Fonte para bancada ( 1,25V ~ 12V @ 1.5A)
sábado, 15 de maio de 2010
10:01 AM
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Essa é uma fonte bem simples de se construir e de muito boa qualidade. Também é uma excelente fonte para "bancada" eletrônica, te fornece até 1,5A.
Lista de componentes:
C1- Capacitor eletrolítico de 4700uf 35V
C2- Capacitor disco de cerâmica 220nf 50V
C3- Capacitor de tântalo 10uf 25V
C4-Cpacitor disco de cerâmica 100nf 50V
C5- Capacitor de tântalo 47uf 25V
D1 à D4- Diodo retificador 1N5391
D5 e D6- Diodo retificador 1N4002
D7- LED difuso verde
FU1- Fusível de 250V 500mA
R1- Resistor de 220R 1/4W
R2- Resistor de 1K 1/2W
RV1- Potenciômetro linear de 1k
RV2- Potenciômetro linear de 1k
SW1- Chave "on/off"
SW2- Chave HH
TR1- Transformador com secundário de 15V 1.5A
U1- Regulador de tensão LM317
A chave SW1 é a chave on/off, e pode ser usado qualquer tipo de chave que sirva para esse tipo de função.
A chave SW2 é a chave para a escolha da tensão da rede, se 110V para um lado, se 220V para o outro lado.
O fusível serve como proteção para curtos que possam acontecer antes do regulador.
Os estágios básicos da fonte são os seguintes:
1- Transformação
2- Retificação
3- Filtragem
4- Regulagem
Transformação:
A transformação é feita pelo transformador (TR1), cujo primario é de 110 ou 220V e tem a saida de 15V com carga maxima de 1.5A. Ele tem a função de diminuir a tensão e aumentar a corrente fornecida.
Esse fator é determinado pela eficiência do transformador, por exemplo, se um transformador de 12W (12W @ 1A) tem uma eficiência de 100% isso significa que a potencia extraída da rede é a mesma entregue em seu secundário. Não vou entrar em detalhes quanto a isso.
Também não entrarei em detalhes quanto a tensão do transformador agora, leiam a pagina inteira e saberão porque. Agora entrarei em detalhes apenas quanto a corrente do transformador.
Para saber a potencia do transformador deve - se fazer a seguinte equação:
Ptr = Pout x FUT
Onde Ptr é a potencia do transformador
Pf é a potencia da fonte, lembrando, para calcular potencia basta multiplicar tensão por corrente (V x I).
FUT é um valor meio que padrão para essa formula, conhecido com fator de utilização do transoformador, que para retificação em ponte é de 1.23.
Então nossa fonte terá uma potencia de 18W (12 x 1.5 = 18). Então é só aplicar a formula:
Ptr = 18 x 1.23
Ptr = 22.1
22.1 é a potencia que nosso transformador deve ter, então para saber a corrente:
I = P/V
I = 22.1/15
I = 1.47
Arredondando para um valor maior e comercial tem-se 1.5A
Retificação:
Esse é feita por uma ponte retificadora de diodos (D1 a D4), que a função o próprio nome já diz, retificadora, ela retifica a corrente AC, tornando ela uma corrente DC pulsante, que pulsa, em retificação em ponte, a 120hz.
Bom, a amplitude do sinal (tensão) não continua o mesmo, ele aumenta, para o valor da tensão de pico da corrente AC.
Para saber esse valor é fácil, basta aplicar a formula:
Vp = Vtr x 1.41
Onde Vp é a tensão de pico, Vtr é a tensão do transformador.
Com essa formula temos o valor da tensão de pico, porém ainda não é a tensão que teremos depois da retificação, pois temos de considerar a queda de tensão dos diodos, que em retificação em ponte conduzem dois diodos ao mesmo tempo.
V = Vtr x 1.41 - Qd
V = 15 x 1.41 - 2V
V = 19.1V
Esses diodos(5391) segundo o datasheet, suportam até 1.5A, com a queda de tensão de 1V.
Filtragem:
Agora vem a filtragem, essa parte é parte em que a tensão pulsante, vamos dizer assim... fica menos pulsante, isso é complicado de se explicar em poucas palavras, aconselho a leitura desse material:
http://www.mspc.eng.br/eletrn/fontes_110.shtml
Essa parte é feita pelo capacitor C1, de 4700u. Esse se mal dimensionado pode fazer o ripple ser muito alto e acabar prejudicando a nossa fonte.
