Fonte de alimentação ajustável 0-30V 2A
Noções básicas de fornecimento de energia
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 – 30V com 2A como corrente máxima.
Visão geral
Este artigo descreve uma fonte de alimentação ajustável de 0V a 30V. A fonte fornece uma CC regulada com tensão na faixa de 0 a 30V na saída. A tensão de saída pode variar por uma resistência variável e é capaz de fornecer uma corrente máxima de 2A.
A fonte de alimentação é do tipo regulada linearmente ajustável em que a tensão de saída é constante e pode variar mecanicamente. Neste tipo de alimentação, um elemento regulador linear em série com a carga é conectado à saída. Elemento linear como BJT ou FET é usado para fornecer a tensão correta na saída.
Nesta fonte o BJT (transistor de junção bipolar) (2N3055) funciona em seu modo linear, no modo linear atua como uma resistência variável. Esta resistência variável ajuda a fornecer a tensão apropriada na saída para qualquer corrente dentro da faixa operacional. Para atrair altas cargas na saída, é necessário um transistor de alta corrente. Este transistor 2N3055 aumenta a corrente de saída da fonte de alimentação.
Componentes necessários
| Componentes necessários | Especificações | Quantidade |
|---|---|---|
| Transformador TR1 | Aumento de 18V-0-18V/2A | 1 |
| Diodo D1-D4 | SR560 | 4 |
| Diodo Zenner D5 | 12V, 1W | 1 |
| Diodo Zenner D6 | 18V, 1W | 1 |
| Transistor Q1, Q3 | BC547 | 2 |
| Transistor Q2 | 2N3055 | 1 |
| Capacitor C1 | 470uF, 50V | 1 |
| Capacitor C2 | 10uF, 50V | 1 |
| Resistor R1 | 2k, 1W | 1 |
| Resistor R2 | 0,3Ohm, 5W | 1 |
| Potenciômetro RV1 | 10k | 1 |
| Fusível | 2A | 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.
DIAGRAMA DE BLOCO
Trabalhando
• Conversão CA para CA
A tensão da rede elétrica (eletricidade que chega do governo em nossa casa) é de aproximadamente 220 V, mas de acordo com os requisitos do circuito, apenas 30 V são necessários no terminal de saída. Para reduzir esses 220V para 30V, é usado um transformador abaixador.
O circuito sofre alguma queda na forma de perda resistiva. Portanto é utilizado um transformador de alta tensão superior à tensão necessária para a aplicação (30V) e que pode fornecer corrente de 2A na saída. O transformador abaixador mais adequado que atende aos nossos requisitos de tensão e corrente é 18V-0-18V/2A. Este transformador reduz a tensão da linha principal para 36V, conforme mostrado na imagem abaixo.
• Conversão AC para DC – 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 36V CA em 36V CC. Como o retificador de onda completa é mais eficiente do que meia onda, pois pode fornecer uso completo do lado negativo e positivo ou parte 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. Durante a retificação de onda completa, dois diodos são polarizados diretamente e outros dois diodos são polarizados inversamente. Escolhemos o diodo SR560 porque eles podem permitir corrente de 2A através deles quando polarizados diretamente e na condição de polarização reversa, eles podem sustentar a alimentação reversa de 36V. Devido a isso, estamos utilizando diodos SR560 para fins de retificação.
• 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 à saída do circuito retificador. Como a CC que deve ser retificada pelo circuito retificador possui muitos picos de CA e ondulações indesejadas, 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 que resta 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 das cargas 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 –:
Com isso podemos dizer que o capacitor de saída responderá a uma mudança de corrente de 10mA para um tempo de resposta transitório de 100us
• Regulação de tensão
Como é necessário para todo circuito que na saída deve fornecer uma tensão regulada e constante sem qualquer flutuação ou variação. Para regulação de tensão é necessário um regulador linear no circuito, o trabalho deste regulador é manter uma tensão constante no nível requerido na saída.
Neste circuito, a tensão máxima na saída é 30V, portanto um diodo zener de 30V é perfeito para regulação de tensão na saída. Aqui dois diodos zener de 12V e 18V são usados em série, o que fornecerá um total de 30V na saída.
(Nota: também pode usar diodo zener de 30 V ou uma combinação diferente de diodo zener para obter 30 V na saída)
• Ajuste de tensão
Para ajustar a tensão de saída de 0 a 30V, um resistor variável (RV1) é conectado à saída. Variando este resistor podemos obter tensão na saída conforme a necessidade entre 0 a 30V.
• Corrente de saída
O diodo zener pode fornecer corrente apenas em miliamperes. Portanto, para obter alta corrente de carga na saída, algum elemento linear deve ser conectado em série com a carga. Este circuito usa um transistor de junção bipolar NPN como elemento linear. O transistor BC547 é usado para fornecer tensão de base suficiente para o 2N3055 BJT. 2N3055 é capaz de fornecer corrente de 2A na saída. Para proteção contra curto-circuito, Q3 e R3 são usados no circuito.
Resultados práticos
Pontos para lembrar
• A corrente nominal do transformador, ponte retificadora e transistor deve ser maior ou igual ao requisito de corrente de saída. Então o único circuito pode fornecer corrente suficiente 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 circuito sofre queda de tensão devido a alguma perda resistiva. Portanto, a tensão de entrada do transformador deve ser 2-3 V maior que a tensão máxima de saída.
• Use um capacitor C1 na saída do retificador, pois este capacitor pode suportar ruído da rede elétrica.
• Use um capacitor (C2 neste experimento) na saída do regulador, esse capacitor ajuda a lidar com mudanças transitórias rápidas e ruídos na saída. O valor deste capacitor depende do desvio de tensão, variações de corrente e tempo de resposta transitória 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.
• O zener deve ser de 1W, caso contrário iniciará o aquecimento e danificará.
• À medida que a demanda de corrente aumenta na saída, o transistor 2N3055 começará a aquecer. Para superar esse problema, um dissipador de calor adequado deve ser montado para dissipar o excesso de calor. Caso contrário, o transistor irá explodir.
• Como nosso circuito pode consumir uma corrente de 2A na saída. Um fusível de 2A deve ser conectado à saída do retificador. Este fusível impedirá o circuito de corrente superior a 2A. Para correntes acima de 2A, o fusível queimará e isso cortará a alimentação de entrada do circuito.
Código fonte do projeto
Código fonte do projeto
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