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terça-feira, 26 de abril de 2022

Conversor Booster Variável, entrada 12V saída 5 à 48V com CI UC3843 + PCI

Fig. 1 - Conversor Booster Variável, entrada 12V saída 5 à 48V com CI UC3843 + PCI

Olá a Todos!

No post de hoje, montaremos um simples conversor Booster CC/CC baseado no Circuito Integrado UC3843, a faixa de frequência de trabalho é cerca de 90 95KHz.

Ele consegue converter uma tensão de entrada entre 9 à 18Vcc para uma tensão de saída ajustável conforme a sua necessidade em uma faixa entre 4 à 50Vcc.

Aplicações

Essa categoria de conversor, pode ser utilizado em uma ampla gama de equipamentos que precisam de alimentação maior ou menor que a tensão de entrada, já que essa categoria de conversor funciona como um elevador ou diminuidor de tensão, e podemos utilizar em:

  • Notebook
  • Amplificadores
  • Rádios portáteis
  • Carregador USB
  • Televisores
  • Filmadoras
  • Entre muitos outros

Como o Circuito Funciona? 

Esse circuito conversor Booster, converte uma tensão de entrada de Corrente Contínua CC, em outra tensão de CC.

A tensão de entrada é cerca de 9 a 18Vcc, e a tensão de saída pode ser selecionada conforme sua necessidade, cerca de 3 a 50Vcc

A tensão de saída pode ser menor ou maior que a de entrada. O Circuito é baseado na topologia de conversores do tipo Ćuk magnético, com controle de frequência PWM, conduzido pelo circuito integrado UC3843, bastante conhecido no mercado, e bem em conta.

Os capacitores C1 e C2, são capacitores que ajudam a eliminar os Ripples e filtrar transientes advinda da fonte. 

O que é Conversor Ćuk

O conversor Ćuk ou regulador Ćuk é um conversor CC/CC que fornece uma tensão de saída que é menor ou maior que a tensão de entrada, mas a polaridade da tensão de saída é oposta à da tensão de entrada. 

Os reguladores Ćuk baseiam-se na transferência de energia do capacitor. Como resultante, a corrente de entrada é contínua. O circuito tem baixas perdas de chaveamento e eficiência elevada, e uma corrente “Ripple” de ondulação quase zero. 

Características do Circuito Integrado

O Circuito Integrado UC3843 fornece os recursos necessários para implementar esquemas de controle de modo de corrente de frequência fixa OFF-LINE ou CC para CC, com um número mínimo de componentes externos. 

Os circuitos implementados internamente incluem um bloqueio de subtensão (UVLO), apresentando uma corrente de inicialização inferior a 1 mA e uma referência de precisão ajustada para precisão na entrada do amplificador de erro. 

Outros circuitos internos incluem lógica para garantir a operação travada, um comparador de modulação por largura de pulso (PWM) que também fornece controle de limite de corrente e um estágio de saída totem-pole projetado para fornecer ou absorver corrente de pico alto. 

O estágio de saída, adequado para acionar MOSFETs de canal N, é baixo quando está no estado desligado.

O Indutor!

O conversor usa um indutor duplo, com relação 1:1. Podemos montar o nosso indutor, enrolando dois fios iguais, simultaneamente em um núcleo toroidal (Tipo Anel) de pó de ferro, como mostrado na Figura 2, abaixo.

Fig. 2 - Indutor toroidal 60uH - 24 voltas de Fio 1mm

Recomendamos utilizar o núcleo toroidal desses encontrados em fontes ATX, de cor amarelo-branco (material 26) ou com núcleo verde-azul (material 52). Ambos os materiais têm a mesma permeabilidade de 75.

Baseado na tensão escolhida em nosso projeto, o indutor foi enrolado em um núcleo toroidal com 2 fios de 1mm, com 24 voltas, enrolados juntos na mesma direção. A indutância de cada enrolamento fica em torno de 60uH

Regulagem da tensão de Saída!

A tensão de saída é determinada através do trimpot RP1, podendo ser calculada seguindo a fórmula descrita abaixo:

  • R1 = (Vout - 2,5) * 1880
Vout = Tensão em Volts e, R = Resistência em Ohms

Em nosso caso, o resistor que calcularemos será para 19V, para alimentar um notebook  em nosso carro:
  • RP1 = (19 - 2,5) * 1880
  • RP1 = 16,5 *1880
  • RP1 = 31,020 ou 31,02KΩ
Lembrando que o Trimpot está em série com o resistor R2, sendo assim, devemos subtrair o valor do resistor R2 que é de 2.200Ω, com o valor calculado, exemplo:
  • RP1 = 31,020Ω
  • R2 = 2,200Ω
Então:
  • 31,0202 - 2,200 =   28,820, ou 28,8KΩ
Esse é o valor que deve está regulado o Trimpot, RP1.
Mas, você pode está colocando um multímetro na saída e regular o mesmo para a tensão desejada.

