de uma Fonte de Teu A maioria dos dispositivos e - PPPG

C.D.U.:
621.3.047
FONTE DE TENSÃO De DUAL, REGULADA COM SAíDAS INDEPENDENTES E VARIÁVEIS CONTINUAMENTE.
-
(1)
Nelson Jose Camelo
Luciano Buonocore(2)
Este trabalho apresenta o projeto de desenvolvimento de uma Fonte de Teu
com saídas independentes e variáveis continuamente, usando-se a tec
nica de regulação série. O projeto utiliza apenas um circuito integrado, o LM324~
e peucos componentes eletrônicos adicionais. Trata-se de um equipamento econômic~
de facil implementação e bom desempenho para aplicações didáticas e oficinas
téc
nicas. Apresenta como inovação a geração de sua tensão de referência básica, usan
do um amplificador operacional alimentado simetricamente.
sao
De Dua1,
l-INTRODUÇÃO
Esta técnica, com relação a outros me
A maioria dos dispositivos e circui
tos eletrônicos requer uma ou mais fon
tes de tensão para sua operação 3. As fon
tes de tensão, como diversos equipame~
tos, podem ser constituídas para uso na
indústria, em laboratórios didáticos,.Q
ficinas técnicas, laboratórios de pes
quisa e outras aplicações. A técnica de
regulação usada no projeto de uma fonte
de tensão define o desempenho de
suas
especificações, dimensão e eficiência.
Podem ser citadas 4 técnicas que
pr~
2
vêem regulaçã0 •
Esta técnica apr~
senta boa regulação, baixo ripple e ruí
do, e rápida resposta a transitório. To
davia, ela é relativamente ineficiente.
Regulação
Série:
todos, implica em maiores dimensões e
maior perda de potência pela geraçãoce
calor. Por esta razão, a regulação se
rie é mais conveniente para fontes de
baixa potência. Essas fontes são nece~
sari as em laboratórios e aplicações ~
testes, onde se faz necessário
potê~
cia De com estabilidade e precisão.
a SCR: Esta técnica
é
baseada nos retificadores controlados
de silício. Com relação a regulação s~
rie, apresenta menor desempenho sobre
ripple, ruído e resposta a transitóri~
t, no entanto, usada para aplicações
industriais de alta potência onde re~
lação fina nao é necessário e o baixo
custo/watt é importante. Ela implicaem
(1) Mestre em Engenharia Elétrica. Professor
ria - UFMa.
(2) Discente do Curso de Engenharia Elétrica
26
Regulação
Assistente
- Departamento
de Engenh~
- UFMa.
Caã. Pesq. São Luís, 1 (2):
26 - 34, jul./dez.1985
menos perda de potência, ou seja, ger~
2 .-
METOOOWGIA
çao de menos calor.
Para este trabalho foi escolhida
Es
ta técnica combina as melhores qualid~
des das duas técnicas já apresentadas.
A pré~regulação a SCR não diminui
as características excelentes da reg~
lação série, exceto a resposta a t rasi.en
te. A eficiência é mais alta do
que
Regulação
SCR/Regulação
Série:
com a regulação série, embora não seja
tão boa quanto com a regulação SCR so
mente. As aplicações de fontes de p~
tência com essa regulação são
simila
res àquelas das fontes com regulação
série, porém, em níveis de
potência
maiores do que 75 watts.
Esta
técnica trata essencialmente da
redu
ção de perdas de potência nos transis
Regulação
por Chaveamento:
tores reguladores, os quais deverão ~
perar ne corte ou na saturação.
Este
funcionamento deverá ser feito com uma
freqUência relativamente elevada de (10
a 100 HHz) para que se possa tomar
o
valor médio com um filtro formado com
elementos de valores pequenos. O ajus
te das montagens é muito complicado, ~
xigindo numerosos detalhes. Essa téc
nica provê alta eficiência com redução
de dimensões e peso. Ela deve somente
ser usada quando se disponha de bons
componentes de implementação e em es~
cial núcleos magnéticos de boa quall
a técnica de regulação série pelas se
guintes razões: a) a perda de potência
nos transistores pôde ser limitada ao
máximo de 8 watts, aumentando sua vida
média e reduzindo a área do dissipador
necessário; b) foi utilizado apenas um
circuito integrado sem acréscimo consi
derável dos componentes discretos, nem
de hardware, relativamente aos
proj~
tos de fontes simples, com somente uma
saída; c) todos os componentes eletrô
nicos usados são facilmente
encontrá
veis no comércio, além das boas carac
terísticas de desempenho citadas no í
tem precedente.
