Fontes de alimentação estabilizadas

Todo equipamento eletrônico é alimentado por fontes de corrente contínua. Para equipamentos móveis, normalmente são usadas baterias ou baterias galvânicas. Agora, existem muitos desses equipamentos nas mãos e nos bolsos: telefones celulares, câmeras, computadores tablet, vários instrumentos de medição e muito mais.

Eletrônica estacionária - televisões, computadores, centros de música, etc. alimentado por CA usando fontes de alimentação. Aqui, em nenhum caso você pode ficar sem pilhas ou pilhas pequenas.

Os dispositivos eletrônicos geralmente não são independentes e funcionam sozinhos. Antes de tudo, são unidades eletrônicas embutidas, por exemplo, uma unidade de controle para uma máquina de lavar ou microondas. Mas mesmo neste caso, as unidades eletrônicas têm seus próprios fontes de alimentação, na maioria das vezes até estabilizado e até com proteção, o que permite proteger a própria fonte de alimentação e a carga, ou seja, unidade de controle conectada.

Nos projetos desenvolvidos pelos amadores de rádio amador, há sempre uma fonte de alimentação, a menos que, é claro, esse projeto seja trazido ao fim e não seja abandonado pela metade. Infelizmente, isso acontece com bastante frequência. Mas, no caso geral, a construção de um circuito consiste em várias etapas.

Entre eles estão o desenvolvimento de um diagrama de circuitos, bem como a montagem e depuração do mesmo em uma placa de ensaio. E somente depois de obter os resultados exigidos na tábua de pão, eles começam a desenvolver uma estrutura de capital. É quando eles desenvolvem placas de circuito, uma caixa e uma fonte de alimentação.

No processo de experimentos na tábua de pão, o chamado fontes de alimentação de laboratório. A mesma unidade deve ser usada para comissionar uma ampla variedade de projetos, por isso deve ter amplos recursos.

Como regra, esta é uma unidade com regulação da tensão de saída e fornecendo corrente suficiente. Às vezes, a fonte de alimentação produz várias tensões, essas unidades são chamadas de multicanais. Um exemplo é uma fonte de alimentação de computador convencional ou uma fonte bipolar para um UMZCH poderoso.

Quando a fonte de alimentação é projetada para uma tensão fixa, por exemplo 5V, não é ruim fornecer proteção contra exceder a tensão de saída: se o transistor de saída do estabilizador romper, o circuito que é alimentado por ele pode sofrer.

Embora essa proteção não seja muito complicada, existem apenas alguns detalhes; por alguma razão, ela não ocorre em circuitos industriais, e é encontrada apenas em projetos de rádio amador e, mesmo assim, nem em todos. Mas, no entanto, existem tais esquemas de proteção.

Se você observar atentamente os dispositivos de consumo, notará que todos os dispositivos eletrônicos são alimentados por voltagens da faixa padrão. Isto é, antes de tudo, 5, 9, 12, 15, 24V. Com base nesses valores, são produzidos vários estabilizadores integrados com tensões fixas.

Na aparência, esses estabilizadores se assemelham a um transistor convencional em um pacote TO-220 (semelhante ao KT819) ou em um pacote D-PAK para montagem em superfície. A tensão de saída é 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Essas tensões são refletidas diretamente na marcação dos estabilizadores aplicados ao corpo do dispositivo. Pode ser algo como isto: MC78XX ou LM78XX.

Nas fichas técnicas, está escrito que estes são estabilizadores de três saídas com tensão fixa, como mostra a Figura 1.

Figura 1

O circuito de comutação é extremamente simples: apenas três pernas foram soldadas e receberam um estabilizador com a tensão e corrente de saída necessárias de 1 ... 2A. Dependendo do estabilizador específico, as correntes variam, o que deve ser observado na documentação.Além disso, os estabilizadores integrais possuem proteção contra superaquecimento e proteção contra corrente integradas.

As duas primeiras letras indicam a empresa do fabricante, e a segunda XX é substituída por números que mostram a tensão de estabilização, às vezes as duas primeiras letras são substituídas por uma ... três ou nenhuma. Por exemplo, o MC7805 indica um estabilizador de tensão fixa de 5V, enquanto o MC7812 é o mesmo, mas com uma tensão de saída de 12V.

