Tipos de fontes de alimentação

Fontes de alimentação reguladas geralmente se referem a uma fonte de alimentação capaz de fornecer uma variedade de tensões de saída úteis para circuitos eletrônicos de teste de bancada, possivelmente com variação contínua da tensão de saída ou apenas algumas tensões predefinidas. Quase todos os dispositivos eletrônicos usados ​​em circuitos eletrônicos precisam de uma fonte de energia CC para operar. Uma fonte de alimentação regulada consiste essencialmente em uma fonte de alimentação comum e um dispositivo regulador de tensão. A saída de uma fonte de alimentação comum é fornecida ao dispositivo regulador de tensão que fornece a saída final. A tensão de saída permanece constante independentemente das variações na tensão de entrada CA ou variações na corrente de saída (ou carga), mas sua amplitude é variada de acordo com os requisitos de carga.

Alguns desses tipos de fontes de alimentação são discutidos abaixo.

SMPS

O impulso da indústria para sistemas eletrônicos mais diminutos, leves e produtivos levou ao avanço do SMPS, nada além de fonte de alimentação comutada. Existem algumas topologias normalmente usadas para atualizar SMPS. Uma fonte de alimentação comutada é uma fonte de alimentação eletrônica que incorpora um regulador de comutação para converter a energia elétrica de forma eficiente. Com o emprego de altas frequências de chaveamento, os tamanhos do transformador de potência e dos componentes de filtragem associados no SMPS são drasticamente reduzidos em comparação ao linear. Os conversores DC para DC e os conversores DC para AC pertencem à categoria de SMPS.

Em um circuito regulador linear, a tensão em excesso da alimentação de entrada CC não regulada cai através de um elemento em série e, portanto, há perda de energia em proporção a essa queda de tensão, enquanto no circuito de modo comutado a porção não regulada da tensão é removida pela modulação do serviço de comutação Razão. As perdas de comutação em interruptores modernos (como: MOSFETs) são muito menores em comparação com a perda no elemento linear.

A maioria das cargas eletrônicas de CC é fornecida por fontes de alimentação padrão. Infelizmente, as tensões de fonte padrão podem não corresponder aos níveis exigidos por microprocessadores, motores, LEDs ou outras cargas, especialmente quando a tensão da fonte não é regulada como fontes de bateria e outras fontes CC e CA.

Diagrama de blocos SMPS:

A ideia principal por trás de uma fonte de alimentação comutada (SMPS) pode ser facilmente compreendida a partir do conceito de explicação conceitual de um conversor DC-DC. Se a entrada do sistema for CA, o primeiro estágio deve ser convertido para CC. Isso é chamado de retificação. O SMPS com entrada DC não requer estágio de retificação. Muitos SMPS mais novos usarão um circuito especial de correção do fator de potência (PFC). Seguindo a onda sinusoidal da entrada CA, podemos fazer a corrente de entrada. E o sinal retificado é filtrado pelo capacitor do reservatório de entrada para produzir a alimentação de entrada CC não regulada. A alimentação CC não regulada é fornecida ao interruptor de alta frequência. Para frequências mais altas, são necessários componentes com mais capacitância e indutância de nível. Neste MOSFETs podem ser usados ​​como retificadores síncronos, eles têm quedas de tensão de estágio de condução ainda mais baixas. A alta frequência de chaveamento comuta a tensão de entrada no primário do transformador de potência. Os pulsos do inversor são normalmente de frequência fixa e ciclo de trabalho variável. A saída do transformador secundário é retificada e filtrada. Em seguida, ele é enviado para a saída da fonte de alimentação. A regulação da saída para fornecer uma alimentação CC estabilizada é realizada pelo bloco de controle ou feedback.

A maioria dos SMPS. Os sistemas operam em uma base de modulação de largura de pulso de frequência fixa, onde a duração do tempo de ativação do interruptor de energia varia ciclo a ciclo. O sinal de largura de pulso dado ao switch é inversamente proporcional à saída da tensão de saída. O oscilador é controlado pelo feedback de tensão de um regulador de malha fechada. Isso geralmente é obtido usando um pequeno transformador de pulso ou um opto-isolador, adicionando assim à contagem de componentes. Em um SMPS, o fluxo de corrente de saída depende do sinal de potência de entrada, dos elementos de armazenamento e das topologias de circuito usados, e também do padrão usado para acionar os elementos de comutação. Usando filtros LC, as formas de onda de saída são filtradas.

