Fonte Simétrica Regulável 1.25V a 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito + PCI

Fig. 1 - PCI Fonte Simétrica Regulável 1.25V a 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito

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Olá a Todos!!!

No post de hoje, montaremos uma Fonte Simétrica Regulável, que pode variar sua tensão de saída entre 1.25V até 47V. Baseado no Circuito Integrado Regulador de tensão Linear LM317HV para tensão positiva e o LM337HV para tensão negativa. 

Que em conjunto com transistores transistores NPN TIP35C e o transistor PNP TIP36C, entregarão uma corrente de 6 Amperes, em cada saída "Explicaremos abaixo".   

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Introdução

A fonte desse projeto trabalha com os reguladores de tensão LM317HV e o LM337HV, que são reguladores de tensão complementares de 1.5A, e com tensão que variam entre 1.25V à 47V. 

Que trabalhando em conjunto complementarmente, podem nos fornecer tensões positivas e negativas variáveis, o que nos proporciona a possibilidade de fazermos uma fonte simétrica com todas as proteções que um Regulador LM317 e LM337 teem.

No entanto para quem planeja fazer uma fonte ajustável de bancada, precisa mais que 1.5A que esses reguladores fornecem, foi então que implementamos um booster com os transistores complementares de potência TIP35C e TIP36C, trazendo a possibilidade de uma tensão variável com uma ótima corrente de 6 Amperes.

Mais ainda assim, ficaríamos com uma fonte boa com tensão variável entre 1.25V à 47V, com corrente de 6A mas sem proteção contra curto circuito.

Pensando nisso implementamos um par de transistores complementares, em conjunto com um resistor Shunt, que terá a função de cortar a tensão caso haja um curto circuito na saída da fonte, tornando uma fonte completa para bancada.

O Regulador de Tensão LM137HV / LM337HV

Os reguladores LM137HV ou LM337HV são reguladores de alta tensão negativa de 3 terminais ajustáveis, capazes de fornecer mais de -1,5A em uma faixa de tensão de saída de - 1,25V a - 57V.

Lembrando que estamos falando dos LM137 e LM337 com a sigla final HV, que significa High Voltage (Alta Voltagem).

Esses reguladores são excepcionalmente fáceis de aplicar, exigindo apenas 2 resistores externos para definir a tensão de saída e 1 capacitor de saída para compensação de frequência. Além disso, a série LM137HV apresenta limitação de corrente interna, desligamento térmico e compensação de área segura, tornando-os virtualmente à prova de explosão contra sobrecargas.

Eles teem uma ampla variedade de aplicações, incluindo regulagem local na placa, regulagem de tensão de saída programável ou regulagem de corrente de precisão. 

O Regulador de Tensão LM117HV / LM317HV 

Os reguladores LM117HV ou LM317HV são reguladores de alta tensão Positiva de 3 terminais ajustáveis, capazes de fornecer 1,5 A em uma faixa de tensão de saída de 1.25V a 57V.

Lembrando que estamos falando dos LM117 e LM317 com a sigla final HV, que significa High Voltage (Alta Voltagem).

Os reguladores são excepcionalmente fáceis de aplicar, exigindo apenas 2 resistores externos para definir a tensão de saída. 

A limitação de corrente interna e a limitação de energia, juntamente com a limitação térmica, evitam danos devido a sobrecargas ou curtos-circuitos, mesmo se os reguladores não estiverem presos a um dissipador de calor.

Os Transistores de Potência TIP35C e TIP36C

O TIP35C é um transistor Mospec de Alta Potência, do tipo NPN, com capacidade de corrente de coletor de 25A contínuos, fazendo assim o transistor perfeito para esse projeto, com Vce e Vbe, Tensão de Coletor Emissor, e Tensão de Coletor Base, de 100V, vale lembrar que essas configurações referem-se ao TIP35C.

Existe o TIP35 = 40V, o TIP35A = 60V, o TIP35B = 80V e o TIP35C = 100V, então para esse projeto podemos utilizar para maior eficiência, os TIP35C e TIP36C.

O TIP36C é um transistor Mospec de Alta Potência, do Tipo PNP, os demais parâmetros são exatamente "Levando conta que ele é um PNP" iguais, já que eles são complementares.

Como o Circuito Funciona

Após a retificação e filtro que são os primeiros processos básico do circuito, a tensão total vinda do Trafo e sendo retificada entre pelo primeiro bloco inicial que é a de controle de tensão, essa controlada pelo Circuito Integrado LM317HV e em espelho "Mesma função, só que de forma negativa".

O resistor R1 e R2 de 0,12 ohms são resistores que teem a função de Sensor de Carga, recebem a corrente que flui através do circuito, e enquanto essa corrente não atinge a corrente calculada em cima dos resistores R1 e R2.

O circuito se comporta como um regulador de tensão normal, pois para pequenas correntes "calculada", não ha queda de tensão no resistor Sensor de Carga, sendo assim o Transistores Boosters TIP36C e TIP35C não são ativados.

Se ha uma aumento de corrente no circuito, a tensão no resistor R1 aumenta, e se essa tensão atingir aproximadamente 0,6V "tensão de corte do transistor", a etapa de potência é ativada e a corrente fluirá através deles.

O Circuito de Proteção

O circuito de proteção contra curto circuito na saída, é formada pelos transistores; Q1 BD140 PNP e o Q2 BD139 NPN, cada um para uma polarização de saída da fonte.

Eles fazem o controle da corrente máxima "Calculada" que está fixada em 6 Amperes, e em conjunto com os resistores R3 e R4 de 0,12 ohms ambos, funcionam como resistor sensor de corrente, que serve para polarizar os transistores Q1 e Q2. 

