Fonte Ajustável 1,2V à 37V, 6A, com Proteção Contra Curto-Circuito com LM317 e TIP36 + PCI

Fig. 1 - PCB Fonte Ajustável 1,2V à 37V, 6A, com Proteção Contra Curto-Circuito com LM317 e TIP36

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Olá a Todos!!!

Já faz algum tempo que venho postando aqui em nosso site, algumas projetos interessantes de fontes variáveis, utilizando os velhos e conhecidos LM317, e os LM350, que são os mais básicos, e fáceis de ser encontrados nas lojas de eletrônica, no entanto eles fornecem: LM317 = 1.5A e o LM350 = 3A, foi então que passamos a incrementar aos circuitos os drivers booster, que são circuitos auxiliares feitos com transistores de potência para aumentar a corrente de saída da fonte... 

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No entanto, gerou-se um problema que alguns dos nossos inscritos, tanto aqui do nosso Site, como em nosso canal do YOUTUBE, alegaram: "E se eu tiver um curto na saída, irei estourar os transistores???" 

E a resposta foi, SIM, "claro que podemos colocar um fusível com corrente inferior a suportada pelos transistores, mas, aí teria que está trocando o fusível, e isso não é muito prático", como sabemos, esses circuitos quando colocamos circuitos Booster, eles perdem a proteção contra curto-circuito, já que a corrente fluirá através do transistor de potência, sendo assim, muitos procuravam outros projetos, que temos aqui em nosso site, como também, recebemos muitas sugestões dos nossos inscritos, para que se colocasse um circuito de proteção... 

Como sempre escutamos a opinião e solicitações dos nossos Inscritos... Faremos no post de hoje uma Fonte Ajustável com Proteção Contra Curto-Circuito com LM317. 

O Circuito

O circuito eletrônico segue à princípio, o mesmo contexto de outros circuitos já descrito aqui em nosso Site, são tipicamente circuitos estabilizador de tensão positiva ajustável de três terminais com o LM317, com uma incrementação do circuito Booster, utilizando o TIP36C, que é um transistor de potência de baixo custo, o diferencial é a implementação de um circuito protetor contra curto-circuito, utilizando o transistor PNP BD140.   

Como o Circuito Funciona

O resistor R1, que é um resistor Sensor de Carga, recebe uma pequena corrente que flui através dele, e enquanto a corrente no circuito de saída, não atinge uma determinada corrente calculada em cima do R1, o circuito se comporta como um regulador de tensão normal, pois para pequenas correntes "calculada", não ha queda de tensão no resistor Sensor de Carga, sendo assim o Transistores Boosters TIP36C não dispara.

Se ha uma aumento de corrente no circuito, a tensão no resistor R1 aumenta, e se essa tensão atingir aproximadamente 0,6V "tensão de corte do transistor", o transistor de potência é acionado e a corrente fluirá através deles, e o limite será dado pela corrente máxima suportada pelos transistores de Potência.

No entanto implementamos um circuito de proteção de corrente, que consiste em um circuito dotado de um transistor BD140, com um resistor que funciona como resistor sensor de corrente, que serve para polarizar o transistor, e que dependendo do valor determinado, ele irá delimitar a corrente de saída de todo o circuito seguindo uma simples fórmula da Lei de Ohms, que serve para estipular essa corrente de delimitação.

Formula 1° Lei de Ohm

A 1ª lei de Ohm determina que a diferença de potencial entre dois pontos de um resistor, é proporcional à corrente elétrica estabelecida nele, e a razão entre o potencial elétrico e a corrente elétrica é sempre constante para resistores ôhmicos. A formula é dada por: V = R * I

• V – Tensão ou Potencial Elétrico
• R – Resistência Elétrica
• I – Corrente Elétrica

Dotado do conhecimento da lei de ohms, podemos agora calcularmos os valores dos resistores Sensor de Carga, que ativa a etapa de potência, e os resistores de polarização dos transistores de proteção, que é o circuito de proteção contra Curto Circuito.

Calculo Resistor de Carga

Em primeiro lugar, temos que saber a corrente do Regulador de tensão LM317, que segundo o datasheet é de 1.5 amperes.

• LM317 = 1.5A

Vamos calcular o R1, sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

• V = R * I

V =  A tensão de corte do transistor Q2 & Q3 TIP36C, é de 0.6V "Que é a região de corte do Transistor". Vamos chamar o Q2 e Q3 de Qeq

I = É a corrente do CI1 regulador, vamos colocar a corrente de trabalho do CI1 em 600mA, que é igual a 0,600A, essa corrente é suficiente para que o CI trabalhe com folga, sem preocupações.

Então:

• R1 = Vbe_Qeq / I_CI1
• R1 = 0,6V / 0,600A
• R1 = 1 ohms

Calculo Resistor do Circuito Proteção

Do mesmo modo, temos que saber a corrente total da fonte escolhida para que haja um corte nessa região. A nossa fonte é para 6 Amperes.

• Fonte = 6A

Vamos calcular o R2. Sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

• V = R * I

V =  A tensão de corte do transistor Q1 é de 0.6V "Que é a região de corte do Transistor".

I = É a corrente total da Fonte, que é 6A.

Então:

• R1 = Vbe_Q1 / I_Fonte
• R1 = 0,6V / 6A
• R1 = 0,1 ohms

Corrente dos Transistores de Potência

• Q2 + Q3 = 25A + 25A = 50A
  

No entanto a potência dos transistores TIP36C, é de 125W,  isso significa que ele trabalha com corrente de 25A à 5V, lembra da fórmula acima, P=V*I;  

P = 5V * 25A = 125W.

Para esse circuito com tensão máxima de 37V, e os transistores com potência máxima de 125W,  ficamos assim:

Pmax = V * I:

Imax = P / V => Imax = 125W / 37V => Imax =  3.37A

Como são dois transistores em conjunto Imax = 6.74A

Por isso nosso circuito trabalha com dois transistores TIP36C para conseguirmos 6 Amperes na saída.

Na figura 2 temos o diagrama esquemático do circuito fonte ajustável com proteção contra curto-circuito, para que nos acompanha já conhece muito bem esse circuito, o que diferença é justamente a implantação do circuito de proteção, como podemos ver abaixo.

Fig. 2 - Diagrama esquemático Circuito fonte Ajustável com proteção contra curto-circuito

Lista de Material

• CI1 ------------- Regulador de Tensão LM317
• Q1 ------------- Transistor PNP BD140
• Q2, Q3 -------- Transistor de Potência PNP TIP36C
• D1 -------------- Ponte Retificadora 50A - KBPC5010
• D2, D3 --------- Diodo retificador 1N4007
• R1 -------------- Resistor 2W / 1Ω
• R2, R4, R5 ---- Resistor 5W / 0.1Ω
• R3 -------------- Resistor 1/4W / 220Ω
• C1 -------------- Capacitor eletrolítico 5.600uF - 50V 
• C2, C3 --------- Capacitor Poliéster/Cerâmico 0.1uF ou 100nF 
• RV1------------- Potenciômetro 5KΩ
• P1, P2 --------- Conector tipo terminal parafusado 5mm 2 Pinos
• Outros --------- Fios, Soldas, bateria, placa de circuit impresso, etc.
  
  

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