Para dimensionar o mesmo basta aplicar a seguinte formula:
C = I/(Ohz x Vrpp)
Onde C é o valor o capacitor, o valor dado pela fórmula é em farad (F) e não em microfarad (uf), por tanto temos de converter esse valor.
I é a corrente consumida pela fonte, dada em Ampere (A)
Ohz é a frequencia em que a tensão pulsa, como já sabemos, em retificação em ponte, 120hz.
Vrpp é o valor de ripple pico a pico, esse, veremos também mais a frente, o valor para nossa fonte é de 3.5, mas se quiserem saber o porque de 3.5 leia o resto da pagina.
Sabendo isso podemos calcular o valor do nosso capacitor:
C = 1.5/(120 x 3.5)
C = 0.003571
Como já dito esse valor é em F (farad) então convertendo esse valor para microfarads: 3571u
Agora arredondando para um valor maior (sempre arredonde para um valor maior) e para um valor comercial: 4700u ou para quem quizer, pode-se colocar um de 3300u e um de 470u ou 1000u.
Para a tensão de trabalho do capacitor considere sempre 20% de "folga", no nosso caso, 19.1 + 20% = 23, como cuidado nunca é demais, coloquei uma capacitor de 35V.
O capacitor C2 é para eliminar ruídos.
Regulagem:
Primeiro devemos saber a tensão de Vin-Vout do regulador, fornecido também pelo datasheet, como isso varia de fabricante para fabricante, colocaremos um valor de 3V como Vin-Vout.
Depois precisamos saber qual a tensão de Vrpp que poderemos ter. Veja como podemos calcular Vrpp:
Vrpp:
O valor de Vrpp é fácil de obter, ele é o valor, como já sabem, tensão de ripple pico a pico, e com o um valor de 3V como VinVout podemos deixar até 3.5V, esse valor é diferença entre a tensão mínima para que o regulador trabalhe corretamente e a tensão que você tem depois de retificada. Se temos 15.6V como tensão de trabalho do regulador e temos 19.1 depois de retificado, então podemos ter um valor de 3.5V como Vrpp:
Vrpp = V1 - V2
Vrpp = 19.1 - 15.6
Vrpp = 3.5
Onde V1 é a tensão que temos depois da retificação e V2 Seria a tensão de trabalho do regulador.
Desculpem os termos V1 e V2 ,é que não encontrei nenhuma "sigla" para indicar a tensão de trabalho e tensão depois da retificação.
Isso explica o fato de termos um transformador de 15V, com ele podemos ter uma tensão de Vrpp maior e assim podemos usar um capacitor de capacitancia rasoavel para nossa fonte (se tivessemos um transformador de menor tensão o Vrpp que poderiamos ter seria menor, tendo assim que usar capacitores de maior capacitancia. E ai vai um exercio pra vocês, coloque o valor do transformador com 14V, façam todas as contas e saberam do que estou falando!)
Potencia dissipada:
O regulador deve ser montado em um dissipador com o tamanho de acordo com a potencia dissipada.
Para saber a potencia máxima que o dissipador devera dissipar, basta fazer a formula abaixo:
P= (Vin - Voutmin) x Imax
Onde Vin é a tensão de entrada, Voutmin é a tensão mínima de saída e Imax é a corrente máxima que o regulador oferece.
Na nossa fonte a máxima potencia ficaria em:
P=(19.1 - 1.25) x 1.5
P=26.7
Então teremos no maximo 27W de calor, então o LM317 deve ser montado em um bom dissipador, pois 20W já é uma potencia usada em ferros de solda, e não é isso que queremos... Claro que é bem difícil você usar uma carga dessas em tão pouca tensão, mas pode acontecer, e é sempre bom ter uma fonte segura.
Potenciometros:
Agora vamos calcular o valor do potenciômetro, para isso precisamos saber que tensão máxima deve ter na saída e o valor de R2, então nessa fonte deve ter 12V na saída. R2, no próprio datasheet do regulador indica ser de 240R, mas aqui coloquei um de 220R, pelo fato de ser mais fácil de se encontrar para a venda.
