Em muitas aplicações, é necessária uma fonte de tensão constante. No entanto, existem mais aplicações de fontes de corrente constante do que fontes de tensão constante. A maioria das fontes de alimentação são fontes de tensão, incluindo baterias e energia de bancada.
Uma fonte de corrente constante pode ser usada em qualquer lugar onde uma corrente fixa seja necessária. Um resistor também pode ser usado, mas a corrente varia de acordo com a tensão. Isso levaria a variações perceptíveis na corrente de saída.
As fontes de corrente nunca são verdadeiramente constantes, pois variam com a temperatura. Mas eles ainda podem ser usados como uma fonte decente de corrente constante.
A fonte atual e o limite de carga
Em uma fonte de corrente constante, uma carga é conectada ao seu terminal de saída e fornece uma corrente constante à carga.
Mas o que acontece com a tensão de saída nesta situação?
A tensão de saída desempenha um papel crítico. Se exceder o limite de entrada da fonte de corrente, a fonte não fornecerá mais uma corrente constante. Para evitar esta situação é necessário escolher um limite máximo de carga.
Existem dois métodos para gerar uma fonte de corrente constante:
1. Combinando transistores e amplificadores operacionais (amplificadores operacionais)
2. Usando um regulador Buck
Criando uma corrente constante com LM350
Neste experimento, projetaremos uma fonte de corrente constante usando um conversor linear Buck LM350. É um conversor abaixador, que reduz (ou diminui) a tensão de entrada para um valor desejado valor.
As especificações do LM350:
- Corrente máxima de saída – 3A
- Faixa de tensão de entrada – 1,2 a 32V.
Design básico
Diagrama de blocos de uma fonte de corrente constante usando LM350.
Princípios de operação
Um regulador linear ajustável é necessário para projetar a fonte de corrente.
Este tipo de regulador consiste em pinos de entrada, saída e um pino de feedback (o pino ajustável), que alimenta a saída. Quando a entrada ou carga muda, o circuito de feedback regula a tensão de saída.
Internamente, o circuito integrado (IC) possui um amplificador de erro (baseado no amplificador operacional), um transistor e uma fonte de tensão de referência. O amplificador de erro monitora a tensão de saída, comparando-a com a tensão de referência do regulador. O amplificador também tenta manter a tensão de referência fixa para manter um fluxo de corrente constante através da rede de feedback.
Portanto, uma corrente constante flui pela saída mesmo com valores de carga diferentes.
Peças necessárias
Diagrama de circuito
Diagrama de circuito de uma fonte de corrente constante usando um LM350.
Recursos do LM350
1. Proteção contra curto-circuito de saída
2. Proteção contra sobrecarga térmica
3. Proteção de área segura
Construindo a fonte atual
Aqui estão as etapas para projetar a fonte atual.
1. Escolha a corrente de saída
O LM350 fornece uma corrente contínua de 3A, portanto o projeto terá uma fonte de corrente constante máxima de 3A. Faremos uma fonte de corrente constante de 2,5A usando o IC LM350.
2. Selecione uma rede de feedback
A rede de feedback é simplesmente uma rede de resistores de feedback. Este resistor decidirá o valor da corrente de saída mantendo uma tensão fixa no pino de feedback do IC.
Abaixo está a equação a ser usada para calcular o resistor de feedback.
Aplicando a famosa lei de Ohm (V = IR)Nós temos…
Vreferência = referência de tensão do regulador
Regulador LM350, Vreferência =1,25V
Corrente de saída, eufora = 2,5A
Resistor de realimentação, RFacebook =Vreferência / EUfora
RFacebook = 1,25/2,5
RFacebook = 0,5
1. A potência nominal do resistor de feedback
A alta corrente na saída causa uma grande dissipação de energia através do resistor de feedback. Como resultado, é necessário calcular a potência exata do resistor, caso contrário o resistor começará a superaquecer e queimar.
A equação para calcular a potência nominal do resistor:
PR = eu2*RFacebook
PR = (2,5*2,5)*0,5
PR = 3,13 W
2. O capacitor de entrada
O capacitor garantirá que qualquer pico na entrada não prejudique o circuito. Ele aterra todas as ondulações e picos da fonte de entrada.
