Embora uma variedade de fontes de alimentação de laboratório tenha surgido nos últimos tempos, apenas algumas delas fornecerão a eficiência, versatilidade e baixo custo do projeto detalhado neste artigo.
Este post explica uma fonte de alimentação de laboratório altamente regulamentada, DIY, com dupla 0-50 volts. As faixas de tensão e corrente são variáveis independentemente de 0 a 50 V e 0 a 5 amperes, respectivamente.
Dito isto, devido ao layout DIY, você pode personalizar as configurações conforme necessário, o que pode ser visto na tabela de especificações a seguir.
- Número de suprimentos = 2 (totalmente flutuante)
- Faixa de tensão = 0 a 50V
- Faixa de corrente = 0 a 5 amperes
- Controle grosseiro e relação de controle fino para corrente e tensão = 1:10
- Regulação de tensão = 0,01% de linha e 0,1% de carga
- Limitador de corrente = 0,5%
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Descrição do circuito
A Figura 1 acima mostra o diagrama do circuito da fonte de alimentação do laboratório. As especificações do layout são centradas em torno do IC1, um regulador ajustável LM317HVK, para ampla funcionalidade. O sufixo “HVK” sugere a edição de alta tensão do regulador.
A parte restante do circuito permite a configuração de tensão e os recursos de limitação de corrente. A entrada para IC1 se origina da saída de BR1, que é filtrada por C1 e C2 para cerca de + 60 volts DC, e a entrada para o comparador de sentido de corrente IC2 se desenvolve a partir do retificador de ponte BR2, que além disso funciona como uma fonte de polarização negativa para obter regulagem ao nível do solo.
A função do IC1 é manter o terminal OUT em 1,25 volts DC sobre o terminal ADJ. O dreno de corrente no pino ADJ é extremamente mínimo (tão baixo quanto 25 µA) e, portanto, R15 e R16 (as manipulações de tensão brutas e refinadas) e R8 formam um divisor de tensão, com 1,25 volts aparecendo em torno de R8.
O terminal inferior de R16 é conectado a uma referência de -1,3 volt desenvolvida por D7 e D8, permitindo que o divisor resistivo R8 – R15 fixe a tensão de saída até o nível do solo sempre que R15 + R16 se tornar 0 ohms.
Calculando a tensão de saída
De um modo geral, a tensão de saída depende dos seguintes resultados:
(VouT – 1,25 + 1,3) / (R15 + R16) = 1,25 / R8.
Assim, a maior magnitude do valor de tensão disponível de cada placa de alimentação variável pode ser:
VOUT= (1,25 / R8) x (R15 + R16) = 50,18 volts DC.
Os potenciômetros R15 e R16 são usados para controlar a tensão de saída, o que permite que o VouT varie de 0-50 volts DC.
Como funciona o controle de corrente
Quando a corrente de carga CC aumenta, a queda de tensão em R2 também aumenta e, em cerca de 0,65 volts (que é relativo a cerca de 20 mA), Q1 e Q2 ligam, tornando-se o curso primário da corrente. Além disso, R3 e R4 garantem que Q1 e Q2 lidam com a carga de maneira uniforme. IC2 funciona como um estágio limitador de corrente.
Sua entrada não inversora utiliza a tensão de saída como referência, enquanto sua entrada inversora está ligada ao divisor de tensão desenvolvido por R6 e aos potenciômetros de controle de corrente R13 e R14. A queda de tensão em R6 é de cerca de 1,25 volts, a tensão de referência indicada acima é determinada pela diferença entre os terminais IC1 OUT e ADJ.
A corrente que passa por Q1 e Q2 se move através de R9, criando uma queda de tensão em R13 + R14. Como resultado, IC2 é forçado a desligar assim que a queda de tensão em torno de R9 gera corrente por meio de R13 e R14, fazendo com que a tensão de entrada não inversora vá além de VouT.
Isso fixa o limite de limitação de corrente em: (IouT x 0,2)/(R13 + R14) = 1,25/100K; baixo = 0 a 5 amperes. Isso fornece uma faixa correspondente de cerca de 0-5 amperes.
Quando o limite de corrente é atingido, a saída de IC2 torna-se baixa, levando o pino ADJ para baixo por meio de D2 e resultando na iluminação do LED1. A corrente extra para D5 é fornecida por R5.
À medida que o pino ADJ é reduzido, a saída segue, até que a corrente de saída caia para um ponto equivalente ao ajuste de R13 e R14.
Considerando que a tensão de saída pode estar entre 0-50 volts, a tensão de alimentação para IC2 deve seguir esta faixa trabalhando com D3, D4 e Q3.
Então, D9 garante que a tensão de saída não aumentará quando a entrada de alimentação for desligada, enquanto D10 protege contra uma tensão de alimentação reversa. Por fim, os medidores M1 exibem a leitura de tensão e M2 exibe a leitura atual.
Lista de peças
Projeto de Layout de PCB
Outro circuito simples de fonte de alimentação de laboratório usando LM324 IC
Para obter uma tensão de alimentação intermediária, o regulador IC LM7815 foi usado aqui. Sua saída trafega por meio de R17, que lê a corrente de saída, para o MOSFET T1.
Este MOSFET é operado através do opamp IC1, configurado como um regulador de tensão. Neste laboratório, os circuitos de alimentação R11 e C4 estabelecem a largura de banda da malha de controle, o que possibilita a eliminação de oscilações em frequências aumentadas.
O resistor R15 garante que cargas capacitivas com resistência efetiva reduzida não causarão instabilidade na malha de controle. O feedback negativo do conteúdo CA da corrente através de R12 e C5 permite que o circuito seja perfeitamente confiável mesmo quando um grande capacitor é empregado na saída da fonte de alimentação.
A realimentação negativa do conteúdo DC através do filtro passa-baixa é estabelecida pelo resistor R14 e capacitor C6. Esta configuração garante que a queda de tensão desenvolvida através do resistor R15 seja efetivamente compensada.
O capacitor de saída C7 fornece uma fonte de baixa impedância para cargas de alta frequência. O resistor R16 auxilia na descarga do capacitor C17 sempre que a tensão ajustada for diminuída na ausência de uma carga de saída.
A seção IC1D funciona como um regulador de corrente. Mais uma vez, para garantir que a fonte de alimentação do laboratório funcione com perfeita estabilidade, a largura de banda do circuito de realimentação é restringida pelo resistor R19 e pelo capacitor C8.
Caso a queda de tensão desenvolvida através do resistor R17 se torne maior do que o valor ajustado pelo P2 pré-ajustado, o recurso de limitação de corrente do circuito entra em ação e o transistor T2 é ativado.
Esta ação subsequentemente reduz a tensão de entrada para o estágio do circuito de regulação de tensão até que a quantidade especificada de corrente de saída seja alcançada. Os resistores R7, R9 e o capacitor C3 garantem que a regulação adequada da corrente não produz overshoots da tensão de saída e também garante que não haja geração de efeito de ressonância sempre que uma carga indutiva for conectada na saída.
Usando IC 723
O próximo projeto mostra uma fonte de alimentação de laboratório simples, mas extremamente útil, usando o IC LM723:
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FONTE
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