Projeto Super Fonte 1.25V à 130V e 0.2 à 5 Amperes com CI LM723 + PCI - 1° Parte

Olá a Todos!!!

Fig. 1 - Projeto Fonte Alimentação variável 130V 5A FVML

No Post de hoje, iremos dar início a um projeto fantástico de uma Fonte de Alimentação para Bancada, que tem a capacidade de fornecer uma tensão ajustável entre 1.25 à 130V DC, com uma corrente que varia entre alguns miliamperes à 5 Amperes. Iremos utilizar o velho e conhecido LM723 ou uA723 em configuração Floating Regulator, que em uma tradução livre, seria; Regulador Flutuante.

Mas, para entendermos o significado de Regulador Flutuante, temos primeiro que conhecer o LM723.

O LM723 é um regulador de tensão de alta precisão programável, montado em encapsulamento plástica dupla em linha de 14 derivações. O circuito fornece limitação de corrente interna. Quando a corrente de saída exceder 150 mA, um elemento externo NPN ou PNP pode ser usado. São feitas provisões para limitação de corrente ajustável e desligamento remoto. O diagrama de bloco esquemático do Circuito Integrado está descrito na figura 2 abaixo.

Fig. 2 - Diagrama de bloco Circuito Integrado LM723

Como é de conhecimento da maioria, os circuitos reguladores de tensão variáveis, em geral só conseguem variar sua tensão de saída com valores entre 1.25 à 37v, com exceção de alguns reguladores especiais, que variam sua tensão a mais que o padrão, aqui mesmo no nosso site FVML, temos alguns circuitos com reguladores especiais, é só você seguir a Tag lateral em fonte de alimentação. 

No caso do LM723 não é diferente,  a tensão de entrada tem um limite de até 40V, e sua tensão de variação fica entre 2V à 37V na saída. 

Mas... para conseguirmos variar uma tensão de alimentação maior que os 37V? Para isso utilizaremos a configuração do tipo Floating Regulator, isso significa que é feita a alimentação do Circuito Integrado com uma fonte, e a alimentação da saída regulável com outra fonte, e é aí onde acontece a mágica, uma tensão independente da tensão que alimenta o Circuito Integrado, ficando assim, com uma alta tensão independente regulada na saída.

O diagrama esquemático do nosso Projeto, foi baseado no Datasheet do fabricante, Texas Instruments, com algumas pequenas modificações. O circuito sugerido pelo fabricante é o que mostrado na figura 3 abaixo. Ele não oferta nenhum controle de corrente ajustável, o que se tem é o circuito de proteção contra curto, ou alta corrente, formado pelo resistor R5 de 1 ohms.

Fig. 3 - Diagrama Esquemático Fonte Alimentação Floating com LM723

E o que fizemos foi algumas alterações no circuito para adequar as nossas necessidade, e a primeira foi estudar uma maneira de fazer com que tivéssemos um controle de corrente na saída, adicionando um potenciômetro Linear em conjunto com um resistor para executar essa tarefa, também não estamos utilizando o diodo Zener, pois a fonte que estamos utilizando é independente e estabilizada, "estamos utilizando uma de notebook", fizemos umas alterações nos resistores divisores de tensão para chegarmos a um valor que precisaremos, também separamos a fonte de alimentação, no circuito apresentado no datasheet, no datasheet existe uma única fonte de alimentação, preferimos separá-los, devido a alta tensão que estamos trabalhando, teríamos que modificar o resistor "R5 de 200R"  e colocar um com maior capacidade, e obviamente ele estaria consumindo toda tensão limitado pelo diodo Zener, e isso significa que o resistor teria que ter uma boa potência, para alimentar o circuito, e consumiria uma corrente contínua sem mesmo você está usando a fonte. Na figura 4 podemos ver o circuito com as alterações que fizemos.

Fig. 4 - Projeto Super Fonte Alimentação 130V  5A com LM723

Adicionamos uma etapa de potência seguido de um transistor drive (BD139) e dois transistores de potência (2SC5200), isso para poder suportar a corrente de 5 Amperes,  Executamos primeiro a montagem em uma Protoboard, testamos, e os resultados foram satisfatórios, só será necessário recalcularmos o controle de corrente, é necessário que ele seja mais preciso iniciando, como sugere a descrição do título do nosso Post, 0,2 à 5 Amperes, esses testes estão disponível no vídeo que fizemos em nosso canal no YouTube, você pode está visualizando no final desse Post. 