Vantagens do SMPS:

• Maior eficiência porque o transistor de comutação dissipa pouca energia
• Menor geração de calor devido à maior eficiência
• Menor em tamanho
• Peso mais leve
• Feedback harmônico reduzido na alimentação principal

Aplicações de SMPS:

• Computadores pessoais
• Indústrias de máquinas-ferramenta
• Sistemas de segurança

Junto com o SMPS, outro circuito para fornecimento regulado e propósito de backup é discutido abaixo.

Fontes de alimentação lineares

Fonte de alimentação da bancada de trabalho com backup

Uma fonte de alimentação de bancada de trabalho é uma unidade de fonte de alimentação DC que pode fornecer diferentes tensões DC reguladas, que é usada para fins de teste ou solução de problemas. Um circuito simples de fonte de alimentação regulada com bateria reserva foi projetado, o qual pode ser usado como fonte de alimentação de bancada de trabalho. Fornece 12 volts, 9 volts e 5 volts CC regulado para alimentar protótipos durante o teste ou solução de problemas. Ele também tem uma bateria de reserva para continuar o trabalho se houver queda de energia. A indicação de bateria fraca também é fornecida para confirmar o status da bateria.

Consiste em três seções principais:

Um retificador e uma unidade de filtro que converte o sinal CA em sinal CC regulado usando a combinação de transformador, diodos e capacitores.

Uma bateria utilizada como alternativa, que pode ser recarregada durante a alimentação principal e utilizada como fonte de alimentação em caso de ausência da alimentação principal.

Um indicador de carga da bateria que dá uma indicação da carga e descarga da bateria.

Um transformador 14-0-14, 500 mA, diodos retificadores D1, D2 e ​​capacitor de suavização C1 formam a seção de alimentação . Quando a energia da rede elétrica está disponível, o D3 polariza para frente e fornece mais de 14 volts DC para IC1, que então fornece 12 volts regulados que podem ser derivados de sua saída. Ao mesmo tempo, o IC2 fornece 9 volts regulados e o IC3 5 volts regulados de suas saídas.

Uma bateria recarregável de 12 volts 7,5 Ah é usada como reserva. Quando a rede elétrica está disponível, ele carrega via D3 e R1. R1 limita a corrente de carregamento. Para evitar sobrecarga, se a fonte de alimentação for trocada por um longo período e a bateria não estiver sendo usada, o modo de carga lenta é seguro. A corrente de carga será de cerca de 100-150 mA. Quando a alimentação elétrica falha, a polarização reversa D3 e a polarização direta D4 e a bateria assumem a carga. Uma bateria UPS é a escolha ideal.

O diodo Zener ZD e o transistor PNP T1 formam o indicador de bateria fraca. Este tipo de arranjo é usado em inversores para indicar o status da bateria fraca. Quando a tensão da bateria está acima de 11 volts, o Zener conduz e mantém a base do T1 alta para que permaneça desligada. Quando a tensão da bateria cai abaixo de 11 volts, o Zener desliga e o T1 avança. (O diodo Zener conduz apenas quando a voltagem através dele é superior a 1 volt ou superior à sua voltagem nominal. Portanto, aqui o zener de 10 volt conduz apenas se a voltagem estiver acima de 11 volt.) O LED então acende para indicar a necessidade de carregamento da bateria. VR1 ajusta o ponto de desligamento correto do Zener. Carregue a bateria totalmente e meça sua tensão terminal. Se estiver acima de 12 volts, ajuste o limpador do VR1 predefinido na posição intermediária e gire ligeiramente até que o LED apague. Não vire o Preset para os extremos. A bateria deve sempre conter tensão suficiente acima de 12 volts (bateria totalmente carregada mostrará cerca de 13,8 volts), então apenas IC1 obtém tensão de entrada suficiente.

Diagrama de circuito livre de fonte de alimentação comutável

Neste diagrama de circuito, dado um circuito de fonte de alimentação regulado que embora um regulador de tensão fixa U1-LM7805 não apenas forneça uma variável, mas também desligamento automático recursos. Isso é conseguido por um potenciômetro que é conectado entre o terminal comum IC do regulador e o terra. Para cada incremento de 100 ohms no valor do circuito da resistência do potenciômetro RV1, a tensão de saída aumenta em 1 volt. Portanto, a saída varia de 3,7 V a 8,7 V (levando em consideração a queda de 1,3 volt nos diodos D7 e D8).

