Reguladores de tensão

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ORIENTAÇÕES GERAIS SOBRE
ALIMENTAÇÃO REGULADA
PROJETOS
DE
FONTE
DE
Profa. Zélia Myriam Assis Peixoto
Objetivo: Informar o aluno sobre os principais fundamentos relativos às fontes de
alimentação, tornando-o capaz de projetar uma fonte de alimentação linear regulada
através do uso de circuitos integrados.
I - APRESENTAÇÃO
Uma fonte de alimentação regulada é um circuito eletrônico projetado para proporcionar
uma tensão contínua pré-determinada VOreg independente da corrente de saída IL, da
temperatura ou de quaisquer variações na tensão da rede CA de alimentação de entrada
[Millman].
Vários tipos de fonte de alimentação reguladas estão disponíveis, dentre as quais podem
ser destacadas: - Fontes de alimentação lineares
- Fontes de alimentação chaveadas
- Fontes de alimentação ressonantes
Este trabalho trata das fontes de alimentação reguladas lineares através de circuitos
integrados monolíticos, no caso o LM723. Inicialmente, serão abordados os
fundamentos básicos das fontes lineares discretas, passando-se à utilização dos CI's e
finalmente, às orientações gerais dos projetos a serem executados.
II. FUNDAMENTOS DAS FONTES REGULADAS DISCRETAS
Basicamente, as fontes de alimentação reguladas lineares são compostas pela estrutura
representada no diagrama em blocos dado a seguir:
Proteção contra
sobre corrente
Vout
Vin
Transformador
Retificação
Filtro
Amplificador
de Erro
Abaixador
Fonte Não-Regulada
Regulador
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A seção não-regulada contém os componentes responsáveis pela transformação da
tensão da rede para o nível de tensão CA desejado (transformador), pela conversão
CA/CC (retificador) e pela redução das oscilações (ripple) da tensão retificada (filtro).
O circuito abaixo apresenta a estrutura básica do Regulador Série [Malvino]:
R3
Q2
Ra
R1
Rs
Q1
Vin
VF
Vz
RL
P1
Rb
Dz
Voreg
R2
O resistor Rs deverá garantir a polarização do diodo zener Dz, por sua vez responsável
pela tensão de referência, Vz.
O transistor Q2, conectado na configuração seguidor de emissor, providencia que a
tensão no seu emissor ( VOreg ) esteja 0.7 volts ( valor correspondente à tensão VBE
ativo ) acima da tensão fornecida à sua base. Observe que toda a corrente disponível na
saída deverá fluir pelo transistor Q2.
O divisor de tensão R1-R2 amostra a tensão de saída VOreg, fornecendo a tensão de
realimentação VF à base do transistor Q1. O transistor Q1, operando na região ativa,
estará comparando as tensões VF e VZ , comportando-se da seguinte forma:
- Se Vo tende a aumentar, VF aumenta e em consequência, aumenta a tensão na base
do transistor Q1. Desta forma, a corrente de coletor do transistor Q1 aumenta, reduzindo
a sua tensão de coletor a emissor ( VCE ) e consequentemente, a tensão na base de Q2.
Novamente, a tensão de emissor de Q2 - seguindo a tensão de base - será reduzida,
compensando o aumento inicialmente suposto.
Considerando a tensão do diodo zener, a tensão de saída pode ser determinada como:
VF = VBE + VZ
Da relação,
V0
VF
=
R2 R1 + R2
ou seja,
V0 =
⇒
V0 =
R1 + R2
VF
R2
R1 + R2
(VBE + VZ ) .
R2
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O potenciômetro P1 permite que a tensão de saída seja ajustada dentro de uma faixa de
valores pré-escolhidos, compensando ainda as tolerâncias em relação aos valores dos
resistores e diodo zener.
Alguns aspectos devem ainda ser considerados nas fontes de alimentação reguladas
como a dissipação de potência do transistor Q2, o uso de pares Darlington substituindo
Q2 para o aumento da capacidade de corrente de saída, o uso de capacitores como filtros
de ruídos de alta frequência, dentre outros.
III. REGULADORES MONOLÍTICOS
Com o advento da Microeletrônica, tornou-se econômica e tecnologicamente realizável
a incorporação de todos os componentes da fonte regulada na forma monolítica,
obtendo-se todas as vantagens dos circuitos integrados: - excelente desempenho,
dimensões reduzidas, fácil utilização e alta confiabilidade.
