circuito regulador. Um projeto mal dimensionado aqui comprometerá todo o sistema.

Parâmetro	Cálculo/Recomendação	Justificativa
Tensão Secundária AC	30-35V CA	Para obter ~42-45V CC após retificação (necessário para 37V na saída)
Potência Mínima (VA)	1000-1200 VA	VA = TensãoAC × CorrenteDC × 1.4 = 35V × 20A × 1.4 ≈ 980 VA
Ponte Retificadora	KBPC5010 + dissipador	50A, 1000V - capaz de lidar com a corrente de pico e dissipar o calor gerado

☑️ Capacitor de Filtro Principal (C1): Estabilidade na Tensão

O capacitor de filtro é crucial para reduzir o ripple (ondulação) na tensão de entrada do regulador. Para 20A, um ripple baixo é essencial para o funcionamento estável.

• Capacitância mínima: 10.000μF (recomendado: 22.000μF ou mais)
• Tensão nominal: 63V mínimo, preferencialmente 80V-100V (para 35V CA: 35 × 1.414 ≈ 49.5V)
• Ripple Current Rating: Verifique se o capacitor suporta a alta corrente de ripple esperada (pelo menos 10-15A RMS)

🗜️ Dissipação de Calor: O Maior Desafio - Como Evitar a Falha Térmica

🔥 Alerta Vermelho: Gerenciamento Térmico

80% das falhas em fontes de alta corrente ocorrem devido a problemas térmicos. Não subestime este aspecto crítico!

Solução Profissional para Dissipação Térmica:

1. Dissipador de calor: Resistência térmica máxima de 0.3°C/W para operação contínua a 20A (recomenda-se dissipador de alumínio com área de superfície de pelo menos 1500cm²)
2. Ventilação forçada: Duas ventoinhas de 120mm (12V/0.25A cada) posicionadas para puxar ar através do dissipador
3. Montagem térmica: Pasta térmica de alta qualidade + isoladores de mica de 0.3mm + buchas isolantes de nylon
4. Monitoramento: Adicione um sensor de temperatura (ex: LM35) conectado a um alarme sonoro que dispare acima de 70°C

⚡ Fiação e Layout da PCB: Segurança e Desempenho

Para projetos de alta corrente, o layout da PCB e a fiação são tão importantes quanto os componentes selecionados. Um layout inadequado pode causar quedas de tensão indesejadas, interferência e até falhas catastróficas.

Área Crítica	Recomendação Profissional	Por Que Isso Importa
Trilhas de alta corrente	Largura mínima de 5mm (200 mil) com cobre de 2oz; reforçar com solda ou fio rígido	Reduz resistência e aquecimento nas trilhas
Conexões de terra	Plano de terra sólido com múltiplas vias térmicas	Evita loops de terra e garante referência estável
Componentes sensíveis	Manter longe de transistores de potência e dissipador	Evita interferência térmica e elétrica
Fiação externa	AWG 10 para conexões principais (entrada/saída)	Capaz de suportar 20A continuamente sem superaquecer

🧯 Segurança em Primeiro Lugar: Proteções Essenciais

Trabalhar com altas correntes exige medidas de segurança rigorosas. Aqui está o checklist completo para proteção:

Fusível de Entrada AC

15A slow-blow no primário do transformador. Protege contra falhas no transformador e curtos na rede elétrica.

Fusível de Saída CC

25A fast-blow na saída. Protege a carga e a fonte em caso de curto-circuito externo.

Proteção Térmica

Termostato automático (75°C) no dissipador. Desliga a fonte em superaquecimento.

Isolamento

Caixa plástica reforçada com barreira física entre circuito de alta e baixa tensão.

✅ Checklist de Segurança Final

• Todos os fusíveis instalados e verificados
• Isolamento adequado em todos os pontos de alta tensão
• Sistema de refrigeração testado antes da carga máxima
• Conexões de fiação apertadas e seguras
• Teste inicial com carga resistiva limitada (lâmpadas halógenas)

🔌 Diagrama Esquemático Otimizado

O diagrama da Figura 2 abaixo ilustra o circuito completo com 4 transistores TIP35C para uso com operação simplória. Para uma operação robusta em 20A de forma contínua, recomendamos a inserção de no mínimo mais 4 transistores, como indicado no texto do artigo.

