Mini fonte de alimentação ajustável 0V-15V
Sobre a fonte de alimentação
Como o nome sugere, as fontes de alimentação são fornecedores de energia para qualquer circuito. Todo circuito eletrônico precisa de uma fonte de alimentação adequada na entrada para obter um resultado ideal na saída. Precisamos escolher a fonte de alimentação de qualquer dispositivo ou circuito de acordo com os requisitos de energia do dispositivo. Neste experimento, estamos fazendo uma fonte de alimentação ajustável, que fornecerá tensão na faixa de 0 – 15V com 1A como corrente máxima.
Visão geral
Neste experimento, estamos fazendo uma fonte de alimentação regulada ajustável. Para reduzir qualquer flutuação e ondulações na saída, a alimentação deve ser regulada para poder fornecer uma tensão constante na saída. Nossa fonte de alimentação fornece tensão regulada e ajustável na saída.
A alimentação que estamos fazendo recebe 220V AC como entrada e gera uma tensão DC variável na faixa de 0-15V. Esta fonte de alimentação pode fornecer uma corrente máxima de 1A na saída.
Componentes necessários
| Componentes necessários | Especificação | Quantidade |
|---|---|---|
| Transformador Tr1 | Abaixe 18V-0-18V | 1 |
| Diodo D1-D6 | 1N4007 | 6 |
| Resistência Variável RV1 | 10K | 1 |
| Regulador de voltagem | LM317 | 1 |
| Capacitor C1 | 470uF 50V | 1 |
| Capacitor C2 | 220uF 50V | 1 |
| Resistor R1 | 820OHM | 1 |
| Resistor R2 | 1K,2W | 1 |
| Fusível | 1A | 1 |
Noções básicas de fonte de alimentação
Cada fonte de alimentação CC precisa seguir algumas etapas para obter a tensão CC adequada na saída. O diagrama abaixo mostra essas etapas básicas pelas quais obtemos uma fonte de alimentação CC regulada por CA.
Trabalhando
• Reduza a alimentação da rede elétrica por transformador de entrada
A tensão da rede elétrica (eletricidade que vem do governo) é de aproximadamente 220 V, mas de acordo com os requisitos do circuito, apenas a tensão de 15 V é necessária no terminal de saída. Para reduzir esses 220V para 15V, é usado um transformador abaixador. O transformador abaixador que estamos usando tem classificação 18V-0-18V/2A. Este transformador reduz a tensão da linha principal para 18V, conforme mostrado na imagem abaixo. O circuito sofre alguma queda na forma de perda resistiva e pelo IC LM317. Portanto, um transformador de tensão superior à tensão necessária para a aplicação (0-15V) é colocado neste circuito e pode fornecer corrente de 1A na saída.
• Retificação
A retificação é o processo de conversão de AC em DC. Existem duas maneiras de converter um sinal AC em DC. Um é através do retificador de meia onda e outro é usando um retificador de onda completa. Neste circuito, estamos usando uma ponte retificadora de onda completa para converter 18 V CA em 18 V CC. Como o retificador de onda completa é mais eficiente do que meia onda, pois pode fornecer uso completo do pulso negativo e positivo do sinal CA. Na configuração do retificador de ponte de onda completa, quatro diodos são conectados de forma que gere um sinal DC na saída, conforme mostrado na imagem abaixo. O diodo 1N4007 é utilizado na retificação de onda completa, pois pode permitir corrente de até 1A e alimentação de 18V.
• Suavização
Como o próprio nome sugere, é o processo de suavização ou filtragem do sinal DC usando um capacitor. Um capacitor C1 de alto valor é conectado no lado de entrada após a ponte retificadora para fornecer CC pura na saída. Como a CC que é retificada pelo circuito retificador tem muitos picos e ondulações de CA, para reduzir esses picos usamos um capacitor. Este capacitor atua como um capacitor de filtragem que desvia toda a CA através dele para o terra. Na saída, o DC restante agora é mais suave e livre de ondulações.
• Capacitor de saída
Na saída, o capacitor C2 também está conectado ao circuito. Este capacitor auxilia na resposta rápida a transitórios de carga. Sempre que a corrente de carga de saída muda, há uma escassez inicial de corrente, que pode ser atendida por este capacitor de saída.
A variação da corrente de saída pode ser calculada por
Corrente de saída, Iout = C (dV/dt)
• Regulação de tensão por LM317
Para fornecer uma tensão regulada na saída é usado o IC LM317. Este IC é capaz de fornecer uma corrente de até 1,5, portanto adequado para nossos requisitos de 1A. Neste circuito, o LM317 fornecerá uma tensão ajustável correspondente à sua tensão de entrada. Este IC tem a boa característica de regulação de carga. Fornecerá regulação e estabilização da tensão de saída independentemente das variações na tensão de entrada e na corrente de carga.
