Circuitos de fontes de alimentação do mais simples ao mais complexo

A publicação detalha como projetar e construir um bom circuito de fonte de alimentação da bancada de trabalho, desde o design básico até a fonte de alimentação razoavelmente sofisticada, com recursos estendidos.

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Projetar uma fonte de alimentação de bancada é indispensável

Quer se trate de um noob eletrônico ou de um engenheiro especialista, todos exigem esse equipamento indispensável chamado unidade de fonte de alimentação.

Isso ocorre porque nenhum sistema eletrônico pode funcionar sem energia, para ser preciso uma energia CC de baixa tensão, e uma unidade de fonte de alimentação é um dispositivo especificamente destinado a cumprir esse objetivo.

Se este equipamento é tão importante, torna-se imperativo para todos no campo aprender todos os detalhes desse importante membro da família eletrônica.

Vamos começar e aprender como projetar um circuito de fonte de alimentação, o mais simples primeiro, provavelmente para os noobs que considerariam essas informações extremamente úteis.
Um circuito básico de fonte de alimentação exigirá fundamentalmente três componentes principais para fornecer os resultados pretendidos.
Um transformador, um diodo e um capacitor. O transformador é o dispositivo que possui dois conjuntos de enrolamentos, um primário e o outro secundário.

A rede 220v ou 120v é alimentada ao enrolamento primário que é transferido para o enrolamento secundário para produzir uma tensão induzida mais baixa no local.

A baixa voltagem reduzida disponível no secundário do transformador é usada para a aplicação pretendida em circuitos eletrônicos, no entanto, antes que essa voltagem secundária possa ser usada, ela precisa ser primeiro corrigida, o que significa que a voltagem precisa ser transformada em CC primeiro.

Por exemplo, se o secundário do transformador for classificado em 12 volts, os 12 volts adquiridos do secundário do transformador serão de 12 volts AC nos fios relevantes.

O circuito eletrônico nunca pode funcionar com ACs e, portanto, essa tensão deve ser transformada em CC.

Um diodo é um dispositivo que efetivamente converte uma CA em CC, há três configurações através das quais os projetos básicos de fonte de alimentação podem ser configurados.

Usando um único diodo:

A forma mais básica e bruta de design da fonte de alimentação é aquela que utiliza um único diodo e um capacitor. Como um único diodo retifica apenas meio ciclo do sinal CA, esse tipo de configuração requer um capacitor de filtro de saída grande para compensar a limitação acima.

Um capacitor de filtro garante que, após a retificação, nas seções decrescente ou decrescente do padrão DC resultante, onde a tensão tende a cair, essas seções sejam preenchidas e superadas pela energia armazenada dentro do capacitor.

O ato de compensação acima, feito pela energia armazenada dos capacitores, ajuda a manter uma saída CC limpa e sem ondulações, o que não seria possível apenas pelos diodos.

Para um projeto de fonte de alimentação de diodo único, o enrolamento secundário do transformador precisa apenas de um enrolamento único com duas extremidades.

No entanto, a configuração acima não pode ser considerada um projeto eficiente de fonte de alimentação devido à sua retificação bruta de meia onda e recursos limitados de condicionamento de saída.

Usando dois diodos:

O uso de dois diodos para fazer uma fonte de alimentação requer um transformador com um enrolamento secundário com rosca central. O diagrama mostra como os diodos estão conectados ao transformador.

Embora os dois diodos trabalhem em conjunto e atendam às duas metades do sinal CA e produzam uma retificação de onda completa, o método empregado não é eficiente, porque a qualquer instante é utilizado apenas meio enrolamento do transformador. Isso resulta em baixa saturação do núcleo e aquecimento desnecessário do transformador, tornando esse tipo de configuração da fonte de alimentação menos eficiente e com um design comum.

Usando quatro diodos:

É a melhor e universalmente aceita forma de configuração da fonte de alimentação no que diz respeito ao processo de retificação.

O uso inteligente de quatro diodos torna as coisas muito simples, apenas um único enrolamento secundário é necessário, a saturação do núcleo é perfeitamente otimizada, resultando em uma conversão eficiente de CA para CC.

A figura mostra como é feita uma fonte de alimentação retificada de onda completa usando quatro diodos e um capacitor de filtro de valor relativamente baixo.

Esse tipo de configuração de diodo é conhecido popularmente como rede de pontes; talvez você queira saber como construir um retificador de ponte .

Todos os projetos de fontes de alimentação acima fornecem regulagens comuns às saídas e, portanto, não podem ser considerados perfeitos, eles não fornecem saídas CC ideais e, portanto, não são desejáveis ​​para muitos circuitos eletrônicos sofisticados. Além disso, essas configurações não incluem recursos de controle de tensão e corrente variáveis.

No entanto, os recursos acima podem ser simplesmente integrados aos projetos acima, em vez da última configuração de fonte de alimentação de onda completa através da introdução de um único IC e alguns outros componentes passivos.