Então vamos lá:
A tensão de saída do regulador vai ser sempre a tensão sobre o potenciômetro de ajuste + a tensão de referencia, que é de 1.25V. Sabendo isso podemos calcular a tensão que deve ter sobre potenciômetro para que a tensão de saída fique em no maximo 12V:
Vpot = Vout - Vref
Vpot = 12 - 1.25
Vpot = 10.75
Agora precisamos saber a corrente que passara pelo potenciômetro:
Ipot = Vref/R2
Ipot = 1.25/220
Ipot = 0.0056818
Agora para saber o valor do potenciômetro usa-se a seguinte formula:
Pot=Vpot/Ipot
Pot=10.75/0.0056818
Pot=1892R
Então devemos colocar um potenciometro de 1892R para que a tensão máxima fique em 12V. Esse valor de potenciometro não existe, então devemos adotar um valor mais alto, o mais proximo possivel, então adotamos 2k dividido em dois potenciometros de 1K. Não é o mais certo, mas é a solução, pois é bem dificil encontrar potenciometro de 2K, mas ai fica a critério de vocês, quem quizer usar apenas um de 2K não à problema algum.
Nesses casos fazemos a seguinte formula para sabermos a tensão sobre os potenciômetros:
PotR é o valor de 2000R (1k+1k) adotado.
Vpot = Ipot x PotR
Vpot = 0.0056818 x 2000
Vpot = 11.3
Essa é a tensão sobre potenciômetro. Agora, como já foi dito, a tensão de saida é a soma de Vpot com Vref, então:
11.3 + 1.25 = 12.6
Então 12.6 sera a máxima tensão de saída (aproximadamente) com um valor de potenciometro de 2000R. Como é regulavel essa pequena "sobra" não é tão importante, pois se pode regular para 12V tranquilamente.
C3 é um capacitor de by-pass, C3 filtra ruídos no pino de adj., e C4 filtra ruídos que podem "passar" pelo regulador, ambos são para que não aconteça de ter ruídos na saída do regulador.
C5 elimina completamente o ripple dessa fonte.
C3 e C5 também podem queimar o CI, caso aconteça um curto na saída ou no pino de ajuste, essa queima é pelo fato de que quando a saída entra em curto, os capacitores podem descarregar, assim fazendo haver carga no pino de saída do LM 317, por isso são usados os diodos D5 e D6 eles protegem o circuito contra essas possíveis descargas.
O LED D7 indica que a fonte esta ligada.
Essa fonte tem uma tensão máxima de 12.6V, mas nada os impede de usar os cálculos aqui passados para projetar uma fonte com menos ou mais tensão máxima na saída. Pra tensão mais alta na saída deve ser trocado o transformador, é claro, e recalcular a tensão dos capacitores.
Claro que deve ser respeitado os limites do LM317.
Lista de componentes:
C1- Capacitor eletrolítico de 4700uf 35V
C2- Capacitor disco de cerâmica 220nf 50V
C3- Capacitor de tântalo 10uf 25V
C4-Cpacitor disco de cerâmica 100nf 50V
C5- Capacitor de tântalo 47uf 25V
D1 à D4- Diodo retificador 1N5391
D5 e D6- Diodo retificador 1N4002
D7- LED difuso verde
FU1- Fusível de 250V 500mA
R1- Resistor de 220R 1/4W
R2- Resistor de 1K 1/2W
RV1- Potenciômetro linear de 1k
RV2- Potenciômetro linear de 1k
SW1- Chave "on/off"
SW2- Chave HH
TR1- Transformador com secundário de 15V 1.5A
U1- Regulador de tensão LM317
A chave SW1 é a chave on/off, e pode ser usado qualquer tipo de chave que sirva para esse tipo de função.
A chave SW2 é a chave para a escolha da tensão da rede, se 110V para um lado, se 220V para o outro lado.
O fusível serve como proteção para curtos que possam acontecer antes do regulador.
Os estágios básicos da fonte são os seguintes:
1- Transformação
2- Retificação
3- Filtragem
4- Regulagem
Transformação:
A transformação é feita pelo transformador (TR1), cujo primario é de 110 ou 220V e tem a saida de 15V com carga maxima de 1.5A. Ele tem a função de diminuir a tensão e aumentar a corrente fornecida.
Esse fator é determinado pela eficiência do transformador, por exemplo, se um transformador de 12W (12W @ 1A) tem uma eficiência de 100% isso significa que a potencia extraída da rede é a mesma entregue em seu secundário. Não vou entrar em detalhes quanto a isso.
Também não entrarei em detalhes quanto a tensão do transformador agora, leiam a pagina inteira e saberão porque. Agora entrarei em detalhes apenas quanto a corrente do transformador.
Para saber a potencia do transformador deve - se fazer a seguinte equação:
Ptr = Pout x FUT
Onde Ptr é a potencia do transformador
Pf é a potencia da fonte, lembrando, para calcular potencia basta multiplicar tensão por corrente (V x I).
