Fonte Com Programação Digital (ART2137)

Descrevemos uma interessante fonte de alimentação cujas tensões de saída na faixa de 1,2 a 30 V podem ser programadas por meio de uma chave de 4 ou mais posições ou por via externa com sinais lógicos TTL, CMOS ou mesmo de contadores e sequenciadores, para uma capacidade máxima de corrente de 3 ampères. As possibilidades de uso desta fonte na bancada ou em automatismos são ilimitadas.

Fontes de alimentação são equipamentos indispensáveis nas bancadas de trabalhos eletrônicos.

No entanto, a maioria das fontes que são descritas em publicações especializadas são simples dispositivos que fornecem tensões variáveis, na faixa de valores que normalmente precisamos com trabalhos com integrados e transistores.

Fontes que tenham recursos adicionais como controles externos, programação, e que trabalhem com correntes tão elevadas como a que descrevemos neste artigo são raras.

Nossa fonte apresenta características de uma fonte comum reunidas ao fato de que podemos pré-programar as tensões mais usadas que serão então selecionadas na saída por meio de uma chave rotativa ou então por meio de comandos lógicos externos que tanto podem vir de circuitos digitais (CMOS ou TTL) como de um micro-computador, conforme mostra a figura 1.

 

   Figura 1 – Modos de programação externa
Figura 1 – Modos de programação externa

 

Na versão básica temos 4 entradas de programação, ou seja, podemos programar até 4 tensões, Uma quinta posição é reservada para um comando ou ajuste manual de tensão máxima ou de variação na faixa contínua de 0 a 30 Volts admitida pelo circuito.

Outras entradas de programação podem ser acrescentadas sem modificações no circuito original.

Um painel contendo LEDs informa ao usuário a programação que está sendo ativada ou a modalidade de funcionamento.

Damos também um circuito externo que permite comutar as tensões de saída em passos programados por simples pulsos.

 

Características:

Tensões de entrada: 110/220 VCA

Faixa de tensões de saída: 1,2 a 30 V

Corrente máxima de saída: 3 ampères

Passos de programação: 4

Tipos de comandos externos: chave, TTL ou CMOS

 

COMO FUNCIONA

Na figura 2 temos um diagrama em blocos que representa nossa fonte de alimentação.

 

Figura 2 – Diagrama de blocos da fonte
Figura 2 – Diagrama de blocos da fonte

 

Na entrada temos o circuito que abaixa a tensão, retifica e filtra de maneira convencional, usando para isso um transformador, diodos e um bom capacitor de filtro.

O transformador indicado tem secundário de 20 + 20 V o que permite chegar até perto de 30 V na saída, mas o integrado LM350 pode operar com até 37 V de entrada o que nos leva a um transformador de até 24 V de secundário.

Tensões mais baixas também podem ser usadas, caso o leitor não necessite de limites superiores de operação tão altos.

A tensão mínima de entrada no integrado admitida é de 7 V o que nos leva a uma tensão mínima de transformador de 6V.

O capacitor de filtro também pode ser maior (4 700 uF ou 10 000 uF) caso desejemos uma melhor filtragem.

A corrente retificada e filtrada é levada ao circuito integrado principal (Cl-1) que consiste num LM350T que deve ser montado num bom radiador de calor.

Na figura 3 temos a pinagem e o circuito típico do LM350T.

 

   Figura 3 – Pinagem e circuito típico de LM350T
Figura 3 – Pinagem e circuito típico de LM350T

 

 

Este integrado pode fornecer tensões de saída de 1,2 a 35 V em sua saída, com correntes de até 3A conforme programação feita por um divisor de tensão no terminal de ajuste (adj).

Levando em conta nosso circuito principal, e apenas R1 e P5, o ajuste de P5 determina a tensão que se manterá estabilizada na saída.

Com resistência nula temos 1,2 na saída (menor tensão) e com resistência máxima, teremos a tensão máxima, algo em torno de 2 V a menos que a tensão aplicada em sua entrada.

Neste ponto do circuito ligamos o bloco de controle digital de nossa fonte.