Digrama Esquemático do Circuito

Na Figura 3 abaixo, temos o diagrama esquemático do circuito Conversor Booster, e a disposição dos componentes, é um circuito simples de se montar, mas é necessário dar atenção a montagem, por isso o conhecimento técnico necessário para montar esse circuito está entre o nível Intermediário ao avançado.
Fig. 3 - Conversor Booster Variável, entrada 12V saída 5 à 48V com CI UC3843

Lista de Componentes

  • Semicondutores
    • U1 ........ Circuito Integrado UC3842
    • Q1 ........ Transistor Mosfet NPN IRF3710
    • D1 ........ Diodo Schottky MBR10150

  • Resistores
    • R1 ........ Resistor 8.2KΩ (cinza, vermelho, vermelho, dourado
    • R2 ........ Resistor 2.2KΩ (vermelho, vermelho, vermelho, dourado
    • R3 ........ Resistor 4.7KΩ (amarelo, violeta, vermelho, dourado
    • R4 ........ Resistor 150KΩ (marrom, verde, amarelo, dourado
    • R5 ........ Resistor 10Ω (marrom, preto, marrom, dourado
    • R6 ........ Resistor 1KΩ (marrom, preto, vermelho, dourado
    • R7 ........ Resistor 10KΩ (marrom, preto, laranja, dourado
    • R8 ........ Resistor 0.08Ω (preto, cinza, prata, dourado
    • RP1 ..... Trimpot de 100KΩ

  • Capacitores
    • C1, C2, C8 ..... Capacitor Eletrolítico 3.300μF / 65V
    • C2, C3, C9 ..... Capacitor Poliéster/Cerâmico 100nF
    • C4 .................. Capacitor Poliéster/Cerâmico 2.2nF
    • C5 .................. Capacitor Poliéster/Cerâmico 150pF
    • C6 .................. Capacitor Poliéster/Cerâmico 330pF

  • Indutor
    • L1 .................. Indutor duplo 60uH *ver texto

  • Diversos
    • P1, P2......... Conector WJ2EDGVC-5.08-2P
    • F1 .............. Fusível de 10A soldável.
    • Outros ....... Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

A Placa de Circuito Impresso

Estamos disponibilizando os arquivos contendo a PCI, como ilustrado na Figura 4 abaixo, o Diagrama Esquemático, o PDFGERBER JPG, PNG, e disponibilizando um link direto para baixar gratuito e em um link direto, "MEGA".
Fig. 4 - PCI - Conversor Booster Variável, entrada 12V saída 5 à 48V com CI UC3843

Link direto para baixar

Clique no link ao lado para baixar os arquivos: Layout PCB, PDF, GERBER, JPG

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segunda-feira, 18 de abril de 2022

Pinagem - Pinout Fonte ATX - Especificações e Características!

Fig. 1 - Pinagem - Pinout Fonte ATX - Especificações e Características!

Especificações

As fontes de alimentação ATX, foram desenvolvidas para trabalharem principalmente com Computadores. Seu funcionamento consiste em, converter uma corrente alternada AC vinda da rede de fornecimento elétrico, em várias tensões de corrente contínua CC.

Para você que quer saber o assunto mais detalhados do funcionamento de uma fonte ATX, fizemos um Post que explica com fotos ilustrativas reais da placa da fonte e sua posição do diagrama esquemático, explicado o funcionamento em etapas de uma fonte ATX, para mais, clique no link abaixo:

Características

As principais tensões de fornecimento da fonte de alimentação ATX são: +3,3V, +5V, e +12V. E as tensões pontuais de baixa corrente, -12V e +5VSB (standby).  Existia ainda uma saída de -5V que era para alimentar os obsoletos barramentos ISA

Existem diversos modelos de fontes ATX no mercado, e cada uma veem com mais periféricos, separamos aqui os mais comuns entre todas elas.

Pinagem - Pinout Fonte ATX

Conector 20 ATX

O primeiro conector que mostraremos, é o maior entre todos, ele é conhecido como; Conector 20 ATX, o conector contém 20 pinos, como mostrado na Figura 2 abaixo. 
Fig. 2 - Conector 20 ATX -  Conector de 20 Pinos

Essa categoria de conector já são considerados obsoletos, já que a maioria das placas mães, utilizam o Conector 20 + 4 ATX.

Conector 24 ATX 

O conector 24 ATX foi a evolução do Conector 20 ATX, ele conta com 24 pinos, disposto em um único conector. Alguns fabricantes pensando em atender as placas mais antigas, dividem em dois  conectores um de 20 pinos mais um de 4 pinos, daí que sai a nomenclatura 20 + 4 ATX, como mostradona Figura 3 abaixo.
Fig. 3 - Conector 24 ATX -  Conector de 24 Pinos

Essa categoria de conector, além de levar alimentação para a placa, ele também é responsável por levar alguns pinos com funções especiais, que abordaremos logo mais abaixo.

Conector EPS12V

Para essa categoria de conector, existem três versões:
  • Conector 4 EPS12V — Esses conectores surgiram nas versões das fontes ATX, a partir da versão 1.3, distribuídas com conectores 4 EPS12V, como mostrado na Figura 4 abaixo.
Fig. 4 - Conector 4 EPS12V -  Conector de 4 Pinos

  • Conector 6 EPS12V - Esses  conectores surgiram a partir das versões 2.0 das fontes ATX, distribuídas com conectores 4 + 2 EPS12V, como mostrado na Figura 5 abaixo. 