Fig. 2 - Diagrama-Esquemático-Fonte-Regulável-1.2V-37V-até-20A-com-LM317-4-TIP35C

🗒 Lista de Materiais Completa e Verificada

Componente	Especificação	Quantidade	Dica Profissional
CI1	LM317 (TO-220)	1	Use versão "L" para melhor regulagem de carga
Q1-Q6	TIP35C (ou equivalente)	6	Verifique datasheet para garantir Vceo ≥ 100V
D1	KBPC5010	1	Monte em dissipador separado com pasta térmica
D2-D7	1N4007	6	Protegem as bases dos transistores
C1	22.000μF / 80V	1	Use 2x 10.000μF em paralelo para melhor ripple current
C2, C3	0.1μF cerâmico 50V	2	Coloque o mais próximo possível do LM317
R1	220Ω 1/4W	1	Limita corrente para as bases dos transistores
R2	10kΩ 1/4W	1	Pode substituir por trimpot para ajuste fino
R3-R8	0.1Ω 10W não-indutivo	6	Espaçamento mínimo de 1cm entre resistores
P1	Potenciômetro 5kΩ linear	1	Use modelo blindado para evitar ruído
Transformador	35V CA, 1200VA	1	Verifique temperatura após 1h de operação
Dissipador	Alumínio, 0.3°C/W	1	Área mínima de 1500cm² com 2 ventoinhas 120mm
F1 (AC)	Fusível 15A slow-blow	1	Porta-fusível na placa de montagem
F2 (CC)	Fusível 25A fast-blow	1	Porta-fusível na saída com indicador LED

🖨️ Layout da Placa de Circuito Impresso (PCI) Otimizado

Para quem prefere uma montagem mais organizada e profissional, nosso parceiro "elcircuits.com" desenvolveu um layout de PCB especialmente otimizado para este projeto, com foco em gestão térmica e segurança.

Fig. 3 - Layout PCB Otimizado para Fonte Regulável 20A - elcircuits.com

• Características do PCB profissional: Trilhas de 5mm para alta corrente, plano de terra sólido, posicionamento otimizado para dissipação térmica, áreas reforçadas com solda

• Arquivos disponíveis: Gerber, PDF e esquemático completo

• Importante: Ao usar qualquer layout de PCB, verifique se as trilhas de alta corrente são suficientemente largas e se a disposição dos componentes permite uma boa gestão térmica.

🧾 Conclusão: Sua Fonte de Bancada Definitiva

Construir esta fonte de alimentação de alta corrente é, sem dúvida, um projeto eletrônico avançado, mas os benefícios valem cada minuto investido. Com este projeto em mãos, você terá uma ferramenta de bancada incrivelmente poderosa e versátil, capaz de alimentar praticamente qualquer projeto que exigir até 20A de corrente contínua.

✅ Checklist Final de Sucesso

• Gerenciamento térmico adequado (dissipador + ventoinhas) - O fator mais crítico!
• 6 transistores TIP35C para operação contínua segura a 20A
• Transformador de 1200VA para evitar sobrecarga
• Capacitor de 22.000μF para mínimo ripple
• Sistema completo de proteção (fusíveis AC/DC, proteção térmica)
• Fiação adequada (AWG 10) para alta corrente

Lembre-se: 20A é um limite superior - a operação contínua nesse nível exige múltiplos transistores e refrigeração ativa adequada. Para a maioria dos projetos, 15A contínuos será mais do que suficiente e muito mais seguro termicamente.

Ao finalizar sua montagem, reserve tempo para testes graduais com cargas resistivas conhecidas (lâmpadas halógenas são excelentes para isso) antes de conectar seus projetos valiosos. A paciência na fase de teste evitará muitos problemas futuros!

👋 Esperamos que este guia completo sirva como um recurso valioso para o seu projeto!

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Deus vos Abençoe!

Shalom.