FUT é um valor meio que padrão para essa formula, conhecido com fator de utilização do transoformador, que para retificação em ponte é de 1.23.
Então nossa fonte terá uma potencia de 18W (12 x 1.5 = 18). Então é só aplicar a formula:
Ptr = 18 x 1.23
Ptr = 22.1
22.1 é a potencia que nosso transformador deve ter, então para saber a corrente:
I = P/V
I = 22.1/15
I = 1.47
Arredondando para um valor maior e comercial tem-se 1.5A
Retificação:
Esse é feita por uma ponte retificadora de diodos (D1 a D4), que a função o próprio nome já diz, retificadora, ela retifica a corrente AC, tornando ela uma corrente DC pulsante, que pulsa, em retificação em ponte, a 120hz.
Bom, a amplitude do sinal (tensão) não continua o mesmo, ele aumenta, para o valor da tensão de pico da corrente AC.
Para saber esse valor é fácil, basta aplicar a formula:
Vp = Vtr x 1.41
Onde Vp é a tensão de pico, Vtr é a tensão do transformador.
Com essa formula temos o valor da tensão de pico, porém ainda não é a tensão que teremos depois da retificação, pois temos de considerar a queda de tensão dos diodos, que em retificação em ponte conduzem dois diodos ao mesmo tempo.
V = Vtr x 1.41 - Qd
V = 15 x 1.41 - 2V
V = 19.1V
Esses diodos(5391) segundo o datasheet, suportam até 1.5A, com a queda de tensão de 1V.
Filtragem:
Agora vem a filtragem, essa parte é parte em que a tensão pulsante, vamos dizer assim... fica menos pulsante, isso é complicado de se explicar em poucas palavras, aconselho a leitura desse material:
http://www.mspc.eng.br/eletrn/fontes_110.shtml
Essa parte é feita pelo capacitor C1, de 4700u. Esse se mal dimensionado pode fazer o ripple ser muito alto e acabar prejudicando a nossa fonte.
Para dimensionar o mesmo basta aplicar a seguinte formula:
C = I/(Ohz x Vrpp)
Onde C é o valor o capacitor, o valor dado pela fórmula é em farad (F) e não em microfarad (uf), por tanto temos de converter esse valor.
I é a corrente consumida pela fonte, dada em Ampere (A)
Ohz é a frequencia em que a tensão pulsa, como já sabemos, em retificação em ponte, 120hz.
Vrpp é o valor de ripple pico a pico, esse, veremos também mais a frente, o valor para nossa fonte é de 3.5, mas se quiserem saber o porque de 3.5 leia o resto da pagina.
Sabendo isso podemos calcular o valor do nosso capacitor:
C = 1.5/(120 x 3.5)
C = 0.003571
Como já dito esse valor é em F (farad) então convertendo esse valor para microfarads: 3571u
Agora arredondando para um valor maior (sempre arredonde para um valor maior) e para um valor comercial: 4700u ou para quem quizer, pode-se colocar um de 3300u e um de 470u ou 1000u.
Para a tensão de trabalho do capacitor considere sempre 20% de "folga", no nosso caso, 19.1 + 20% = 23, como cuidado nunca é demais, coloquei uma capacitor de 35V.
O capacitor C2 é para eliminar ruídos.
Regulagem:
Primeiro devemos saber a tensão de Vin-Vout do regulador, fornecido também pelo datasheet, como isso varia de fabricante para fabricante, colocaremos um valor de 3V como Vin-Vout.
Depois precisamos saber qual a tensão de Vrpp que poderemos ter. Veja como podemos calcular Vrpp:
Vrpp:
O valor de Vrpp é fácil de obter, ele é o valor, como já sabem, tensão de ripple pico a pico, e com o um valor de 3V como VinVout podemos deixar até 3.5V, esse valor é diferença entre a tensão mínima para que o regulador trabalhe corretamente e a tensão que você tem depois de retificada. Se temos 15.6V como tensão de trabalho do regulador e temos 19.1 depois de retificado, então podemos ter um valor de 3.5V como Vrpp:
Vrpp = V1 - V2
Vrpp = 19.1 - 15.6
Vrpp = 3.5
Onde V1 é a tensão que temos depois da retificação e V2 Seria a tensão de trabalho do regulador.
Desculpem os termos V1 e V2 ,é que não encontrei nenhuma "sigla" para indicar a tensão de trabalho e tensão depois da retificação.