    As fontes mais modernas utilizam dois conectores conjugados, ou seja, um de 4 pinos e outro de 2 pinos, encaixáveis, para facilitar na compatibilidade das versões mais antigas, e outros já veem com o conector de 6 pinos.
Fig. 5 - Conector 6 EPS12V -  Conector de 6 Pinos

  • Conector 8 EPS12V - Esses  conectores surgiram a partir das versões 2.0 das fontes ATX,  distribuídas com conectores 4 + 4 EPS12V, como mostrado na Figura 6 abaixo.
     
    As fontes mais modernas utilizam dois conectores conjugados, ou seja; dois conectores de 4 pinos que são encaixáveis, para facilitar na compatibilidade das versões mais antigas, e outros já veem com o conector de 8 pinos.
Fig. 6 - Conector 8 EPS12V -  Conector de 8 Pinos

Conector Molex Peripheral

Essa categoria de conector, é um dos mais tradicionais, ainda muito presente nos PCs. Essa categoria de conectores são utilizados para alimentar diversas categorias de equipamentos, tais como: 

Disco Rígido, Unidades de DVD/CDs, Placas Auxiliares, Algumas placas de vídeo, e em alguns casos, Placa Mãe de equipamentos industriais que utilizam essa categoria de fonte. O conector Molex é mostrado na Figura 7 abaixo.
Fig. 7 - Conector Molex Peripheral -  Conector de 4 Pinos

Conector Floppy Drive

Os Conectores Floppy Drive, são conectores obsoletos, não utilizados atualmente, e por obviedade tendem a desaparecer, a maioria das fontes, já não trazem mais essa categoria de conector, a imagem ilustrativa do conector é mostrado na Figura 8 abaixo.
Fig. 8 - Conector Floppy Driver -  Conector de 4 Pinos

Ele era utilizado em dispositivos de leitura dos antigos, disquetes, que eram alimentados por essa categoria de conector, que hoje não são mais visíveis em nenhum computador.
 

Conector peripheral SATA Power

Este conector é considerado a prova de erros, já que tem um orifício que faz com que o conector não seja ligado erradamente evitando qualquer erro na conexão, ele é  responsável pela alimentação dos periféricos, como: Disco Rígido, Drive CD/DVD como alimentação SATA, e em alguns casos, placas de vídeos que possuem alimentação SATA. A imagem ilustrativa e mostrada na Figura 9 abaixo.

Fig. 9 - Conector peripheral SATA Power - 15 Pinos

ATX Auxiliar Power Cable

Esse conector é utilizado na alimentação auxiliar de alguns periféricos, esses periféricos são equipamentos que precisam serem alimentados com as tensões de +3.3V e +5V

Fig. 10 - Conector Auxiliar ATX - 6 Pinos.

Funções Especiais Conector 20 e 24 ATX

Como já mencionara no início do Post, existem 4 fios dos 20 ou 24 fios, com funções especiais nas fontes ATX, são eles:

  • Pino 14 para o conector 20 ATX, ou o pino 16 para o conector 24 ATX - Esse é identificado por um fio padrão da cor Verde. Sua sigla é PS_ON, que significa “Power Supply On”, esse fio é quem recebe o comando da placa-mãe, que quando pressionamos o botão de ligar o PC, a placa mãe aterra esse PS_ON ao Ground, ou GND, ligando toda fonte de alimentação.

    Digo toda fonte, porque as fontes ATX, são dotadas de duas fontes independentes, a fonte stand alone, que é uma pequena fonte que fornece uma tensão de +5V com no máximo 2A, ela fica ligada logo que você conecta a fonte ATX na energia, ela serve para alimentar os periféricos de standby da fonte e da placa mãe, e a fonte de potência, que liga todas as linhas de alimentação.

    Caso queira ligar a fonte ATX, é só conectar o Fio Verde PS_ON, ao fio Preto, GND ou terra que a fonte irá ser acionada enquanto o fio verde estiver aterrado.

  • Pino 8 - Esse pino é identificado por um fio Cinza. Sua sigla é PG, que significa “Power Good” esse fio é quem indica que a fonte se estabilizou e está pronta para uso.

    O seu funcionamento é simples, quando acionamos a fonte, ele se mantém em baixa por um tempo de cerca de (100-500 ms).

  • Pino 9 - Esse é identificado por um fio padrão da cor Roxa. Sua sigla é +5VSB, que significa “+ 5V Standby”. 

    Esse fio é quem alimenta os circuitos de standby, como, por exemplo, o circuito Power On, enquanto a fonte principal que fornece as tensões de +3.3V, +5V, +12V, -12V, de potência, esta desligada.

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quarta-feira, 30 de março de 2022

Fonte de Alimentação Linear Unipolar para Amplificadores de Audio HI-FI + PCI

Fig. 1 - Fonte de Alimentação Linear Unipolar para Amplificadores de Áudio HI-FI + PCI

Olá a todos!!!

