Por que não devemos usar estabilizadores de tensão (cortesia: Clube do Hardware)

Clube do Hardware

Apostila sobre Fontes de Tensão Reguladas

Apostila elaborada pelo prof. Pedro Armando da Silva Jr, docente do Instituto Federal de Santa Catarina.

Índice

1 – Fontes lineares
 1.1 – Introdução................................................................................ 3
 1.2 – Partes de uma fonte regulada linear ....................................... 4
 1.3 – O diodo zener .......................................................................... 5
 1.4 – Regulador paralelo simples ..................................................... 6
 1.5 – Regulador série ....................................................................... 7
 1.6 – Exercícios ................................................................................ 9
 1.7 – Reguladores empregando circuitos integrados  ....................... 11
 1.8 – Exercícios ................................................................................ 17
2 – Cálculo térmico
 2.1 – Introdução................................................................................ 19
 2.2 – Troca de calor em semicondutores ......................................... 19
 2.3 – Resistência térmica ................................................................. 19
 2.4 – Projeto térmico ........................................................................ 20
 2.5 – Exercícios ................................................................................ 22
3 – Fontes chaveadas
 3.1 – Introdução................................................................................ 25
 3.2 – Topologias convencionais de conversores ............................. 26
 3.3 – Conversor buck (em modo de condução contínua).................... 28
 3.4 – Integrados PWM (modulação por largura de pulso).................... 31
 3.5 – Características dos interruptores para fontes chaveadas ....... 34
 3.6 – Tipos de interruptores utilizados em conversores estáticos ... 35
4 – Referências bibliográficas............................................................ 36
5 – Anexos............................................................................................ 37
6 – Roteiros de experiências.............................................................. 53

TEORIA GERAL DAS FONTES DE ALIMENTAÇÃO LINEARES

Apostila sobre teoria de fontes de alimentação lineares. Elaborada através do Programa de Educação Tutorial de Engenharia Elétrica da UFJF. elaborada pelos autores: Arthur L. E. dos Reis – arthur.reis@engenharia.ufjf.br, João T. A. Vianna – tito.vianna@engenharia.ufjf.br, Leonardo M. F. de Melo – melo.leonardo@ieee.org, Leonardo P. Vieira – leonardo.vieira@engenharia.ufjf.br, Ricardo V. dos Santos – Ricardo.viol@engenharia.ufjf.br.

Sumário
Introdução – Teoria Geral das Fontes de Alimentação (Etapas)......................................................7
Capítulo 1 – Transformador............................................................................................................8
1.1. O que é?..........................................................................................................................................8
1.2. Funcionamento.................................................................................................. .............................9
1.3. Mais informações...........................................................................................................................9
Capítulo 2 – Retificador...................................................... ................................................... .......11
2.1. O que é?........................................................................................................... .............................11
2.2. Circuitos com diodos retificadores.............................................................................................. .11
2.3. Retificador de meia-onda.............................................................................................................13
2.3.1. O que é? ....................................................................................................................... ...13
2.3.2. Funcionamento............................................................................................................... .14
2.4. Retificador de onda completa com tap central............................................................................15
2.4.1. O que é?............................................................................................... ............................15
2.4.2. Funcionamento................................................................................................................15
2.5. Retificador de onda completa em ponte......................................................................................17
2.5.1. O que é?.............................................................................................. .............................17
2.5.2. Funcionamento................................................................................................................18
Capítulo 3 – Filtro............................................................................................ .............................20
3.1. Filtro Capacitivo................................................................................................ ...................20
3.1.1. O que é?............................................................................................... ............................20
3.1.2. Funcionamento................................................................................................................20
3.1.3. Mais informações.............................................................................................................22
3.2. Filtro LC.................................................................................................... ............................23
3.2.1. O que é?...........................................................................................................................23
3.2.2. Funcionamento................................................................................................................23
3.2.3. Mais informações.............................................................................................................24
Capítulo 4 – Regulador.................................................................................... .............................25
4.1. Grandezas que definem um regulador de tensão........................................................................25
4.2. Regulador LM317...................................................................................................................... .28
4.2.1. O que é?.......................................................................................................................... .28
4.2.2. Funcionamento................................................................................................................28
4.3. Regulador 78XX.................................................................................................................... .29
4.3.1. O que é?......................................................................................................................... ..29
4.4. Regulação pelo diodo zener................................................................................................... ......30
4.4.1. O que é?........................................................................................................................ ...30
4.4.2. Funcionamento................................................................................................................30
4.5. Regulador com transístor sem série.............................................................................................31
4.5.1. O que é?...........................................................................................................................31
4.5.2. Funcionamento................................................................................................................ 31
4.6. Regulador com transístor em paralelo.........................................................................................32
4.6.1. O que é?.................................................................................................................. .........32
4.6.2. Funcionamento................................................................................................................32
Capítulo 5 – Circuito indicador: LED e interruptor............................................................. ............32
5.1. O que é?............................................................................................................................. ...........32
5.2. Funcionamento................................................................................................... ..........................33
Considerações finais........................................................................................................ .............34
Referências bibliográficas............................................................ .................................................35