Temos então 4 transistores (ou mais) que possuem nos circuitos de coletor trimpots do tipo multi-voltas que são ajustados para obtermos tensões intermediárias entre 1,2 V e a maior tensão de saída que já estará ajustada em P5.

A polarização de base de qualquer dos transistores, levando-o à saturação, faz com que tenhamos no circuito a resistência equivalente praticamente a do trimpot no coletor e, portanto, a saída do integrado passará a ter a tensão programada.

Temos duas possibilidades de programação para este bloco: externa e interna.

Para termos a programação interna basta selecionar uma das 4 posições correspondentes da chave S3.

A partir de uma fonte adicional regulada de 12 V (Cl-2) temos a possibilidade de polarizar sequencialmente as bases dos transistores até a saturação e ao mesmo tempo ativar os LEDs indicadores correspondentes.

Com isso, podemos selecionar com precisão as tensões pré-ajustadas nos trimpots.

Temos também neste ponto disponível uma saída adicional de 12 V com corrente e até 1A para aplicações paralelas.

A programação externa é feita levando-se a chave S3 para a posição 5, quando então as entradas A, B, C e D ficam liberadas para aplicação de sinais externos.

O LED 1 (EXT) estará aceso nesta posição da chave indicando que o programa é externo.

Os transistores poderão ser levados a saturação com o nível alto de saídas TTL ou CMOS, sem problemas, e os leds correspondentes acenderão com estes níveis.

Para TTL o brilho na programação será baixo, mas com saídas CMOS entre 9 e 15 V o brilho será normal.

Uma possibilidade importante de uso para esta fonte está na programação por circuitos seqüenciais. Estes circuitos podem ser ativados manualmente, por automatismos ou mesmo de forma ritmada. Daremos na parte prática esquemas de como fazer isso.

 

MONTAGEM

Na figura 4 temos o circuito completo da parte básica da fonte de alimentação com 4 entradas de programação.

 

Figura 4 – Circuito da parte básica
Figura 4 – Circuito da parte básica

 

A disposição dos componentes menores numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

 Figura 5 – Placa para a montagem
Figura 5 – Placa para a montagem

 

 

Observe que os dois circuitos integrados devem ser montados em radiadores de calor.

Os trimpots devem ser multi-voltas para maior precisão no ajuste das tensões de saída. Para P5 existe tanto a possibilidade de usarmos um trimpot multi-voltas (tensão máxima fixa) como um potenciômetro comum para variar a tensão continuamente na saída, sem programação.

O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de 12 + 12 a 22 + 22 ou 24 + 24 V com corrente de até 3 ampères.

Os diodos retificadores são para 50 V com corrente de 3 A ou mais.

Os LEDs são vermelho e verde, conforme a indicação, e os resistores de 1/8 ou ¼ W com 5 a 20% de tolerância.

O capacitor C1 pode ter valores entre 2 200 p.F e 10 000 uF e sua tensão de trabalho depende do secundário do transformador.

Sugerimos uma tensão da ordem de 2 vezes a do secundário, já que levando em conta o valor de pico da tensão retificada temos de dar uma certa margem de segurança à operação do componente.

Os trimpots de P1 a P4 são do tipo multi-voltas de modo a permitir um ajuste de tensões com maior precisão.

Os transistores são do tipo BC547 para tensões de secundário do transformador acima de 15 V. Para tensões menores pode ser usado o BC548.

O conjunto pode ser alojado em caixa plástica convencional com o integrado Cl-1 colocado no radiador de calor na parte externa.

Para a saída são usados bornes isolados em cores que permitam diferenciar as polaridades e para a programação podem ser usados plugues banana ou outro tipo de conector como, por exemplo, para micro (centronics) caso seja esta a modalidade de programação externa desejada.

A chave S3 pode ser rotativas de 1 pólo x 5 ou mais posições (conforme a quantidade de tensões programadas) ou ainda do tipo de programação digital painel, com 1 pólo e tantas posições quantas as tensões que desejarmos programar, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Chave de programação rotativa
Figura 6 – Chave de programação rotativa

 

 

PROVA, AJUSTES E USO

Para as provas e ajustes é interessante ligar na saída da fonte um multímetro numa escala de tensões que permita leituras até o valor máximo previsto para a saída.

