Projeto de uma fonte de alimentação (VCC) com regulador-série

Detalhes: Escrito por: Lucio Aparecido Pivoto

Circuitos de fontes sempre aparecem, em quantidade, nas publicações técnicas. Entretanto, são projetos acabados, que não atendem aos que desejam mais do que uma simples montagem. Como são obtidos os valores dos componentes e as características? Um artigo prático/didático é o que oferecemos, suprindo esta deficiência.

INTRODUÇÃO

O circuito da figura 1 é de fácil interpretação, visto que todos os componentes já são do conhecimento do leitor, incluindo o comportamento (modo de operação) de cada componente.

Observando o circuito da figura 1, notamos que a carga estará em série com o elemento de controle (o transistor), este elemento atuará como regulador, regulagem esta comandada por VBE.

O transistor, como já enunciado, é denominado de elemento de controle e, por estar em série com a carga, o presente circuito é denominado por estabilizador ou regulador-série, onde o zener atua como elemento de referência de tensão.

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INTERPRETAÇÃO DO CIRCUITO

Do circuito da figura 1 podemos concluir que:

VOUT = Vz — Vbe .. Vz = VOUT + Vbe

Vz >> Vbe, logo VOUT Vz

como Vz = Cte, VOUT = Cte

Sendo Vz = Cte, a tensão no ponto (1) é mantida constante. Caso VIN aumente, teremos que: VIN =VR1 + Vz

VR1 = Vcb, logo VIN = Vcb + Vz

Vce = Vcb + Vbe

Temos que:

A) Se a tensão de entrada (VIN) aumentar, como Vz = Cte, Vcb também aumentará, provocando um aumento em Vce de modo a suprir a variação da entrada, mantendo VOUT constante.

B) Agora, se a tensão de entrada diminuir, como Vz = Cte, Vcb também diminuirá, provocando uma diminuição de Vce de modo a suprir a variação da entrada, mantendo VOUT constante.

CÁLCULO MATEMÁTICO

Para darmos início ao projeto em si, temos que ter os seguintes dados:

VOUT, lo, VIN.

No nosso caso temos:

VOUT = 5 (V)

lo = 1 (A)

VIN = 10 (V) (com variação de aproximadamente 10%) logo:

VINmín= 9 (V)

VINmáx = 11 (V)

Na escolha do transistor, devem ser observados os seguintes pontos:

Vcbo > VINmáx

ICmáx > lomáx

PCmáx > (VINmáx — VOUT) • ICmáx

No manual, pegamos os dados do BD329 e verificamos se suas características satisfazem os pontos mencionados anteriormente.

Temos:

Características do BD329:

VCbomáx = 32 (V)

lcmáx = 3 (A)

PCmáx = 15W (para temperatura 45°C)

ßmín = 85 (vamos escolher ßmin = 20 para melhor funcionamento do circuito)

Cálculo da potência dissipada pelo coletor do BD329:

PCmáx = (VINmáx — VOUT) • lcmáx

temos que:

ICmáx = IEmáx — IBmáx

IEmáx = lomáx

Portanto:

ESCOLHA DO DIODO ZENER:

Do circuito tiramos as seguintes conclusões:

VIN = VR1 + Vz

IR1 = Iz + 1B

Logo:

VIN = R1 . (Iz + IB) + Vz

Portanto

VINmín= Vz + R1 • (lzmín + IBmáx)

(abaixo deste valor, o zener perderá suas características de estabilização)

VINmáx = Vz + R1 • (lzmáx + IBmin)

(acima deste valor, o diodo zener se danificará)

Temos que:

VINmáx = Vz + R1 • lzmáx

pois o projeto está sendo feito nas piores condições de funcionamento do circuito (R L = 00, circuito aberto, logo IBmin = 0), quando VIN for máxima.

Portanto:

VINmáx = Vz + R1 • lzmáx (1)

Quando a tensão de entrada for mínima, temos:

VlNmín = (IBmáx + lzmín) • R1 + Vz (2)

Da expressão (1) tiramos que:

No manual, pegamos os dados do diodo zener BZ X87 / C5V6, cujas características são:

Pzmáx = 1,3 (W)

lzmín = 50mA

Vz = 5,6 (V)

Cálculo de lzmáx:

Vemos pois, que a corrente que circulará pelo zener é inferior à suportada por este, portanto o BZX87 / C5V6 serve. Escolhemos um zener com tensão de 5,6 (V), devido a tensão de Vbe = 0,6 (V), como VOUT = Vz — Vbe, resultará em VOUT = 5 (V), satisfazendo as condições do projeto.