A idéia básica da implementação
vem do uso do amplificador
operaci~
nal (AMPQP) para geração de fontes de
tensão controladas por tensão, bem co
mo da característica de
amplificação
de corrente do transistor bipolar1 4.
Portanto, este proj eto fundamenta-se na
configuração não inversora, para gerar
as saídas de polaridade positiva e ne
gativa, Vp e Vn,utilizando-se referên
cias de polaridades simétricas +Vr
e
-Vr, e transistores PNP e NPN,conforme
mostra as figuras 1 e 2.
dade]
Cad, Pesq. são Luís, 1 (2):
26 - 34,
jul./dez.
1985
27
Considerando-se o ganho do AMPOP
em DC, teoricamente infinito, tem-se ,
para os circuitos das figuras 1 e 2:
vp
= Ko
Vx,
(1)
Vn=-Ko Vx,
Para ambos os casos
l'2)
Ko = K+l,
(3)
o~V~Vr.
Desse modo, tem-se:
(4)
OV~Vp:( Ko Vr,
(5)
-KoVr~Vn~OV.
l.'6)
Fig. 1 - Fonte de tensão Controlada
por
• Tensão, Configuração não Inver
sora, com Amplificação de Cor
rente.
3 - TENSÕES DE REFEIlli'NCIA
A geração da tensão de referência
fundamental, +Vr, baseia-se no uso do
AMPOP com realimentações positiva
e
negativa. Em seguida se obtém -Vr uti
(- V,. )
_.
Rs
L.....-1\MI\r----L
__
v"f.
lizando-se uma fonte de tensão contro
lada por tensão, configuração invers~
ra, com base no AMPOP, com entrada Vz,
conforme se observa na fig. 3.
R2
RI
Fig.2 - Fonte de Tensão Controlada
por
Tensão, Configuração não Inver
sora, com Amplificação de Cor
rente.
DI
Nos circuitos mostrados nas fi
guras 1 e 2 o capacitor C me lhora o fa
tor de ripple e garante estabilidade ao
circuito. O resistor r serve de prot~
ção para o amplificador operacional
(~~P). O resistor Rs funciona
como
detector para controle de sobrecarga.
28
Fig. 3 - Gerador de Tensões de
Referência.
Cad. Pesq. São Luís, 1 (2): 26 - 34,
jul./dez.
1985
4 - COMENTÁRIOS
quer bancada técnica ou laboratório di
dático. No trato com circuitos ana1óg~
A figura 4 do Anexo 1, mostra o cir
cos, especialmente com aqueles que
en
cuito do projeto completo da fonte
de
tensão DC, dual, proposta neste
traba
volvem AMPOPs, o equipamento
obtido
com esse projeto poderá substituir duas
lho. O Anexo 11, mostra as
especific~
ções do projeto. O Anexo 111, apresenta
fontes de alimentação. Por outro lado
também, poderá funcionar como uma fon
te de tensão simples com capacidade de
saída de OV a ate 28V.
Em continuação, sugere-se que se
uma descrição funcional do mesmo. O An~
xo IV contem as especificações dos com
ponentes.
Este projeto foi elaborado de
tal
modo que as suas saídas excursionam em
duas faixas de tensões: de OV a ± 7V e
de ± 7V a ± 14V. Esta idéia
permltlu
reduzir a potência de dissipação
nos
transistores, diminuindo consideravelme~
te a área do dissipador a ser usado. Es
te procedimento implica também em maior
economia e vida útil dos transistores.
Com relação à geração da tensão de
referência positiva discreta, +Vr,consi
dera-se como relevante o fato de se ter
conseguido uma imp1ementação com o AMPOP
alimentado simetricamente. Partiu-se da
topo1ogia adotada para alimentação ass~
mêt.ri ca e acrescentou-se apenas 3 dicxbs
e um capacitor. Com isso foi possível ~
ti1izar-se para todo o projeto apenas um
circuito integrado.