No post de hoje, nós montaremos o circuito de uma fonte de alimentação linear unipolar bastante simples que servirá para a maioria dos amplificadores de áudio proposto aqui em nosso site.

Essa fonte foi desenvolvida para ser utilizada em amplificadores de Áudio, no entanto, você pode está utilizando essa fonte para qualquer equipamento que necessite de Tensão CC, com uma boa filtragem.

Disponibilizaremos também a Placa de Circuito Impresso para você baixar, e montar o seu sem muitas preocupações.

Você pode se interessar também!

Fonte de Alimentação

As fontes de alimentação, são conjuntos de dispositivos eletro-eletrônico, e a principal função de uma fonte de alimentação é converter a energia elétrica CA "Corrente Alternada" para uma tensão CC "Corrente Contínua".

Basicamente as fontes lineares são compostas por três principais componentes.
  • O transformador
  • A ponte de Diodos
  • Os Capacitores
Existem outros componentes que podem se agregados para ajudar na qualidade, como indutores, etc... mas estamos falando de fontes lineares simples,  cujos componentes utilizados aqui em nosso circuito, já entregam uma boa qualidade de energia CC com baixos ripples.

Diagrama esquemático

Na figura 2 temos o diagrama esquemático da Fonte de Alimentação Linear Unipolar para Amplificadores de Áudio Alta-fidelidade

Fig. 2 - Diagrama Esquemático Fonte de Alimentação Linear Unipolar para Amplificadores de Áudio HI-FI

Esse circuito foi desenvolvido para trabalhar com alimentação várias tensões, o que irá diferir será o transformador utilizado.

A alimentação proposta para essa fonte é de 42Vcc, no entanto, você pode estar mudando essa tensão para mais ou para menos conforme o seu projeto.

Só terás que fazer alterações em seu transformador e na tensão de suporte dos capacitores, considerando ainda a tensão e corrente da ponte de Diodo.

Calculando a Tensão de Saída.

Para executarmos essa alteração na tensão de saída, podemos utilizar um rápido cálculo para descobrirmos qual será a tensão de saída na fonte, após passado pela retificação e filtragem no circuito.

A fórmula é bem simples:

  • Vsaida = 2 * Ventrada

Vsaida = Tensão de saída da fonte CC
Ventrada = Tensão entrada vinda do transformador

Se temos um Transformador com saída de 30Vac, por exemplo, o cálculo ficará assim:
  • Vsaída2 * 30 
  • Vsaída = 1,414 * 30 = 42,42
  • Vsaída 42,42V

Simples não é?

Agora você está pronto para calcular a tensão de saída da sua fonte e, personalizar a fonte do seu projeto como você queira, sem ter que ficar amarrado na tensão de saída do projeto proposto por nós da FVML.

Lista de Material

  • D1 à D4 ..... Diodo Retificador 6A10 - 6A 1000V
  • D1 .............. LED 3m de uso geral
  • C1 à C5 ..... Capacitor Cerâmico  100nF
  • C6, C7 ....... Capacitor eletrolítico 4.700uF - 65V
  • R1 .............. Resistor 4k7 1W
  • TR1 ........... Transformador  30Vac por 5A
  • Outros ........ Fios, Soldas, PCI e Etc.

PCI - Placa de Circuito Impresso

Na Figura 3 temos a placa de circuito impresso, e logo abaixo dispomos na opção de Baixar os arquivos Gerber, PNG, PDF, para você realizar o Baixar grátis com link direto.

Fig. 3 - PCI - Fonte de Alimentação Linear Unipolar para Amplificadores de Áudio

ARQUIVOS PARA BAIXAR

Arquivos Gerber, JPEG, PDF, link direto: Mega - Download

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terça-feira, 8 de março de 2022

Fonte Ajustável 1.2V - 32V, 5 Amperes, com Proteção contra Curto-Circuito com CI LM138 + PCI

Fig. 1 - Fonte Ajustável 1.2V - 32V, 5 Amperes, com Proteção contra Curto-Circuito com CI LM138 + PCI
 

Olá a Todos!

No post de hoje, iremos montar uma Fonte Ajustável com tensão que varia entre 1.2V à 32V, com corrente de 5 Amperes, com Proteção contra Curto-Circuito com Circuito Integrado LM138.

Esse circuito é recomendado para ser utilizada em uma fonte de alimentação para bancada de ótima qualidade, já que possui uma corrente bastante alta e tem proteção contra curto-circuito.

O circuito é bastante simples para se montar, são poucos os componentes externos e os componentes são discreto e de fácil aquisição com preço baixo.

Características do CI LM138

O regulador de tensão positiva LM138 de 3 terminais ajustáveis é capaz de fornecer mais de 5A em uma faixa de saída de 1,2V a 32V.
 
Eles são excepcionalmente fáceis de usar e requerem apenas 2 resistores para ajustar a tensão de saída. O projeto cuidadoso do circuito resultou em uma excelente regulação de carga e linha, comparável a muitas fontes de alimentação comerciais. 

