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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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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

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".
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

Pessoal, o trabalho é grande, escrever, montar, testar, elaborar a PCI, armazenar para baixar, tudo isso dá muito trabalho, e não cobramos nada por isso!

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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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segunda-feira, 15 de fevereiro de 2021

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

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... 

Você pode também se interessar por:

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 BD140com 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

  • – 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 LM317que 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 reguladorvamos 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 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 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.

Arquivos para Baixar

Estamos dispondo para 
Transferência 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.

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domingo, 4 de outubro de 2020

Fonte Ajustável 1.2 à 37V - 7A com proteção de curto-circuito com CI LM723 + PCI

Fig. 1 - Fonte Ajustável 1.2 à 37V - 7A com proteção de curto-circuito com CI LM723

Olá a Todos!

No post de hoje, iremos montar uma fonte para bancada regulável com uma tensão que varia entre 1.2 à 37V Corrente Contínua, com proteção contra curto-circuito, um circuito simples utilizando o velho e versátil Circuito Integrado LM723, que é perfeito para ser utilizado em bancada, já que constantemente estamos executando projetos que em muitas vezes acontecem interpéries não esperada e que ocasionam geralmente a queima da fonte quando não se tem proteção.
O diagrama esquemático da Fonte Ajustável está disposto na Figura 2 logo abaixo, como podemos ver, o circuito projetado, tem a sua entrada de 27V CA, ou seja vindo direto de um transformador, que tem suas especificações da entrada de tensão "Primário" de acordo com sua rede elétrica, 220V ou 110V, e sua saída "Secundário", de 27V CA, que quando passar pelo circuito de retificação e filtro, a tensão será elevada para próximo dos 40V

Fig. 2 - Fonte Ajustável 1.2 à 37V - 7A com proteção de curto-circuito com CI LM723

Seguimos a fórmula básica para se calcular essa tensão após o filtro, que é .
Formula: 
Vca * √2 = Vcc

Vca - Tensão de entrada - Corrente Alternada
√2 = 1.414 - é da fórmula
Vcc = Tensão de saída - Corrente Contínua

Que no nosso caso fica assim:
Vca = 27V

27 * 1.414 = 38.18V

Isso na teoria, o que acontece que na prática pode variar um pouco, pois não só depende dos cálculos, mas também da precisão dos componentes, desgastes, tolerâncias e etc... mas  os valores sempre estão bem próximos.

A corrente do transformador deve ser no mínimo de 7A. A retificação e filtro já está integrada no própria circuito, que provém de uma ponte D1 KBPC5010 que é uma ponte de diodos para 50A, você pode está utilizando outro tipo de ponte, no entanto fique atento que no mínimo a ponte de diodos tenha o dobro da corrente do circuito ou seja, ao menos entre 15 á 20A para não have aquecimento do mesmo.
Devemos também estar certo de utilizarmos um dissipador de calor nos dois transistores de potência TIP35C.

Características da Fonte

  • Proteção contra sobrecargas
  • Proteção contra Curto-circuito
  • Alta Corrente de Saída: 7A
  • Tensão de ondulação de saída: ~ 0,5 mV
  • Tensão de saída: ajustável de 1.2 a 37V
  • Tensão de entrada: 27Vca

Lista de componentes

  • U1 --------- Circuito Integrado LM723
  • Q1 --------- Transistor NPN BD139
  • Q2, Q3 ---- Transistor NPN TIP35C
  • D1 --------- Ponte de Diodo KBPC5010
  • LED1 ----- Led 3mm de uso geral
  • R1 --------- Resistor 8.2KΩ 1/8w 
  • R2 --------- Resistor 2.2KΩ 1/8w 
  • R3 --------- Resistor 560Ω 1/8w  
  • R4 --------- Resistor 3.9KΩ 1/8w
  • R5 --------- Resistor 15KΩ 1/8w
  • R6 --------- Resistor 0.15Ω 10W
  • R7, R8 ---- Resistor 0.15Ω 5W
  • C1 --------- Capacitor Eletrolítico 4.700µF 50V
  • C2, C3 ---- Capacitor de Cerâmico/Poliéster 1nF
  • C4 --------- Capacitor Eletrolítico 1000µF 50V
  • POT1 ----- Potenciômetro 5KΩ
  • P1, P2 ---- Terminal tipo Bloco Parafusado soldável 2-Pinos, 5 mm
  • Outros ---- PCI, Fios, Solda, Caixa, Knob Radiador de Calor, etc.