Este projeto foi testado sob diver
sas condições de carga e sobrecarga,por
períodos de tempo de 30 a 60min,
apr~
sentando desempenho satisfatório.
ja acrescentado a este projeto um indi
cador (medidor) ana1ógico de tensão.
SlM4ARY
TENSION SOUBCE DC DUAL, REGULATED WITH
INDEPENDENT OUTPUT ANO CONTlNUOUS
VA
RIABLES
This work presents a developrnent
project of a tension source De
DUAL,
wi th independent output and continuous
variab1es, using the technique of serie
regHlation. The project utilizes just
one integrated circuit, the LM324, and
feco additional e1etronic components.
It'isan economic equiprnent of easy im
plantation and good execution for
di
dact pourposes and tecnical workshop.
It shows as an inovation a generation
of its basic reference tension, using
an operationa1 amp1ifier with
power
suppl.y s-ymnet r i cal Iy.
5 - CONCLUSÕES
Com este trabalho obteve-se o desen
vo1virnento de um equipamento simples e
de bom desempenho, fundament.al em qua.!.
Cad. Pesq , são Luís, 1:. (2): 26 - 34, jUl./dez.
1985
29
6 - REFERENCIAS
1.
BIBLIOGRÁFICAS
CLAITON, George B .Measurement Cir euits. Linear Integrated Circuit
App1ications. London, 1977.
2. MANlJAL DE PRODUfOS DA HEWLETI PAC
KARO, 1985. 308p.
3. DARBIE, Arthur. Regu1ated OC Power
Supp1ies. Basie E1ectronie
Ins
trument Handbook. USA, 1972.
4.
30
ENDEREÇO DO AUTOR:
Nelson José Camelo
Departamento de Engenharia
Centro Tecnológieo
Universidade Federal do Maranhão
Campus Universitário - Bacanga
te!.: (098)221-4097
65.000
SÃo Lufs - Ma.
SOLlMAN,Ahmed M. & LSfVJÁIL, Moh~
med, Aetive Compensation
of
Opamps. IEEE Transaction on Ci!
euits and Systems CAS, 26 (2). Fe
bruary, 1979.
Cad. pesq. São Luís, 1 (2):
26 - 34
jul./dez.1985
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041-
-
R9
RIO
FIGURA
V
RE'tUI.AOA-
(CIRCUITO)
ANEXO 11
ESPECIFICAÇÕES
Tensão de saída positiva -Vp
Variável
de
continuamente
em duas faixas,
'bv a +7V e de +7V a +14V
Tensão de saída negativa -Vn
Variável
continuamente
em duas faixas,
de OV a -7V e de -7V a -14V.
Corrente de saída I:
em qualquer
das saídas
IA
Regulagem de carga
300 mV a plena carga
Ripple
30 mV a ±7V ou ±l4V
Tensão de alimentação
em carga plena
220 VAC
Regulagem de linha
Temperatura de trabalho
32
r,
menos de lOrnV para
±10V sob 1Ax ± 7V ou
1Ax ±14V.
09C a 709C.
Cad. Pesq. São Luís, 1 (2): 26 - 34,
jul./dez.
1985
ANEXO 111
DESCRIÇÃO FUNCIONAL DO PROJETO
o transformador T, os diodos DI, D2, D3, D4 e os capacitores Cl e C2 consti
tuem um bloco de retificação e filtragem.
O diodo IED D5 com luminosidade indica a chave SI ligada ao estágio de reti
ficação e filtragem.
O amplificador operacional AMPOP, Al, os resistores R4, RS, R6 e R7; os dio
dos D6, D7, D8, D9 e o capacitor C3 gerem a tensão de referência fundarnentll
+Vr.
U AMPOP A3 e os resistores R9, RIO e Rll gerem a tensão de referência -Vr,a
partir do circuito gerador de +Vr.
Os potenciômetros Pl e P2 gerem +Vx e -Vx a partir de suas respectivas refe
rências, cujos valores serão amplificados para potência Vp e Vn.
As chaves S2 e S3 dividem a excursão de Vp e Vn em duas faixas metade. Com
S3 e S2 na posição 1 as saídas excursionam na faixa superior de tensão. Com
S2 e S3, na posição 2 as saídas excursionam na faixa inferior de tensões.