Além dos estabilizadores com tensões fixas na versão integrada, existem estabilizadores ajustáveis, por exemplo, LT317A, um circuito de comutação típico mostrado na Figura 2. Os limites da regulação de tensão também são indicados lá.

Figura 2. Circuito de comutação típico de um estabilizador ajustávelLT317A

Às vezes, simplesmente não há estabilizador ajustável à mão, como resolver esse problema, é possível fazer sem ele? Bem, você precisa de uma voltagem de 7,5V e é isso! Acontece que um regulador com tensão fixa se torna facilmente ajustável. Um circuito de comutação semelhante é mostrado na Figura 3.

Figura 3

A faixa de ajuste, neste caso, começa com a tensão fixa do estabilizador aplicado e é limitada apenas pela magnitude da tensão de entrada, naturalmente, menos a queda mínima de tensão através do transistor regulador do estabilizador.

Se você não precisar ajustar a tensão, mas, em vez de 5V, precisará obter, por exemplo, 10, basta remover o transistor VT1 e tudo o que estiver conectado a ele e, em vez disso, ligar o diodo zener com uma tensão de estabilização de 5V. Naturalmente, o diodo zener é ligado em uma direção não condutora: o ânodo é conectado ao barramento de potência negativo e o catodo é conectado ao terminal estabilizador 8 (2).

É digna de nota a numeração das conclusões do caso de três pernas mostrado na Fig. 3, a saber: 17, 8, 2! De onde veio, quem o inventou, não está claro. Talvez essa seja novamente a maquinação de nossos desenvolvedores, para que a deles não tivesse adivinhado! Mas essa pinagem é usada e é preciso aturar isso.

Depois de considerados os estabilizadores integrais, é possível prosseguir com a fabricação de fontes de alimentação baseadas neles. Para fazer isso, basta encontrar um transformador adequado, complementá-lo com uma ponte de diodos com um capacitor eletrolítico e montar tudo em um estojo adequado.

Fonte de alimentação do laboratório

Começando a desenvolver uma fonte de alimentação de laboratório, você deve decidir sua base elementar ou, simplesmente, o que faremos dela. A maneira mais fácil é montar a unidade desejada em um chip LT317A ou em seu estabilizador analógico doméstico KR142EN12A (B) - estabilizadores de tensão ajustáveis.

Vamos voltar à Figura 2. Indica que a faixa de ajuste de tensão é de 1,25 ... 25V. O valor máximo admissível deste parâmetro é de 1,25 a 37V, com uma tensão de entrada de 45V. Essa é a tensão máxima permitida, portanto, é melhor limitar-se a uma faixa de regulação de 25 volts.

É melhor não perseguir a corrente máxima (1,5A), portanto, procederemos ao cálculo em pelo menos um ampère, que é exatamente 75%. Afinal, a margem de segurança deve sempre ser. Portanto, para essa fonte de alimentação, você precisará retificador com uma tensão de pelo menos 30 ... 33V e uma corrente de até 1A.

Co circuito retificador é mostrado na Figura 4. Caso o consumo de corrente seja superior a um ampère, o estabilizador deve ser complementado com transistores potentes externos. Mas este é outro esquema.

Figura 4. Circuito retificador

Cálculo de retificador e transformador

Antes de tudo, os diodos da ponte retificadora devem ser selecionados, sua corrente direta também deve ser pelo menos 1A e é melhor se pelo menos 2A ou mais. Aqui, os diodos 1N5408 com uma corrente direta de 3A e uma tensão reversa de 1000V são bastante adequados. Também são adequados diodos KD226 domésticos com qualquer índice de letras.

O capacitor eletrolítico do filtro também pode ser simplesmente selecionado usando recomendações práticas: para cada ampere da corrente de saída, mil microfarads. Se planejarmos uma corrente não superior a 1A, um capacitor com capacidade de 1000µF é adequado.Os capacitores eletrolíticos, diferentemente dos cerâmicos, não toleram altas tensões; portanto, sua tensão de trabalho, que deve ser maior que a tensão real neste circuito, é sempre indicada nos circuitos.