PCI - Arquivos para Baixar

O layout da Placa de Circuito Impresso está disposto logo abaixo na Figura 3, e estamos dispondo todos os arquivos necessários para você poder imprimir a sua PCI, com os arquivos GERBER, Layout em PDF, PNG, tudo com um link direto para você poder baixar e montar o seu.
Fig. 3 -  Layout da placa Circuito Impresso 3D

Transferência

Link Direto: Arquivos PNG, PDF, GERBER

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quarta-feira, 17 de junho de 2020

Fonte Estabilizada 13.8V Alta Corrente 30 Amperes + PCI

Fig. 1 - Fonte Estabilizada 13.8V Alta Corrente 30 Amperes + PCI

Olá a Todos!!!

No post de hoje, iremos montar uma excelente fonte de alimentação estabilizada com 13.8V e com alta corrente, 30 Amperes, essa fonte é bem estabilizada e serve para uma grande quantidade de projetos tais como: Fonte de alimentação para Rádio Amadores, que necessitam de uma alta corrente e ótima estabilização para funcionar bem, serve para carregar baterias, devido a sua tensão de 13.8V que é uma tensão bastante eficaz no carregamento de baterias, para alimentação de som automotivo, e etc. 

Em fim serve para inúmeros tipos de projetos, e sem contar que a sua montagem é de fácil construção, utilizando componentes discretos de fácil aquisição. 
Na figura 2 exibimos o diagrama esquemático para ser seguido, com a disposição dos componentes e suas configurações.
Fig 2 - Fonte Estabilizada 13.8V Alta Corrente 30 Amperes + PCI

Lista de Componentes

CI_1 ------------ Regulador de Tensão Linear LM7812
Q1, Q2, Q3 ---- Transistor de Potência PNP TIP36C
D1, D2, D3 ---- Diodos de Cilício 1N4007
D4 -------------- Ponte retificadora KBPC5010 - 100V, 50A
LED1 ---------- Diodo Emissor de Luz - LED 3mm ou 5mm "Led de uso geral"
R1, R2, R3 ---- Resistor de Potência 0.1Ω 5W  (marrom, preto, prata, ouro)
R4 -------------- Resistor 100Ω 1/4W  (marrom, preto, marrom)
R5 -------------- Resistor 1.2KΩ 1/4W  (marrom, vermelho, vermelho)
C1 -------------- Capacitor Eletrolítico  47000uF / 35V
C2 -------------- Capacitor Eletrolítico  100uF / 35V
C3 -------------- Capacitor Eletrolítico  470uF / 35V
C4 -------------- Capacitor Poliéster / Cerâmico 0.1uF ou 100nF
J1, J2 ----------- Terminal Kre Block Borne Conector Duplo 2 Vias
Diversos ------- Placa Circuito Impresso, estanho, fios, etc.

O transformador

O transformador deve ter a capacidade de fornecimento de no mínimo 30 Amperes, isso levando em conta que você queira utilizar esse circuito para 30A, você poderá estar utilizando uma transformador com uma capacidade menor que não irá prejudicar o circuito.

Só deixando claro, que se for colocado um transformador com uma corrente menor, por exemplo 10A, na saída terás no máximo 10A, digo no máximo porque, sabemos que ha perdas por dissipação, conversão etc., mas, funcionará, a tensão do transformador devera ser no mínimo de 12Vca, e no máximo de 18Vca, isso para um funcionamento mais eficaz, e para quem vai manter essa fonte em funcionamento constante, é aconselhável adotar mais transistores, para distribuição de corrente. 

Devemos também ficar atento ao dissipador de calor, ele deve ter uma área ao menos de 15x 20cm para uma boa dissipação.

Download:

Estamos dispondo para Download o link com os arquivos para impressão da placa de circuito impresso, são eles: Gerber, PDF layout, webp, tudo isso com link direto para o Mega.
Fig 3 - PCI Fonte Estabilizada 13.8V Alta Corrente 30 Amperes

Link Direto para baixar

Click Aqui:  Arquivos, Layout PCB, PDF, GERBER

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