Sobre LM317
É um regulador de tensão positivo que fornece saída na faixa de 1,25V a 37V com tensão de entrada de até 40V. Ele pode fornecer uma corrente máxima de 1,5A na saída conforme a folha de dados em condições ideais.
Para definir a tensão desejada na saída, o circuito divisor de tensão resistivo é usado entre o pino de saída e o terra. O circuito divisor de tensão possui um resistor de programação R1 (resistor fixo) e outro é o resistor variável RV1. Tomando uma proporção perfeita entre o resistor de feedback (resistor fixo) e o resistor variável, podemos obter o valor desejado da tensão de saída correspondente à tensão de entrada.
• Diodo de proteção
Um diodo pode ser conectado ao IC LM317, como na imagem abaixo. Para evitar que o capacitor externo descarregue através do IC durante um curto-circuito de entrada. Quando a entrada está em curto, o cátodo do diodo está no potencial de terra. O terminal anódico do diodo está em alta tensão, pois C2 está totalmente carregado. Portanto, neste caso, o diodo é polarizado diretamente e toda a corrente de descarga do capacitor passa através de um diodo para o terra. Isso salvará o LM317 da corrente reversa. Neste experimento, dois diodos já estão conectados em série na saída, o que impede o IC de contracorrente. Portanto não é necessário conectar um diodo de proteção neste circuito.
• Voltagem de saída
A tensão de saída pode variar usando o pino de ajuste do LM317 IC. O resistor variável RV1 é usado para variar a tensão na saída de 0V a 15V. Como a saída mínima do LM317 é 1,25V, dois diodos 1N4007 são conectados em série com o resistor R2 de 1K para tornar a saída mínima próxima de 0V. Cada diodo sofre uma queda de 0,7 V e a queda restante é obtida pelo resistor de 1k. Portanto, na saída, obtemos uma tensão mínima de 0,3V e uma tensão máxima de 15,35V.
Observação Prática
Caso 1 :
Tensão de saída sem carga
Variando RV1 podemos variar a tensão de saída na faixa de
Vout = 0,34V a 15,35V
%Erro= (Valor experimental – valor esperado)*100/Valor esperado % de erro = (15,35 – 15)* 100/15 % Erro = 2,3%Caso2:
Quando a carga é conectada na saída definindo a tensão em 15,35V
Com isso, pode-se analisar que quando a demanda de corrente aumenta na saída a tensão de saída começará a diminuir. À medida que a demanda de corrente aumenta, o IC LM317 começa a aquecer e o IC sofrerá mais quedas, o que reduzirá a tensão de saída. Conseqüentemente, um dissipador de calor adequado é necessário quando a corrente consumida na saída é aumentada para dissipar o calor excessivo do circuito. O LM317 internamente pode tolerar 2W de dissipação de energia acima desta potência, sendo necessário um dissipador de calor.
Aplicativo
Pontos para lembrar
• A corrente nominal de um transformador abaixador, diodo de ponte e diodo de saída deve ser maior ou igual à corrente necessária na saída. Caso contrário, não será capaz de fornecer a corrente necessária na saída.
• A tensão nominal de um transformador abaixador deve ser maior que a tensão de saída máxima necessária. Isso se deve ao fato de que o LM317 sofre uma queda de tensão em torno de 2-3 V. Assim, a tensão de entrada deve ser 2-3 V maior que a tensão máxima de saída necessária.
• Use um capacitor de alto valor na entrada, pois um capacitor de alto valor pode lidar com ruídos da rede elétrica. Use também um capacitor na saída, esse capacitor ajuda a lidar com mudanças transitórias rápidas e ruído na saída. O valor do capacitor de saída depende do desvio na tensão, corrente de saída e tempo de resposta transitória do circuito.
• Sempre use um diodo de proteção ao usar um capacitor após um CI regulador de tensão, para evitar que o CI contracorrente durante a descarga do capacitor.
• O capacitor usado no circuito deve ter uma tensão nominal mais alta que a tensão de entrada. Caso contrário, o capacitor começará a vazar corrente devido ao excesso de tensão em suas placas e explodirá.
• Para acionamento de alta carga na saída, deve ser montado dissipador de calor nos furos do regulador. Isso evitará que o IC seja explodido.
• Como nosso circuito pode consumir uma corrente de 1A na saída. Um fusível de 1A deve ser conectado à saída do retificador. Este fusível impedirá o circuito de corrente superior a 1A. Para correntes acima de 1A, o fusível queimará e isso cortará a alimentação elétrica do circuito.
Código fonte do projeto