A família LM138 é fornecida em um pacote padrão de transistor de 3 derivações, como mostrada na Figura 2 abaixo. Uma característica única da família LM138 é a limitação de corrente dependente do tempo. 
Fig. 2 - Pinagem LM138, LM338 TO-220,TO-CAN

O circuito limitador de corrente permite que correntes de pico de até 12 A sejam tiradas de o regulador por curtos períodos de tempo. 

Isto permite que o LM138 para ser usado com cargas transitórias pesadas e acelera a partida sob condições de carga total. Sob condições de carga sustentadas, o limite atual diminui para um valor seguro protegendo o regulador.

Também estão incluídos no chip a proteção contra sobrecarga térmica e a proteção da área segura para o transistor de energia. A proteção contra sobrecarga permanece funcional mesmo se o pino de ajuste (ADJ) for acidentalmente desconectado.

Características

  • Corrente de pico de saída especificada 7-A
  • Corrente de saída 5-A especificada
  • Saída ajustável até 1,2 V
  • Regulamento Térmico Especificado
  • Limite atual constante com a temperatura
  • A saída é protegida por curto-circuito

O Circuito Fonte Ajustável

O diagrama esquemático do circuito da Fonte Ajustável, está disposto na Figura 2 abaixo, é um circuito bastante simples, e pode ser montado até mesmo por quem não tem tanta experiências em eletrônica, mas, é esperado que você tenha ao menos o conhecimento básico para montagem desse circuito, pois qualquer inversão de componentes como os diodos, capacitores ou mesmo do CI, pode danificar permanentemente os componentes e ainda pode acarretar explosões..
Fig. 3 - Fonte Ajustável 1.2V - 32V, 5 Amperes, com Proteção contra Curto-Circuito com CI LM138

Funcionamento do Circuito

O circuito é alimentado por uma tensão CA, ou seja, Corrente Alternada advinda do transformador sem retificação.

Por isso na entrada temos primeiro a ponte retificadora formada por 4 diodos 8A10 que são diodos que trabalham com 10 Amperes a 420 Volts, ou seja suporta o dobro da corrente do circuito, você pode está substituindo por outro com corrente suficiente para suportar a fonte. 

Esse componente foi colocado de maneira estratégica, já que o circuito tem picos de 12A, porém você pode utilizar qualquer uma que você tiver e que seja acima de 5 Amperes a partir de 50 Voltes.

Os diodos D5 e D6 são para proteção de tensão reversa no CI LM138, e contra curto circuitos, pois quando iniciamos a fonte, e o capacitor de filtro C4 está totalmente descarregado, e ele torna-se temporariamente como um curto para o CI.

O capacitor C1 é para a atenuar a interferências de alta frequências, o capacitor C2 tem a função de constância para diminuição do efeito Ripple, e estabilidade da fonte.

RP1, é um potenciômetro analógico de 5K, se você não tiver o de 5K pode colocar um de 4.7K, que é mais comercial, e junto com o resistor R1, que é um resistor de feedback, formam um divisor de tensão, eles são responsáveis por ajustar a tensão na saída. 

O capacitor C3, serve para estabilização de tensão de ajuste na referência do CI.
Os capacitores C4 e C5, são filtros e estabilizadores de tensão na saída.

T1 é um transformador de no mínimo 5 Amperes, com entrada de acordo com a sua rede local, que pode ser de 220v ou 110v dependendo da sua região, e o secundário do transformador é de 24 voltes já que depois que passa pela retificação, ele irá fornecer uma tensão de 33.9Vcc.

Lista de componentes

  • Semicondutor
    • U1 ............. Circuito Integrado LM138
    • D1 à D4 .... Diodo 8A10 *Ver Texto
    • D5, D6 ...... Diodo 1N4007

  • Resistor
    • R1 ............ Resistor 220Ω (vermelho, vermelho, marrom, ouro)
    • RP1 .......... Potenciômetro 5KΩ

  • Capacitor
    • C1, C5 ..... Capacitor Poliéster/Cerâmico 100nF
    • C2 ............ Capacitor Eletrolítico de 4.700uF/50V
    • C3 ............ Capacitor Eletrolítico de 10uF/50V
    • C4 ............ Capacitor Eletrolítico de 100uF/50V
       
  • Outros
    • T1 ............. Transformador Redutor de 24Vac por 5A
    • P1, P2 ......  Conector WJ2EDGVC-5.08-2P
    • Outros ....... PCI, Dissipador de Calor, Fios, Soldas e Etc.

A Placa de Circuito Impresso

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Fig. 4 - PCI - Fonte Ajustável 1.2V - 32V, 5 Amperes, com Proteção contra Curto-Circuito com CI LM138

Link direto para download

Clique no link para baixar os arquivos: Layout PCB, PDF, GERBER, JPG

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sábado, 26 de junho de 2021

Fonte Simétrica Regulável 1.25V à 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito + PCI

Fig. 1 - PCI Fonte Simétrica Regulável 1.25V à 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito

Olá a Todos!!!