Isso explica o fato de termos um transformador de 15V, com ele podemos ter uma tensão de Vrpp maior e assim podemos usar um capacitor de capacitancia rasoavel para nossa fonte (se tivessemos um transformador de menor tensão o Vrpp que poderiamos ter seria menor, tendo assim que usar capacitores de maior capacitancia. E ai vai um exercio pra vocês, coloque o valor do transformador com 14V, façam todas as contas e saberam do que estou falando!)
Potencia dissipada:
O regulador deve ser montado em um dissipador com o tamanho de acordo com a potencia dissipada.
Para saber a potencia máxima que o dissipador devera dissipar, basta fazer a formula abaixo:
P= (Vin - Voutmin) x Imax
Onde Vin é a tensão de entrada, Voutmin é a tensão mínima de saída e Imax é a corrente máxima que o regulador oferece.
Na nossa fonte a máxima potencia ficaria em:
P=(19.1 - 1.25) x 1.5
P=26.7
Então teremos no maximo 27W de calor, então o LM317 deve ser montado em um bom dissipador, pois 20W já é uma potencia usada em ferros de solda, e não é isso que queremos... Claro que é bem difícil você usar uma carga dessas em tão pouca tensão, mas pode acontecer, e é sempre bom ter uma fonte segura.
Potenciometros:
Agora vamos calcular o valor do potenciômetro, para isso precisamos saber que tensão máxima deve ter na saída e o valor de R2, então nessa fonte deve ter 12V na saída. R2, no próprio datasheet do regulador indica ser de 240R, mas aqui coloquei um de 220R, pelo fato de ser mais fácil de se encontrar para a venda.
Então vamos lá:
A tensão de saída do regulador vai ser sempre a tensão sobre o potenciômetro de ajuste + a tensão de referencia, que é de 1.25V. Sabendo isso podemos calcular a tensão que deve ter sobre potenciômetro para que a tensão de saída fique em no maximo 12V:
Vpot = Vout - Vref
Vpot = 12 - 1.25
Vpot = 10.75
Agora precisamos saber a corrente que passara pelo potenciômetro:
Ipot = Vref/R2
Ipot = 1.25/220
Ipot = 0.0056818
Agora para saber o valor do potenciômetro usa-se a seguinte formula:
Pot=Vpot/Ipot
Pot=10.75/0.0056818
Pot=1892R
Então devemos colocar um potenciometro de 1892R para que a tensão máxima fique em 12V. Esse valor de potenciometro não existe, então devemos adotar um valor mais alto, o mais proximo possivel, então adotamos 2k dividido em dois potenciometros de 1K. Não é o mais certo, mas é a solução, pois é bem dificil encontrar potenciometro de 2K, mas ai fica a critério de vocês, quem quizer usar apenas um de 2K não à problema algum.
Nesses casos fazemos a seguinte formula para sabermos a tensão sobre os potenciômetros:
PotR é o valor de 2000R (1k+1k) adotado.
Vpot = Ipot x PotR
Vpot = 0.0056818 x 2000
Vpot = 11.3
Essa é a tensão sobre potenciômetro. Agora, como já foi dito, a tensão de saida é a soma de Vpot com Vref, então:
11.3 + 1.25 = 12.6
Então 12.6 sera a máxima tensão de saída (aproximadamente) com um valor de potenciometro de 2000R. Como é regulavel essa pequena "sobra" não é tão importante, pois se pode regular para 12V tranquilamente.
C3 é um capacitor de by-pass, C3 filtra ruídos no pino de adj., e C4 filtra ruídos que podem "passar" pelo regulador, ambos são para que não aconteça de ter ruídos na saída do regulador.
C5 elimina completamente o ripple dessa fonte.
C3 e C5 também podem queimar o CI, caso aconteça um curto na saída ou no pino de ajuste, essa queima é pelo fato de que quando a saída entra em curto, os capacitores podem descarregar, assim fazendo haver carga no pino de saída do LM 317, por isso são usados os diodos D5 e D6 eles protegem o circuito contra essas possíveis descargas.
O LED D7 indica que a fonte esta ligada.
Essa fonte tem uma tensão máxima de 12.6V, mas nada os impede de usar os cálculos aqui passados para projetar uma fonte com menos ou mais tensão máxima na saída. Pra tensão mais alta na saída deve ser trocado o transformador, é claro, e recalcular a tensão dos capacitores.
Claro que deve ser respeitado os limites do LM317.
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