Dependendo do valor determinado, ele irá delimitar a corrente de saída de todo o circuito seguindo uma simples fórmula da Lei de Ohms, que serve para estipular essa corrente de delimitação.

Formula 1° Lei de Ohm

A 1ª lei de Ohm determina que a diferença de potencial entre dois pontos de um resistor, é proporcional à corrente elétrica estabelecida nele, e a razão entre o potencial elétrico e a corrente elétrica é sempre constante para resistores ôhmicos. A formula é dada por: V = R * I

• V – Tensão ou Potencial Elétrico
• R – Resistência Elétrica
• I – Corrente Elétrica

Dotado do conhecimento da lei de ohms, podemos agora calcularmos os valores dos resistores Sensor de Carga, que ativa a etapa de potência, e os resistores de polarização dos transistores de proteção, que é o circuito de proteção contra Curto Circuito.

Calculo Resistor de Carga

Em primeiro lugar, temos que saber a corrente máxima suportada pelo regulador de tensão LM317, é de 1.5 amperes, de acordo com o datasheet.

• LM317HV & LM337HV = 1.5A

Vamos calcular o R1, sabendo-se que o mesmo calculo é feito para o R2. Sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

• V = R * I

V =  A tensão de corte dos transistores Q3 & Q4, que segue o mesmo princípio para o conjunto Q5 & Q6, é de 0.6V "Que é a região de corte do Transistor". Vamos chamar Q3 & Q4 de Qeq.

I = É a corrente do CI1 regulador, vamos colocar a corrente de trabalho do CI1 em 300mA, que é igual a 0,300A, com essa corrente não precisaremos colocar dissipador no mesmo.

Então:

• R1 = Vbe_Qeq / I_CI1
• R1 = 0,6V / 0,300A
• R1 = 2 ohms
  

Cálculo Resistor do Circuito Proteção

Do mesmo modo, temos que saber a corrente total da fonte escolhida para que haja um corte nessa região. A nossa fonte é para 6 Amperes.

• Fonte = 6A

Vamos calcular o R3, sabendo-se que o mesmo calculo é feito para o R4. Sabemos que a Lei de ohms nos fornece a seguinte expressão:

• V = R * I

V =  A tensão de corte do transistor Q1, que segue o mesmo princípio para o transistor Q2, é de 0.6V "Que é a região de corte do Transistor".

I = É a corrente total da Fonte, que é 6A.

Então:

• R1 = Vbe_Q1 / I_Fonte
• R1 = 0,6V / 6A
• R1 = 0,1 ohms

Corrente dos Transistores de Potência

• Q3 + Q4 = 25A + 25A = 50A
  

OBS.: Lembrando que a potência dos transistores TIP36C, é de 125W,  isso significa que ele trabalha com corrente de 25A à 5V, lembra da fórmula acima, P=V*I;  

• P = 5V * 25A = 125W.

Para esse circuito com tensão máxima de 47V, e os transistores com potência máxima de 125W,  ficamos assim:

• Pmax = V * I:
• Imax = P / V => Imax = 125W / 47V => Imax =  2.66A
• Como são dois transistores em conjunto Imax = 5.32A

Por isso nosso circuito trabalha com dois transistores TIP36C para conseguirmos aproximadamente 6 Amperes na saída, com a tensão máxima da fonte.

Na Figura 2 temos o diagrama esquemático do circuito fonte ajustável com proteção contra curto-circuito, para que nos acompanha já conhece muito bem esse circuito, o que diferença é justamente a implantação da simetria do circuito e o circuito de proteção, como podemos ver abaixo.

Fig. 2 - Fonte Simétrica Regulável 1.25V a 47V 6 Amperes com Proteção contra Curto-Circuito

O Transformador

O transformador deve ser simétrico, ou seja: "3 Fios". O transformador deve ser capaz de fornecer no mínimo 6A na saída. A tensão do primário, "tensão de entrada" será de acordo com a tensão da sua região; 110V ou 220Vac. O secundário, "a tensão de saída" deve ser de 36 - 0V - 36 Vac. 

Lista de Material

• CI1 ........................... Regulador de Tensão Positiva LM317HV
• CI2 ........................... Regulador de Tensão Negativa LM337HV
• Q1 ............................ Transistor PNP BD140
• Q2 ............................ Transistor NPN BD139
• Q3, Q4 ..................... Transistor de Potência PNP TIP36C
• Q5, Q6 ..................... Transistor de Potência NPN TIP35C
• D1 ............................ Ponte Retificadora 50A - KBPC5010
• D2, D3 ..................... Diodo retificador 1N4007
• R1, R2  ..................... Resistor 2W / 2Ω
• R3, R4 ...................... Resistor 5W / 0.1Ω
• R5, R6 ...................... Resistor 1/8W / 5KΩ
• R7, R8 ...................... Resistor 1/8W / 120Ω
• R9, R10, R11, R12 ... Resistor 5W / 0.1Ω
• C1, C2 ...................... Capacitor eletrolítico 10uF - 63V
• C3, C4 ...................... Capacitor eletrolítico 1000uF - 63V
• C5, C6 ...................... Capacitor eletrolítico 5.600uF - 63V 
• RV1 .......................... Potenciômetro 5KΩ
• P1, P2 ....................... Conector 3 terminal parafusado 5mm 3 Pinos
• Outros ...................... Fios, Soldas, pcb, etc.
  

Arquivos para Baixar:

Estamos dispondo para Download os materiais necessários para quem deseja montar com a PCI - Placa de Circuito Impresso, os arquivos em PNG, PDF e arquivos GERBER para quem deseja enviar para impressão.

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E por hoje é só, espero que tenhamos alcançado suas expectativas!

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