Quando nenhuma carga está conectada em seus terminais de saída, a alimentação é que ele se desliga. Isso é feito com a ajuda dos transistores Q1 e Q2, diodos D7 e D8 e capacitor C2. Quando uma carga é conectada na saída, a queda de potencial entre os diodos D7 e D8 (aproximadamente 1,3 V) é suficiente para os transistores Q2 e Q1 conduzirem. Como resultado, o relé é energizado e permanece nesse estado enquanto a carga permanecer conectada. Ao mesmo tempo, o capacitor C2 é carregado com um potencial de cerca de 7 a 8 volts através do transistor Q2. Mas quando a carga (uma lâmpada aqui em série com S2) é desconectada, o transistor Q2 é cortado. No entanto, o capacitor C2 ainda está carregado e começa a descarregar através da base do transistor Q1. Após algum tempo (que é basicamente determinado pelo valor de C2), o relé RL1 é desenergizado, desligando a entrada da rede para o primário do transformador TR1. Para retomar a alimentação novamente, o botão S1 deve ser pressionado momentaneamente. O atraso no desligamento da fonte de alimentação varia diretamente com o valor do capacitor.

Um transformador com uma tensão secundária de 12 V-0 V, 250 mA foi usado, mas pode ser alterado de acordo com a necessidade do usuário (até 30 V no máximo. E classificação de corrente de 1 ampere). Para consumir mais de 300mA de corrente, o regulador IC deve ser equipado com um pequeno dissipador de calor sobre um isolador de mica. Quando a tensão secundária do transformador aumenta além de 12 volts (RMS), o potenciômetro RV1 deve ser redimensionado. Além disso, a classificação de tensão do relé deve ser predeterminada.

Fonte de alimentação variável usando LM338

A fonte de alimentação DC é freqüentemente necessária para alimentar dispositivos eletrônicos. Embora alguns exijam uma fonte de alimentação regulada, existem muitas aplicações em que a tensão de saída precisa ser variada. Fonte de alimentação variável é aquela em que podemos ajustar a tensão de saída de acordo com os requisitos. A fonte de alimentação variável pode ser usada em muitas aplicações, como a aplicação de tensão variável a motores DC, a aplicação de tensões variáveis ​​a conversores DC-DC de alta tensão para ajustar o ganho, etc. É usado principalmente em testando projetos eletrônicos .

O principal componente em uma fonte de alimentação variável é qualquer regulador cuja saída pode ser ajustada usando qualquer meio, como um resistor variável. Reguladores ICs como o LM317 fornecem uma tensão ajustável de 1,25 a 30V. Outra maneira é usar o LM33 IC.

Aqui, um circuito de fonte de alimentação variável simples usando LM33 é usado, que é um regulador de tensão de alta corrente.

LM 338 é o regulador de tensão de alta corrente que pode fornecer um excesso de corrente de 5 amperes à carga. A tensão de saída do regulador pode ser ajustada de 1,2 volts a 30 volts. Requer apenas dois resistores externos para definir a tensão de saída. O LM 338 pertence à família LM 138, que está disponível em pacotes de 3 terminais. Ele pode ser usado em aplicações como fonte de alimentação ajustável, regulador de corrente constante, carregadores de bateria, etc. Uma fonte variável de alta corrente é essencial para testar circuitos amplificadores de alta potência, durante resolução de problemas ou manutenção. Isso permite que a fonte de alimentação seja usada com altas cargas transitórias e as velocidades iniciem em condição de carga total. A proteção contra sobrecarga permanece funcional mesmo se o pino de ajuste for desconectado acidentalmente.

Descrição do Circuito

O circuito básico consiste nas seguintes partes:

1. Um Transformador Redutor para causar uma queda na tensão CA de 230V.
2. Um módulo retificador para retificar o sinal AC.
3. Um capacitor de eletrólito de suavização para filtrar o sinal CC e remover as ondulações CA.
4. LM338
5. Um resistor variável

Funcionamento do circuito

A fonte de alimentação variável usando o regulador de tensão positiva LM338 é mostrada abaixo. A potência é derivada de um transformador redutor de 0-30 volts e 5 amperes. O módulo retificador de 10 amperes retifica o baixo volt AC para DC que é feito sem ondulação pelo capacitor de suavização C1. Os capacitores C2 e C3 melhoram as respostas transitórias. A tensão de saída pode ser ajustada através do Pot VR1 para a tensão desejada de 1,2 volts a 28 volts. D1 protege contra C4 e D2 protege contra C3 quando desligado. O regulador requer dissipador de calor.

Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.