No post de hoje, montaremos uma Fonte Simétrica Regulável, que pode variar sua tensão de saída entre 1.25V até 47VBaseado no Circuito Integrado Regulador de tensão Linear LM317HV para tensão positiva e o LM337HV para tensão negativa, que em conjunto com transistores transistores NPN TIP 35C e o transistor PNP TIP36C, entregarão uma corrente de 6 Amperes, em cada saída.   

Introdução

A fonte desse projeto trabalha com os reguladores de tensão LM317HV e o LM337HV, que são reguladores de tensão complementares de 1.5A, e com tensão que variam entre 1.25V à 47V, que trabalhando em conjunto complementarmente, podem nos fornecer tensões positivas e negativas variáveis, o que nos proporciona a possibilidade de fazermos uma fonte simétrica com todas as proteções que um Regulador LM317 e LM337 teem. 

No entanto para quem planeja fazer uma fonte ajustável de bancada, precisa mais que 1.5A que esses reguladores fornecem, foi então que implementamos um booster com os transistores complementares de potência TIP35 e TIP36., trazendo a possibilidade de uma tensão variável com uma ótima corrente de 6 Amperes

Mais ainda assim, ficaríamos com uma fonte boa com tensão variável entre 1.25V à 47V, com corrente de 6A mas sem proteção contra curto circuito. 

Pensando nisso implementamos um par de transistores complementares, em conjunto com um resistor Shunt, que terá a função de cortar a tensão caso haja um curto circuito na saída da fonte, tornando uma fonte completa para bancada.

O Regulador de Tensão LM137HV / LM337HV

Os reguladores LM137HV ou LM337HV são reguladores de alta tensão negativa de 3 terminais ajustáveis, capazes de fornecer mais de -1,5A em uma faixa de tensão de saída de - 1,2V a - 47V

Lembrando que estamos falando dos LM137 e LM337 com a sigla final HV, que significa High Voltage (Alta Voltagem).
 
Esses reguladores são excepcionalmente fáceis de aplicar, exigindo apenas 2 resistores externos para definir a tensão de saída e 1 capacitor de saída para compensação de frequência. Além disso, a série LM137HV apresenta limitação de corrente interna, desligamento térmico e compensação de área segura, tornando-os virtualmente à prova de explosão contra sobrecargas.

Eles teem uma ampla variedade de aplicações, incluindo regulagem local na placa, regulagem de tensão de saída programável ou regulagem de corrente de precisão. 

O Regulador de Tensão LM117HV / LM317HV 

Os reguladores LM117HV ou LM317HV são reguladores de alta tensão Positiva de 3 terminais ajustáveis, capazes de fornecer 1,5 A em uma faixa de tensão de saída de 1.25V a 57V
Lembrando que estamos falando dos LM117 e LM317 com a sigla final HV, que significa High Voltage (Alta Voltagem).
Os reguladores são excepcionalmente fáceis de aplicar, exigindo apenas 2 resistores externos para definir a tensão de saída. 

A limitação de corrente interna e a limitação de energia, juntamente com a limitação térmica, evitam danos devido a sobrecargas ou curtos-circuitos, mesmo se os reguladores não estiverem presos a um dissipador de calor.

Os Transistores de Potência TIP35C e TIP36C

O TIP35C é um transistor Mospec de Alta Potência, do tipo NPN, com capacidade de corrente de coletor de 25A contínuos, fazendo assim o transistor perfeito para esse projeto, com Vce e Vbe, Tensão de Coletor Emissor, e Tensão de Coletor Base, de 100V, vale lembrar que essas configurações referem-se ao TIP35C.

Existe o TIP35 = 40V, o TIP35A = 60V, o TIP35B = 80V e o TIP35C = 100V, então para esse projeto podemos utilizar para maior eficiência, os TIP35C e TIP36C.

O TIP36C é um transistor Mospec de Alta Potência, do Tipo PNP, os demais parâmetros são exatamente "Levando conta que ele é um PNP" iguais, já que eles são complementares.

Como o Circuito Funciona

Após a retificação e filtro que são os primeiros processos básico do circuito, a tensão total vinda do Trafo e sendo retificada entre pelo primeiro bloco inicial que é a de controle de tensão, essa controlada pelo Circuito Integrado LM317 e em espelho "Mesma função, só que de forma negativa". 

O resistor R1 e R2 de 0,12 ohms são resistores que teem a função de Sensor de Carga, recebem a corrente que flui através do circuito, e enquanto essa corrente não atinge a corrente calculada em cima dos resistores R1 e R2, 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 e TIP35C não são ativados.

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", a etapa de potência é ativada e a corrente fluirá através deles.

O Circuito de Proteção

O circuito de proteção contra curto circuito na saída, é formada pelos transistores; Q1 BD140 PNP e o Q2 BD139 NPN, cada um para uma polarização de saída da fonte. 

Eles fazem o controle da corrente máxima "Calculada" que está fixada em 6 Amperes, e em conjunto com os resistores R3 e R4 de 0,12 ohms ambos, funcionam como resistor sensor de corrente, que serve para polarizar os transistores Q1 e Q2, 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

  • – Tensão ou Potencial Elétrico
  • R – Resistência Elétrica
  • – 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.