- OAMPOP A2 e os res is tores Rl2 e R13 (de realimentação) determinam a configu
ração não inversora de uma fonte de tensão, controlada por tensão. Essa con
figuração gera a tensão da saída Vp. De modo análogo acontece com o AMPOPÃÃ
e os resistores R18 e Rl9, gerando a tensão de saída Vn.
Os resistores Rl4 e R20 protegem os AMPOPs A2 e A4.
Os capacitores C4 e C5 introduzem compensação de regulação de carga evitam
oscilaçOes, estabilizando as saídas Vp e Vn.
Os transistores TPl e TP2 são configurações "darlington" de potência e fun
cionam cornoelementos amplificadores das correntes de saída dos AMPOPs A2 e
A4.
Os diodos DlO e Dll, D13 e Dl.ô protegem os AMPOPs caso as junções de coletar
(hipótese mais provável, dos TPl e TP2 entrem em curto-circuito).
Os resistores Rl5 e R21 servem de sensores de corrente.
As tensões desenvolvidas nos resistores RIS e R21 na corrente máxima, gati
lham os tiristores TI e T2, os quais abrem os transistores TPl e TP2 respe~
t ivamente .
Nesse caso as tensões de saídas, Vp e Vn, diminuem limitando as correntes a
no máximo 40 mA, capacidade dos AMPOPs.
Os res i stcres RlO e R22 situarnem cerca de 8W a potência máxima a ser dissi
pada pelos transistores TPl e TP2.
Os diodos D12, D13 e o resistor RI7 ou D17, D18 e R23 indicam que as saídas
Vp ouVn estão em curto-circuito ou passam por uma sobrecarga.
Os diodos D14 e Dl9 protegem os transistores TPl e TP2 caso a saída Vp seja
curto-circuitada com Vn.
- As chaves S4 e S5 servem para desativar o controle de sobrecarga, cortando
a corrente dos tiristores.
Cad. Pesq. São Luís, 1 (2):
26 --
34, jul. jdez.
1985
33
ANEXO IV
ESPECIFICAÇÃO
Nomenclatura
Dl, D2, D3,
D4, D14, D19
DS, D13, D18
Dó, D7, D8, D10,
Dl1, D12, D1S,
Dl6, Dl7
D9
C1, C2
C3
C4, C5
AI, A2, A3, A4
T
TP1
TP2
TI, T2
RI, R2
R3
R4, R9
R5
R6
R7, R8, RlO, Rll
R12, Rl8
R13, Rl9
Rl4, R20
RlS
R21
Rl6, R22
Rl7, R23
P1, P2
SI
S2, S3
F
S4, SS
34
DOS COMPONENTES
Quant
Discriminação
06
03
Diodo retificador 1N4004
Diodo LED FLV 110
Diodo de sinal 1N4148
Diodo Zener 6,2V x 500mW
Capacitor e1etro1ítico 5mF/25V
Capacitor de poliester luF/63
Capacitor e1etro1ítico 100uF/63
C1 1M324
09
01
02
01
02
Resistor de fio 3K3D , 1/8W
Potenciômetro linear de 10K
01
01
01
01
02
02
01
02
02
01
04
02
02
01
01
01
02
02
02
Olave H-H (2 polos - 2 posições)
Chave H,..H dupla (4 polos - 4 posições)
Fusível de O, 25A
01
02
01
Chave de pressão
2
Dissipador de alumínio branco 60 em
02
Transformador 27F61, 220V/16+16V, lA
Transistor darlington TIP-122 (NPN)
Transistor darlington T1P-127 (PNP)
Tiristor BRY-39
Resistor de 12D, 1/2X
Resistor ~e 6K8D, 1/4W
Resistor de SK6D, 1/8W
Resistor de 680D, 1/8W
Resistor de 100D, 1/8W
Resistor de 10Kn, 1/8W
Resistor de 5K6D, 1/8W
Resistor de 10KD, 1/8W
Resistor de 82D , 1/8W
Resistor de fio 0,47Q, 2W
Resistor de fio 400D
2W
Resistor de fio 5K6D , 10W
Cad. Pesq. são Luís, 1 (2):
26 - 34, jul./dez.
1985