O circuito de fonte de alimentação de comutação variável explicado é projetado em torno do dispositivo controlador de fonte de alimentação de modo de comutação integrado Tipo L4960 da SGS. As principais características deste regulador de comutação podem ser resumidas a partir dos seguintes dados:
Principais características
- Faixa de tensão de entrada: 9-50 VDC
- Tensão de saída variável de 5 a 40 V.
- A corrente de saída máxima acessível é: 2,5 Amps.
- A maior potência de saída possível é: 100 Watts.
- Circuito integrado de partida suave.
- Nível de referência interno estabilizado com margem de ±4%
- Funciona com um punhado de peças externas.
- Fator de serviço: 0-1.
- Alta eficiência, tendo η até 90%.
- Possui proteção interna contra sobrecarga térmica.
- Inclui um limitador de corrente interno que garante proteção completa contra curto-circuito.
As especificações dos pinos do chip são mostradas na figura a seguir. O L4964 é encapsulado em um exclusivo encapsulamento de 15 pinos, projetado para suportar até 4 A.
O funcionamento do circuito integrado de partida suave e do limitador de corrente é destacado nos desenhos de forma de onda mostrados abaixo, respectivamente.
O circuito de desligamento por sobretemperatura no L4960 é acionado assim que a temperatura do gabinete do IC for superior a 125 °C. Por questões de segurança, o circuito de fonte de alimentação de modo de comutação sugerido é recomendado com layout baseado em transformador.
A tensão de entrada CA para o PCB é adquirida do enrolamento secundário do transformador de rede, o que significa que a CC para o CI está no mínimo 3 V acima da tensão de saída necessária com a corrente de saída mais alta possível. É compreensível que o transformador seja essencialmente um modelo toroidal.
Descrição do circuito
Os diagramas de circuito acima exibem o projeto da seção CA do transformador de rede e a fonte de alimentação de comutação CC, correspondentemente. A tensão CA do lado secundário vai para as entradas individuais sobre a placa de alimentação, enquanto a derivação central é conectada à linha de aterramento.
A tensão de entrada não regulada, Ui para o CI, vem através de um circuito retificador de onda completa composto por um par de diodos de 3 A 1N5404, D1-D2, juntamente com um capacitor de filtro, Ct. O circuito composto por R1-C3-C4 destaca o ganho da malha de regulação fechada. Outro estágio do circuito usando C2-R2 é configurado para gerar uma frequência de oscilador de aproximadamente 100 kHz.
O capacitor C5 C5 na verdade tem duas funções: especifica o tempo da rampa de partida suave, conforme mostrado na imagem da forma de onda acima, e também a corrente média de curto-circuito. A entrada de feedback do L4962 é acoplada à junção R3 -R4 do divisor de tensão de saída. A tensão de saída, Uo, do L4960 é determinada usando os seguintes cálculos
U = 5,1[(R 3 + R4)/R3] dado que Ui – Uo ≥ 3 V.
Observe que o valor mais baixo de Ui deve ser de 9 V. Podemos obter uma tensão de saída fixa de 5,1 V (±4%) assim que R3 for removido e R4 alterado com um link curto. Se R3 for selecionado com um valor fixo de 5K6, R4 decide individualmente a tensão de saída:
Uo = 9 V: R4 = 4K3
Uo = 12 V: R4 = 7K6
Uo = 15 V: R4 = 10 K
Uo = 18 V: R4 = 14 K
Uo = 24 V: R4 = 20 K
O design pode ser convertido em uma fonte de alimentação de modo de comutação variável usando R3 = 6K8 e atualizando R3 com um potenciômetro de 25K. O diodo D3 é incorporado para proteção do IC. Este retificador rápido restringe os picos negativos no lado de entrada do indutor para um inofensivo 0,6 a 1 V para cada período de desligamento do transistor de saída interno do CI.
Se D3 não estivesse lá, faria com que o potencial do pino 7 do IC aumentasse perigosamente para muitos volts abaixo do potencial de terra. O indutor L1, juntamente com o diodo D3 e o capacitor C6 C7, atua como um conversor buck para regular a saída em modo comutado, causando dissipação de calor muito menor em comparação com qualquer outro circuito IC linear, como o LM338.
Construção
A trilha de PCB compacta e o layout dos componentes podem ser visualizados na imagem a seguir.
Montar a placa é realmente muito fácil. Comece escolhendo os resistores R3 e R4 como mencionado anteriormente. Primeiro monte as peças que estão ao redor do centro da placa, como R1… R4 inclusive, bem como C2 C5.
Antes de começar a soldar as peças, certifique-se de que o regulador IC1 e o diodo de potência D1 estejam presos por meio de parafuso/porca costas com costas sobre um único dissipador de calor comum, conforme comprovado na imagem da sobreposição do componente.
Lembre-se de manter o dissipador de calor eletricamente bem isolado da aba de metal do IC usando uma arruela de mica mais grossa e uma bucha de material plástico. Você possivelmente pode usar o Tipo BYV28 para o diodo D3.. Qualquer que seja o tipo de diodo selecionado, certifique-se de que o isolamento do microfone com um testador de continuidade!
Pressione os pinos ICI e D3 em seus orifícios particulares da placa de circuito impresso até que o dissipador de calor desça firmemente sobre a superfície da placa de circuito impresso. Agora, solde os fios e corte a parte indesejada restante dos fios. Depois disso, instale o restante das peças, L1, CI, C6, C7, Cs, D1 e D2.
Certifique-se de observar a orientação e polaridade dos pinos do diodo e dos capacitores eletrolíticos corretamente. Atenção excessiva deve ser exercida para evitar qualquer tipo de chance de um curto-circuito no enrolamento do núcleo do indutor com o dissipador de calor do IC. É aconselhável fixar o L1 usando um conjunto central de porca e parafuso de nylon.
Teste e eficiência
Comece o procedimento de teste verificando a colocação, isolamento e direção de todos os componentes na PCB antes de conectar a placa aos fios secundários do transformador.
Deve-se notar que esta fonte de alimentação de comutação ajustável precisa de uma carga conectada constantemente na saída para funcionar de maneira ideal. Quando o SMPS é alimentado com 30 VCA e uma carga de 2 A ligada a uma tensão de saída de 5 V, a temperatura do dissipador não deve ultrapassar cerca de 60 °C à temperatura ambiente.
A eficiência do circuito em tais circunstâncias pode ser estimada em cerca de 68%. A eficiência aumenta para 80% quando Uo=10 V, 85% em Uo =15 V, para 87% em Uo=25 V, todos com carga nominal de 2 Amps.
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