Ligando a fonte dos LEDs indicadores devem acender. Colocamos então a chave S3 para a posição externa (EXT) e ajustamos P5.

A tensão na saí da deve variar entre 1,2V e um máximo que depende de T1

Para um transformador de 20 + 20 V este máximo deve estar entre 28 e 32 Volts.

Com isso comprovamos o funcionamento do circuito.

Ajustamos então P5 para a tensão máxima de saída, ou seja, desejada quando não há programação externa (níveis lógicos de A, B, C e D = 0000).

Se P5 for um potenciômetro, devemos lembrar que ele deve ficar no máximo quando houver programação externa.

A seguir, para fazer a programação, colocamos a chave S3 na posição 1 e ajustamos P4 para a primeira tensão de saída, que deve ser sempre maior que 1,2 V e menor que a máxima de saída.

Passamos depois a chave S3 para as outras posições e ajustamos os trimpots correspondentes.

Com isso a fonte estará pronta para uso.

Para selecionar a tensão de saída nos valores pré-programados manualmente, basta atuar sobre S3. Na posição externa, sem nada ligado às entradas A, B, C e D, ou com todas no nível baixo temos a tensão de saída máxima.

Para programar externamente, basta aplicar níveis lógicos nas entradas correspondentes de modo a saturar os transistores (alto).

O exemplo de programação é mostrado na Tabela 1.

 

    Tabela 1 – Programação das tensões
Tabela 1 – Programação das tensões

 

Se duas entradas forem levadas ao mesmo tempo ao nível lógico alto, a tensão de saída será menor que a programada por qualquer das duas posições.

Na figura 7 temos um circuito de acionamento sequencial externo com o 4017 em que passamos de uma função outra com o simples toque no interruptor de pressão.

 

   Figura 7 – Circuito de acionamento sequencial externo
Figura 7 – Circuito de acionamento sequencial externo

 

Com o uso e um resistor de 2M2 ou 4M7 ohms para R1 podemos fazer o acionamento por um sensor de toque.

Este circuito tem apenas 4 saídas que se repetem em sequência.

Podemos, entretanto, obter a posição de neutro ou tensão máxima com o circuito da figura 8.

 

   Figura 8 – Circuito para obter a posição de neutro
Figura 8 – Circuito para obter a posição de neutro

 

Este circuito tem ainda um LED indicador para a posição de tensão máxima quando os níveis nas quatro entradas serão 0000.

Para usar a fonte observe a polaridade da carga e nunca faça a comutação com ela ligada. Entra a passagem de uma tensão para outra ocorre uma subida até o valor máximo programado.

Sempre faça as comutações com o aparelho alimentado desligado

 

CI-1 - LM350T - circuito integrado regulador de tensão

CI-2 - 7812 - circuito integrado regulador de tensão

Q1 a Q4 - BC547 ou equivalentes - transistores NPN de uso geral

D1 e D2 – 50 V x 3 A - diodos retificadores de silício

LED1 a LED5 - LEDs comuns (vermelhos e verde)

F1 - fusível de 1A

T1 - Transformador com primário a de acordo com a rede local e secundário de 20 + 20 V x 3A - ver texto

S1 - Interruptor simples

S2 - Chave de tensão (1 pólo x 2 posições)

S3 - Chave de 1 pólo x 5 posições - ver texto

P1 a P4 – 10 k ohms- trimpots multi-voltas

P5 – 10 k ohms - trimpots multi-voltas ou potenciômetro

C1- 2 200 uFa10 000 u x 50 V- capacitor eletrolítico - ver texto

C2 - 100 uF x 16V - capacitor eletrolítico

C3 - 100 uF x 35V - capacitor eletrolítico

R1 – 220 ohms x 1/8 W – resistor (vermelho, vermelho, marrom)

R2 a R5 – 10 k ohms x 1/8 W – resistores (marrom, preto, laranja)

R6 a R10 – 1 k ohms x 1/8 W – resistores (marrom, preto, vermelho)

Diversos: placa de circuito impresso, radiadores de calor para os integrados, bornes de saída e programação, botões para a as chaves, suporte para fusível, caixa para montagem, cabo de alimentação, fios, solda, etc.

 

 


Opinião

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