  • LM317HV & LM337HV = 1.5A

Vamos calcular o R1, sabendo-se que o mesmo calculo é feito para o R2. Sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

  • V = R * I

V =  A tensão de corte dos transistores Q3 & Q4, que segue o mesmo princípio para o conjunto Q5 & Q6, é de 0.6V "Que é a região de corte do Transistor". Vamos chamar Q3 & Q4 de Qeq.

I = É a corrente do CI1 regulador, vamos colocar a corrente de trabalho do CI1 em 300mA, que é igual a 0,300A, com essa corrente não precisaremos colocar dissipador no mesmo.

Então:

  • R1 = Vbe_Qeq / I_CI1
  • R1 = 0,6V / 0,300A
  • R1 = 2 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.

  • Fonte6A

Vamos calcular o R3, sabendo-se que o mesmo calculo é feito para o R4. Sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

  • V = R * I

V =  A tensão de corte do transistor Q1, que segue o mesmo princípio para o transistor Q2, 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

  • Q3 + Q4 = 25A + 25A = 50A
OBS.: Lembrando que a potência dos transistores TIP36Cé 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 47V, e os transistores com potência máxima de 125W,  ficamos assim:
Pmax = V * I:
Imax = P / V => Imax = 125W / 47V => Imax =  2.66A
Como são dois transistores em conjunto Imax = 5.32A

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 da simetria do circuito e o circuito de proteção, como podemos ver abaixo.
Fig. 2 - Fonte Simétrica Regulável 1.25V à 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito

O Transformador

O transformador deve ser simétrico, ou seja: "3 Fios". O transformador deve ser capaz de fornecer no mínimo 6A na saída. A tensão do primário, "tensão de entrada" será diacordo com a tensão da sua região; 110V ou 220Vac. O secundário, "a tensão de saída" deve ser de 36 - 0V - 36 Vac

Lista de Material

  • CI1, CI2 ................... Regulador de Tensão LM317HV
  • Q1 ............................ Transistor PNP BD140
  • Q2 ............................ Transistor NPN BD139
  • Q3, Q4 ..................... Transistor de Potência PNP TIP36C
  • Q5, Q6 ..................... Transistor de Potência NPN TIP35C
  • D1 ............................ Ponte Retificadora 50A - KBPC5010
  • D2, D3 ..................... Diodo retificador 1N4007
  • R1, R2  ..................... Resistor 2W / 2Ω
  • R3, R4 ...................... Resistor 5W / 0.1Ω
  • R5, R6 ...................... Resistor 1/8W / 5KΩ
  • R7, R8 ...................... Resistor 1/8W / 120Ω
  • R9, R10, R11, R12 ... Resistor 5W / 0.1Ω
  • C1, C2 ...................... Capacitor eletrolítico 10uF - 63V
  • C3, C4 ...................... Capacitor eletrolítico 1000uF - 63V
  • C5, C6 ...................... Capacitor eletrolítico 5.600uF - 63V 
  • RV1 .......................... Potenciômetro 5KΩ
  • P1, P2 ....................... Conector 3 terminal parafusado 5mm 3 Pinos
  • Outros ...................... Fios, Soldas, pcb, etc.
Estamos dispondo para Download os materiais necessários para quem deseja montar com a PCI - Placa de Circuito Impresso, os arquivos em PNG, PDF e arquivos GERBER para quem deseja enviar para impressão.

Arquivos para Baixar:


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sexta-feira, 4 de junho de 2021

Fonte Chaveada SMPS 13.8V 10A com IR2153 e IRF840 + PCI

Fig. 1 - PCI - Fonte SMPS 13.8V com IR2153 e IRF840

Olá a todos!!

No post de hoje, iremos montar um simples circuito fonte chaveada SMPS, baseado no Circuito Integrado IR2153, que é um controlador PWM com apenas 8 Pinos, e com ele podemos facilmente construir uma fonte chaveada não regulada de boa qualidade para aplicações em projetos simples com um bom desempenho e com baixo custo.

Nesse modelo a fonte de alimentação tem uma saída de 13.8V, que pode ser ajustado através do trimpot RV1, e entrega em sua saída, uma corrente de 10A garantido.

O circuito

O circuito é composto basicamente por 8 etapas fundamentais:
  1. Etapa: Circuito de Proteção: É composta por um Fusível de 5A/250V, que atua se houver uma corrente superior a corrente de ruptura do Fusível, e paralelamente temos também um NTC (Negative Temperature Coefficient), ele é um limitador da corrente de surto, essa mesma topologia pode ser encontrado na maioria das fontes SMPS, tais como fonte de notebook, fontes de PC, AT / ATX de computador, etc.

  2. Etapa: Filtro de Transiente: Essa etapa é composta por um filtro inicial capacitivo que inibe as altas frequências de retornar para rede, ou vice-versa, e logo depois pela bobina filtro de EMI, que servem para atenuar os ruídos de alta frequência.