Usando o IC 317 ou LM338:

O IC LM 317 é um dispositivo altamente versátil que normalmente é incorporado a fontes de alimentação para obter saídas de tensão / corrente bem reguladas e variáveis. Alguns exemplos de circuitos de fonte de alimentação usando este IC

Como o IC acima pode suportar no máximo 1,5 amperes, para maiores saídas de corrente, outro dispositivo semelhante, mas com classificações mais altas, pode ser usado. O IC LM 338 funciona exatamente como o LM 317, mas é capaz de lidar com até 5 amperes de corrente. Um design simples é mostrado abaixo.

Para obter níveis de tensão fixos, os CIs da série 78XX podem ser empregados com os circuitos de fonte de alimentação explicados acima. Os CIs 78XX são explicados de forma abrangente para sua referência

Atualmente, as fontes de alimentação SMPS sem transformador  estão se tornando as favoritas entre os usuários, devido à sua alta eficiência e alta capacidade de fornecimento de recursos em tamanhos surpreendentemente compactos.
Embora a construção de um circuito de fonte de alimentação SMPS em casa certamente não seja para iniciantes no campo, engenheiros e entusiastas com conhecimento abrangente sobre o assunto podem desenvolver esses circuitos em casa.

Você também pode aprender sobre um design elegante da fonte de alimentação de modo comutador.

Existem algumas outras formas de fontes de alimentação que podem ser construídas até pelos novos entusiastas eletrônicos e não requerem transformadores. Embora muito baratos e fáceis de construir, esses tipos de circuitos de fonte de alimentação não suportam corrente pesada e normalmente são limitados a 200 mA ou mais.

Projeto de fonte de alimentação sem transformador

Dois conceitos do transformador acima, menos tipos de circuitos de fonte de alimentação, são discutidos nos seguintes posts:

Usando capacitores de alta tensão,

Usando Hi-End ICs e FET

Comentários de um dos leitores dedicados deste blog

Caro Swagatam Majumdar,

Desejo fazer um psu para um microcontrolador e seus componentes dependentes …

Quero obter uma saída estável de + 5V e + 3,3V da fonte de alimentação, não tenho certeza da amplitude, mas acho que um total de 5A deve ser suficiente, também haverá mouse de 5V e teclado de 5V e 3 x ICs SN74HC595 também e 2 x 512Kb SRAM … Então, eu realmente não sei a idade do amplificador para procurar ….

Eu acho que 5Amp é suficiente? …. Minha pergunta principal é qual TRANSFORMADOR usar e quais DIODOS usar? Eu escolhi O transformador depois de ler em algum lugar on-line que o retificador de ponte causa uma VOLT DROP de 1.4V em geral e no seu blog acima você declara que o recitador de ponte fará com que a tensão suba? …

Portanto, não tenho certeza (de qualquer maneira, não tenho certeza de ser novo na eletrônica) ….. O primeiro transformador que escolhi foi este. Por favor, informe-me qual é o MELHOR para minhas necessidades e quais DIODOS também devem ser usados ​​…. Gostaria de usar o PSU para uma placa muito semelhante a essa ….

Por favor, ajude e me guie a melhor maneira de fazer uma PSU PRINCIPAL de 220 / 240V que me dê 5V e 3.3V ESTÁVEIS para uso com meu projeto. Agradeço antecipadamente.

Como obter 5V e 3V constantes do circuito da fonte de alimentação

Olá, você pode conseguir isso simplesmente através de um IC 7805 para obter o 5V e adicionando alguns diodos 1N4007 a esse 5V para obter aproximadamente 3,3V.

5 amp parece muito alto e eu não acho que você precisaria dessa corrente tão alta, a menos que você também esteja usando esta fonte com um estágio de driver externo que transporta cargas mais altas, como um LED de alta potência ou um motor etc.

por isso, tenho certeza de que sua exigência pode ser facilmente atendida através dos procedimentos mencionados acima.

para alimentar o MCU através do procedimento acima, você pode usar um trafo de 0-9V ou 0-12V com corrente de 1amp, os diodos podem ser 1N4007 x 4nos

Os diodos caem 1.4V quando a entrada é uma CC, mas quando é uma CA como de um trafo, a saída será aumentada por um fator de 1,21.

certifique-se de usar uma tampa de 2200uF / 25V após a ponte para a filtragem

Espero que a informação o esclareça e responda às suas perguntas.

A imagem a seguir mostra como obter 5V e 3,3V constantes de um determinado circuito de fonte de alimentação.

Fazendo um circuito regulador fixo de 12V
No diagrama acima, podemos ver como um IC regulador 7805 comum poderia ser usado para criar uma saída regulada fixa de 5V.

Caso você deseje obter uma fonte de alimentação regulada de 12V fixa, a mesma configuração pode ser aplicada para obter os resultados necessários, conforme mostrado abaixo:

Fonte de alimentação regulada de 12V, 5V

Agora, suponha que você tenha aplicações de circuito que precisem de uma fonte dupla na faixa de 12V fixa e também de 5V fixa.

Para tais aplicações, o projeto discutido acima pode ser simplesmente modificado usando um IC 7812 e, posteriormente, um IC 7805 para obter a saída de fonte de alimentação regulada de 12V e 5V necessária, como indicado abaixo:

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