Além disso, para reduzir a ESR total do capacitor, podemos conectar um capacitor cerâmico e um eletrólito.
3. Gestão térmica
O dissipador de calor deve ser montado com o IC LM350 porque estamos usando uma grande quantidade de corrente (cerca de 2,5A). Isso produzirá muito calor na superfície do IC e a deteriorará. Para reduzir a temperatura, podemos usar um ventilador ou dissipador de calor com pasta térmica IC.
Como funciona o circuito
O circuito funciona segundo o princípio de um circuito de feedback, conforme já discutido. O resistor de feedback alimenta continuamente a tensão na saída para o pino de feedback, mantendo uma tensão constante no resistor.
De acordo com a lei de Ohm (V = IR), sabemos que uma corrente constante fluirá tornando a tensão e o resistor constantes. E TIsto é exatamente o que o regulador linear cria aqui.
Em nosso circuito de fonte de corrente constante, o circuito de realimentação mantém uma tensão de saída fixa no resistor de realimentação – e o valor do resistor de realimentação também é constante. Isto permite um fluxo de corrente constante na saída, independentemente da carga.
Portanto, projetamos com sucesso uma fonte de corrente constante usando apenas um resistor e um regulador linear IC.
Conectando a carga na saída
Quando uma carga é conectada à sua saída, uma corrente constante fluirá através dela, independentemente do seu valor.
Nesta situação, a carga “decide” a tensão de saída. Será necessária uma queda de tensão de acordo com seu valor de impedância. Portanto, antes de conectar qualquer carga na saída, devemos considerar a sua impedância.
Calculando o limite máximo de carga
A lei da conservação de energia afirma que a energia não pode ser criada nem destruída. Os reguladores lineares não são conversores de potência. Em vez disso, a potência de entrada do regulador linear é sempre menor que a potência de saída. Qualquer energia restante é dissipada em calor.
Em última análise, eles fornecem uma tensão menor que a tensão de entrada.
Considere o exemplo a seguir para entender esse conceito de um regulador linear.
Vfora =Vem –Vd
Vfora = 12 – 2
Vfora = 10V…………………………Eq.2
VR = 2,5*10
VR = 25 V
Porém, conforme cálculo acima, o regulador não consegue fornecer 25V na saída. Devemos primeiro calcular o limite de carga de saída usando a seguinte equação.
Valor máximo da carga resistiva, Reu = 4E
Gerenciamento termal
Para efeito de resfriamento, devemos conectar um dissipador de calor ao IC LM350, o que ajuda a manter a temperatura do IC. Consulte este artigo “Gerenciamento térmico da fonte de alimentação” para saber como selecionar os parâmetros ideais de um dissipador de calor e ventilador de resfriamento.
Observação prática
- Tensão de entrada, Vin = 12V
Gráfico da corrente constante com carga de 3 ohms.
Formulários
1. Transistores de condução para os amplificadores
2. Carregando baterias baseadas em corrente constante
3. Sistemas de iluminação
Precauções
- Certifique-se de que a potência nominal do resistor de feedback esteja de acordo com o requisito declarado.
- Sempre coloque uma carga abaixo dos limites da fonte de corrente.
- Um capacitor deve ser conectado entre o pino de entrada e o terra para manter a tensão de entrada CC regulada.
- O capacitor usado no circuito deve ter uma tensão nominal mais alta do que a tensão de alimentação de entrada. Caso contrário, o capacitor começará a vazar corrente devido ao excesso de tensão em suas placas. Eventualmente, ele irá estourar.
- Certifique-se de que todo o capacitor esteja descarregado antes de trabalhar em uma fonte de alimentação CC.
- Evite usar uma tensão de entrada mais alta do que a faixa de tensão de entrada operacional.
- Não coloque em curto os terminais de saída – isso reverterá o fluxo de corrente no IC e causará uma falha.
- Não coloque em curto os terminais de entrada – isso gerará uma grande corrente no circuito e os componentes falharão.
- Sempre conecte um dissipador de calor ou ventilador para dissipação de calor ao redor do IC.
Configuração do circuito
O circuito
Imagem do protótipo em tempo real do circuito.
