domingo, 1 de fevereiro de 2015

Ajustando a tensão de saída de um LM317 com PWM

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Fig.1 - Ajuste da tensão de saída do regulador linear LM317T,
através de um conversor PWM-DC
O LM317T, é uma popular regulador linear de tensão ajustável, que provê uma saída na faixa de 1,25V a 37V, com uma corrente máxima de 1,5A, com uma dissipação máxima de 2W para uma temperatura ambiente de 25°C (valor bem abaixo do que está sendo normal para os nosso dias de calor intenso). Para outros valores de temp. ambiente, deve-se fazer uso da resistência térmica do CI, que varia conforme encapsulamento usado. Neste caso, LM317T, o "T" refere-se ao encapsulamento TO-220, muito comum entre os componentes discretos de média potência.

Em geral, usa-se um potenciômetro para realizar um ajuste da tensão de saída. Mas, quando se quer ajustá-lo via um pino digital de um microcontrolador, pode-se fazer uso de um circuito conversor PWM para CC que nada mais é que um filtro passa-baixo, ou um espécie de integrador. 

Usando um filtro passivo RC e um amp op, pode-se converter um sinal codificado em PWM para um nível cc que pode ser aplicado no pino adj do LM317T. Com a variação do duty cycle (ciclo de trabalho) do pwm, tem-se uma variação do nível de tensão do sinal cc, o que implica em uma variação na tensão de saída do CI regulador. Pode-se ter uma variação de 0V a 3,3V na saída do filtro RC e amplificá-la para adequar a faixa de entrada (0V a 3,3V) a faixa desejada na saída.

Para um cenário onde ganho de amplificador formado por IC1 seja de 3, tem-se uma faixa de saída de 0V a 10V, aproximadamente. Isto dará uma tensão de saída do LM317T  na faixa de 1,25V ( 0V + 1,25V) a 11,25V (10V + 1,25V). Pode-se escolher valores de R2 e R4 para se obter o ganho desejado com intuito de adequar a faixa de tensão de entrada do filtro RC à faixa de tensão desejada na saída do regulador. A escolha dos valores do capacitor e resistor para o filtro RC depende da frequência do PWM do sinal de entrada. O exemplo da fig.1 usa valores para um pwm de 1kHz.

Também é possível aprimorar o circuito, substituindo o filtro passivo RC por um ativo implementado com um amp op.

Uma aplicação prática deste seria a confecção de um carregador de baterias. Para o caso de baterias chumbo-ácidas, pode-se utilizar um microcontrolador para realizar um carregamento inteligente, com o monitoramento da corrente de carga através de um shunt resistivo. Pode-se verificar o estado da bateria e, dependendo, aplicar um corrente bem baixa inicial com intuito de minimizar a resistência interna devido ao excesso de sulfatação (o que ocorre quando este tipo de bateria fica muito tempo descarregada), e aí, então, com o monitoramento da corrente de carga e ajuste da tensão na saída do regulador, aplicar os estágios de carregamento: corrente constante, tensão contante e flutuação.

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