Para a fonte de alimentação projetada, é necessário um capacitor de 1000µF * 50V. Nada de ruim acontecerá se o capacitor não for 1000, mas 1500 ... 2000µF. O retificador em si já foi projetado. Agora, como se costuma dizer, a questão é pequena: resta calcular o transformador.

Primeiro de tudo, você deve determinar a potência do transformador. Isso é feito considerando a potência de carga. Se a corrente de saída do estabilizador for 1A e a tensão de entrada do estabilizador for 32V, a energia consumida pelo enrolamento secundário do transformador é P = U * I = 32 * 1 = 32W.

Que transformador seria necessário com uma energia de circuito secundário? Tudo depende da eficiência do transformador, quanto maior a potência total, maior a eficiência. A qualidade e o design do ferro transformador também afetam esse parâmetro. A tabela mostrada na Figura 5 ajudará a determinar essa pergunta aproximadamente.

Figura 5

Para descobrir a potência geral do transformador, a potência no enrolamento secundário deve ser dividida pela eficiência do transformador. Suponha que tenhamos à disposição um transformador convencional com ferro em forma de W, indicado na tabela como "blindado estampado". A potência estimada da fonte de alimentação projetada é de 32W, então a potência do transformador é de 32 / 0,8 = 40W.

Como foi escrito logo acima, para a fonte de alimentação desenvolvida requer uma tensão constante de 30 ... 33V. Então a tensão do enrolamento secundário do transformador será 33 / 1,41 = 23,404V.

Isso permite que você escolha um transformador padrão com uma voltagem do enrolamento secundário em 24V inativo.

Para não complicar os cálculos, a queda de tensão nos diodos da ponte e a resistência secundária do enrolamento secundário não são consideradas aqui. Basta dizer que, a uma corrente de 1A, o diâmetro do fio secundário geralmente é de pelo menos 0,6 mm.

Esse transformador pode ser selecionado entre os transformadores unificados da série CCI. A potência do transformador pode ser superior a 40W, isso apenas melhorará a confiabilidade da fonte de alimentação, embora aumente levemente seu peso. Se o transformador CCI não puder ser adquirido, você poderá simplesmente rebobinar o enrolamento secundário do transformador com energia adequada.

Se for necessária uma fonte de alimentação bipolar ajustável, ela poderá ser montada de acordo com o circuito mostrado na Figura 6. Para isso, será necessário um regulador de tensão negativa KR142EN18A ou LM337. O circuito de sua inclusão é muito semelhante ao KR142EN12A.

Figura 6. Diagrama de uma fonte de alimentação bipolar regulada

É bastante óbvio que será necessário um retificador bipolar para alimentar esse estabilizador. Isso é feito com mais facilidade em um transformador com um ponto médio e uma ponte de diodos, como mostra a Figura 7.

Figura 7. Diagrama de um retificador bipolar

O design da fonte de alimentação é arbitrário. O próprio retificador e a placa estabilizadora podem ser montados em placas separadas ou em uma. Os microcircuitos devem ser instalados em radiadores com uma área de pelo menos 100 centímetros quadrados. Se você deseja reduzir o tamanho dos radiadores, pode aplicar um resfriamento forçado com a ajuda de pequenos refrigeradores de computador, dos quais existem muitos à venda agora.

Um circuito de comutação do estabilizador ligeiramente aprimorado é mostrado na Figura 8.

Figura 8 Circuito de comutação típico KR142EN12A

Os diodos de proteção VD1, VD2 tipo 1N4007 são projetados para proteger o microcircuito contra quebra no caso em que a tensão de saída excede a tensão de entrada. Essa situação pode acontecer quando você desliga o chip. Portanto, a capacitância do capacitor eletrolítico C2 não deve ser maior que a capacitância do capacitor eletrolítico na saída da ponte de diodos.

O capacitor Cadj conectado ao terminal de controle reduz significativamente a ondulação na saída do estabilizador. Sua capacidade é geralmente várias dezenas de microfarads.

No projeto da fonte de alimentação, é desejável fornecer um voltímetro e um amperímetro integrados, preferencialmente eletrônicos, vendidos em lojas on-line. Esses são apenas os preços que eles mordem, então, primeiro, é melhor ficar sem eles e definir a tensão necessária com um multímetro.

Boris Aladyshkin