Lista de Materiais

CI_1 ------------------------ Circuito Integrado LM723

Q1 --------------------------- Transistor NPN BD139

Q2, Q3 ---------------------- Transistores NPN 2SC5200

R1 --------------------------- Resistor 1/4W 1.5KΩ (marrom, verde, vermelho)

R2 --------------------------- Resistor de 1/4W 15KΩ (marrom, verde, laranja)

R3, R4 --------------------- Resistor e 1/4W 2.2kΩ  (vermelho, vermelho, vermelho)

R5 --------------------------- Resistor e 1/4W 470Ω  (amarelo, violeta, marrom)

R6, R7 --------------------- Resistor e 5W 0.15Ω  (marrom, verde, prata)

R8 -------------------------- Resistor e 10W 1Ω  (marrom, preto, preto)

C1 -------------------------- Capacitor Cerâmico/Poliester 1nF

P1 -------------------------- Potenciômetro de 10KΩ

P2 -------------------------- Potenciômetro de 1KΩ

B1, B2, B3 -------------- Bornes terminas soldáveis dois pinos

Diversos ----------------- PCI, soldas, fios etc.

Testes...

Os testes que fizemos, mostra que iniciamos com uma tensão de entrada de 67V, e deu tudo certo, conseguimos alimentar um motor pequeno de aproximadamente 1 Ampere até 24V, e depois alimentamos dois resistores de 75W de potência e com resistências diferentes em paralelo, um foi de 250 ohms, e  o outro foi de 150 ohms, pela qual utilizando o método de equivalência de resistores para descobrirmos a resistência dos dois resistores em paralelo, seguindo a formula como ilustrado na figura 5 abaixo:

Fig. 5 - Formula resistência equivalente FVML

O que nos deu uma resistência de 93,75 ohms com 150W de potência, bem com essa resistência podemos facilmente fazer os testes em nossa fonte.

OBS.: Tenha bastante atenção ao ligar as fontes, não ligue a fonte Primária, a que alimenta o Circuito Integrado, sem ligar também a fonte Secundária, a que gera a tensão de saída, pois estamos trabalhando com tensão de regulagem flutuante, isso significa que, se você ligar a fonte Primária e não ligar a fonte Secundária, ele irá aquecer o Circuito Integrado e posteriormente danifica-lo e queimá-lo.

Ao conectar a carga, tivemos em uma alimentação de 62V a corrente em cima dos resistores foi de 0.639A, o transistor e a carga aqueceu moderadamente, estava-mos utilizando um único transistor que tinha-mos disponível em nossa bancada, a tensão mínima conseguida foi de 1.1V e a máxima foi de 62V, nessa configuração inicial, com a fonte secundária de 67V. Então iniciamos as modificações para evoluirmos para os 130V.

Para executarmos essa mudança, é necessário mudarmos o resistor divisor de tensão de realimentação conectado ao terra da fonte Secundária e ao potenciômetro em série, no próprio datasheet temos uma tabela que você pode está seguindo, como estamos com uma fonte de 130V, na tabela do datasheet, para essa tensão, é mais ou menos 100K.

Baseado nos testes que fizemos, com o resistor sugerido pelo fabricante não alcançamos os 130V desejado, e a tensão mínima na saída dem 27V, será necessário recalcular esses resistores, com a carga conectada, alcançamos uma corrente de 1.208A, e a tensão máxima foi de 117.6V. A carga esquentou bastante, e o transistor ficou muito quente, não suportaria ficar com essa carga por longo tempo.
A fonte que utilizamos, não aguentou fornecer os 135,9V com uma carga, e manter essa tensão, ela caiu para 121,5V.

No final dos testes alcançamos uma carga de 1.211A multiplicado pela tensão de 117.8V o que nos resultou em uma potência de 142.6W. 

Na segunda parte desse projeto, estaremos atualizando esse circuito, fazendo novos testes e as devidas modificações para aprimorarmos esse projeto e deixarmos redondinho, tudo funcionando com sua capacidade total. Quando concluirmos todas as etapas desse projeto, estaremos disponibilizando para vocês os diagramas esquemático já com suas devidas modificações, a Layout da PCB, e tudo que for necessário para você também concluir o seu projeto.

Abaixo segue o nosso vídeo de todos os testes que fizemos:

Projeto Super Fonte 1.25V à 130V e 0.2 à 5 Amperes com CI LM723 - 1° Parte

CONTINUA...

E por hoje é só, espero que tenham gostado!!!
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Forte abraço.

Deus vos Abençoe
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