  3. Etapa: Retificação Primária: Composta pela ponte retificadora D1.

  4. Etapa: Filtro Primário: Composta pelos capacitores C4 e C5.

  5. Etapa: Chaveamento: Composta por Um gerador de PWM, e pelos transistores MOSFETS de potência IRF840.

  6. Etapa: Transformador: O transformador é um Trafo Chopper de alta frequência, e é ele que faz o isolamento e a transformação em alta frequência do sinal gerado pelo conjunto PWM e transistores chaveadores.

  7. Etapa: Retificação Rápida:  Formado pelo diodo D3, esse é um diodo rápido e duplo, já que a frequência oscilada no circuito é bastante alta. 

  8. Etapa: Filtro de saída: Composto pelo indutor L2, e o capacitor C9.

Circuito PWM

A alimentação do CI IR2153 é feita através do resistor de potência de 27K 5W em conjunto com o capacitor C5, no encapsulamento interno desse CI, já existe um diodo Zener de 15.6V, porém a corrente é baixa, então, cuidado para não colocar o resistor R3 com uma resistência menor, pois aumentaria a corrente na entrada do CI, e o Zener poderá se romper e consequentemente queimar o CI.

Uma solução melhorada seria colocar um diodo Zener de 15V para garantir a estabilização da tensão e a proteção do CI, que você pode estar fazendo se desejar.

Se você estiver utilizando o IR2153D, não ha necessidade de se utilizar o diodo D2 que é o FR107 ou BA159,  pois esse CI já tem esse dido internamente, se for o IR2153 "sem a letra D", deixe como está no esquema, "com o diodo D2", 

O diagrama esquemático completo está disposto logo abaixo na figura 2, tanto o diagrama como os materiais estão disponíveis para baixar no link abaixo. 

Figura 2 - Diagrama Esquemático Fonte SMPS 13.8V 10A

Transformador

O transformador TR1 foi pego deu uma fonte de  alimentação ATX de sucata, o modelo é o IE-35A, mas, você pode está utilizando praticamente qualquer modelo de Trafo de fonte ATX.

Não ha necessidade de se fazer o rebobinando do transformador, só deverá ficar atento a Pinagem que iremos utilizar do Trafo, como mostrada na Figura 3 abaixo. 

Fig. 3 - Esquema de ligação do Trafo de fonte ATX


O modelo de Trafo utilizado foi o EI-35A, mas também podemos utilizar qualquer um outro de fontes AT ou ATX que tenham os mesmos padrão, como os modelos EI-33, ER35, TM3341101QCERL35, EI28, Etc, como mostrado na Figura 4 abaixo.

Fig. 4 - Transformador de fonte ATX modelo EI-35A

O indutor L1 é o mesmo utilizado na fonte ATX, retiramos e não fizemos alteração nenhuma, e o indutor L2, do filtros de EMI de saída, você também pode está utilizando o da sucata da fonte, mas, se quiser enrolar o seu próprio filtro, podes enrolar em um núcleo Toroidal de ferrite. 

O enrolamento deve ser realizado o enrolamento em núcleos Toroidal, com a bobina utilizando fio de cobre super esmaltado de 0,6 mm com 25 voltas.

Lista de Material
  • CI1 .............. Circuito Integrado IR2153, ou IRF2153 (Ver Texto)
  • Q1, Q2 ........ Transistores Mosfets IRF840
  • R1, R2 ......... Resistor 150k - (marrom, verde, amarelo, ouro) 
  • R3 ................ Resistor 27K 5W – (vermelho, violeta, laranja, ouro)
  • R4 ................ Resistor 8K2 – (cinza, vermelho, vermelho, ouro)
  • R5, R6 ......... Resistor 10Ω – (marrom, preto, preto, ouro)
  • D1 ............... Ponte de Diodos KBU606 (Ou Equivalente) 
  • D2 ............... Diodo Rápido - FR107 ou BA159 (Ou Equivalente)
  • D3 ............... Diodos Rápido MBR3045PT (Ou Equivalente)
  • C1, C2 ........ Capacitor Poliéster 470nF - 400Vac
  • C3, C4 ........ Capacitor eletrolítico 330uF - 200V
  • C5, C7 ........ Capacitor eletrolítico 100uF - 25V
  • C6 ............... Capacitor Poliéster 680pF
  • C8 ............... Capacitor Poliéster 2,2uF - 400V
  • C9 ............... Capacitor eletrolítico 2200uF - 25V
  • RV1 ............ Trimpot 47kΩ
  • NTC1.......... Thermistor 5Ω.
  • L1, L2 ......... Indutor *ver texto
  • TR1 ............ Transformador *ver texto
  • F1  ............... Fusível soldável 5A
  • Outros ......... Fios, Soldas, Placa, Etc.

Arquivos Para Baixar

Estamos disponibilizando os arquivos contendo a PCI, o Diagrama Esquemático, o PDFGERBER JPG, PNG, e disponibilizando um link direto para download gratuito e em um link direto, "MEGA".

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Clique no link para baixar os arquivos: Layout PCB, PDF, GERBER, JPG

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