Um regulador monolítico de grande aplicabilidade é a série 78XXC, constituída de
reguladores de tensão fixa. A figura abaixo representa sua aplicação usual, onde os
capacitores Ci e Co são utilizados para a filtragem de ruídos de alta frequência e o
aumento da estabilidade de saída em relação à temperatura.
78XXC
VinDC
Ci
0.1 µ
Co
Vo
100 µ
Estes dispositivos não exigem qualquer ajuste, têm valores de tensões de saída
disponíveis em 5, 6, 8, 12, 15, 18 ou 24V e capacidade de corrente até aproximadamente
1A. Possuem proteção interna contra curto-circuito, desligação térmica automática,
dentre outras características de bom desempenho.
Outros tipos de reguladores monolíticos encontram-se disponíveis em diversas versões:
- tensão de saída fixa ou variável, alta corrente, saídas simples ou simétricas. É possível
ao engenheiro usar ainda o regulador monolítico de três terminais como um bloco
básico para projetos de circuitos adequados às suas necessidades específicas.
Mais versátil, o regulador de tensão LM723C apresenta como principais características:
- Tensão máxima de entrada de 40V;
- Tensão de saída ajustável de 2 a 37V;
- Aplicável a fontes reguladas lineares ou chaveadas;
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-
Corrente de saída (sem a conexão de transistores externamente) de
150mA.
A pinagem do regulador LM723C é apresentada a seguir.
Pinagem
1
14
7
8
1 - NC ( Não Conectado )
2- Limite de corrente ( LC )
3 - Sensor de corrente ( SC )
4 - Entrada inversora ( - )
5 - Entrada não-inversora ( + )
6 - Tensão de referência (VREF )
7 - ( -Vcc )
14 - NC
13 - Compensação de frequência
12 - ( + Vcc )
11 - Coletor do Transistor ( Vc )
10 - Vout
9 - Vz
8 - NC
O diagrama em blocos, dado abaixo, representa o circuito interno do regulador LM723C
e possibilita uma compreensão melhor de suas várias formas de aplicação.
(12)
(4)
(13)
Vc
Dz
Amplificador
para a geração
da tensão de
referência
Vref
INV
N.INV
-
(11)
+VCC
Q2
+
Vout
-VCC
(10)
Q1
SC
(6)
(5)
(7)
(3)
LC
Vz
(9)
(2)
Os pinos (12) e (7) fornecem a polarização +VCC e - VCC, respectivamente, para todos
os circuitos internos do regulador.
Através do terminal Vref tem-se acesso à tensão de referência gerada internamente, a
qual pode ser reduzida através de divisores de tensão ou variada através de
potenciômetros.
O transistor Q1 possibilita o desvio da corrente de base do transistor de saida Q2,
podendo-se realizar a proteção de sobre-corrente de saída pela adequada polarização da
junção base-emissor do primeiro transistor (Q1).
Deve-se observar que através das entradas do amplificador operacional e das saídas
Vout, Vc ou Vz do circuito, várias topologias poderão ser propostas.
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III. BIBLIOGRAFIA:
Linear Databook National Semiconductor Corporation
Linear and Interface Applications – Texas Instruments
Linear Databook Motorola
Cipelli, Teoria e Desenvolvimento de Circuitos
Malvino, Eletrônica, Vol.I
Millman, Microeletrônica, Vol.II
IV. ESPECIFICAÇÕES DO PROJETO
O projeto, conforme diagrama abaixo, constará do cálculo, montagem, testes e
relatório final detalhado sobre uma fonte de alimentação regulada através da
utilização do circuito integrado LM723.
+V
127Vac
Transformador
Abaixador
Retificador
de
Onda
Completa
VDC
Vref
R3
P1
Filtro
Vc
LC
Q1
LM723
SC
C
Rsc
IN
R1
C
R2
NI
R4
Vout
COM
V O reg
Regulador
Fonte Não-Regulada
A seção não-regulada da fonte poderá ser calculada através das curvas de Schade e as
fórmulas para o cálculo dos componentes externos para o LM723C poderão ser
encontradas nos manuais dos fabricantes de circuitos integrados lineares, conforme
bibliografia indicada no ítem III.
Seção Não Regulada: - VDC = 16V
- Isaída Corrente de saída + 10%
- Ripple 5%
Obs.: Caso seja usado apenas um dos enrolamentos de um transformador que possua
"tap" central, deve-se considerar que a corrente nominal disponível será a metade da
corrente especificada pelo fabricante.
Seção Regulada:
- Corrente de saida: > 500 mA
- Tensão de saida ( Voreg) : 4 a 12V (Variável)
- Ripple: 0
- Utilizar dissipador de calor para o transistor de potência.
Bom trabalho!