Aplicações on line para cálculo de circuitos eletrônicos

Estou disponibilizando a seguir, um link com algumas aplicações on line para cálculos de circuitos tais como: os resistores para o um regulador de tesão linear com o LM317 ou chaveado com o LM2575/76, e outros.

1. Thermistor NTC Analog to Digital calculation.
2. Voltage divider calculation.
3. AVR USART Baud rate calculation.
4. PIC32 UART Baud rate calculation.
5. LM317 R1, R2 calculation.
6. MC34063 Step-up converter R1, R2 calculation.
7. MC34063 Step-down converter R1, R2 calculation.
8. MC34063 Voltage inverter R1, R2 calculation.
9. LM2575, LM2576 R1, R2 calculation.
10. LNK30X Rfb, Rbias calculation.

Dobrador de Tensão tipo "Charger-Pump"

Charger-Pump são tipos de conversores de tensão cc-cc que usam a energia armazenada em capacitor(es) para produzir uma tensão maior que a disponível por um fonte de tensão.

O circuito a seguir é uma implementação simples, mas muito útil quando se deseja obter uma tensão maior a partir uma uma fonte principal de valor mais baixo. Um exemplo, seria o Vpp, uma tensão necessária para programação dos microcontroladores PIC, que na linha mais antiga, fica em torno dos 13V. Como alguns circuitos programadores fazem uso da tensão proveniente da porta usb que é de 5V, é necessário utilizar um meio para elevar esta tensão e obter o valor necessário para o Vpp.

Funcionamento

Observe que o oscilador é composto por um timer 555 na configuração astável. O sinal de saída deste oscilador aciona um par de transistores bipolares na configuração push-pull, formada pelos TIP29A e TIP30A. Quando a saída do oscilador está em nível baixo, a parte PNP do par transistorizado conduz, carregando o capacitor de 100uF@25V que possui seu terminal negativo ligado aos emissores dos transistores,  através do diodo 1N5818, com uma tensão +Vcc subtraída da tensão direta deste diodo (Vd). Quando a saída do oscilador está em nível alto, tem-se a carga do outro capacitor, 100uF@35V, através de um outro diodo 1N5818. Porém, agora, à tensão +Vcc - Vd, soma-se a tensão de carga do capacitor anteriormente carregado no período de nível baixo do sinal do oscilador. Assim, tem-se uma tensão na saída do dobrador de tensão que é do tipo charger-pump, de cerca de 2 x (+Vcc - Vd). Com um queda de cerca de 0,5V do diodo 1N5818 para uma corrente de 1A, obtém-se um tensão dobrada menos 1V. No circuito abaixo, utilizou-se um regulador linear ajustável como o LM317T para ajustar a tensão a um valor desejado que, no caso abaixo, é de 10V.

Manutenção de Fontes de Computadores

Cortesia de Luis Orlando Carvalho

Fonte 0,1V - 50V ajustável com limite de corrente ajustável

Este circuito de fonte de Alimentação possui uma boa estabilização.  A sua saída cai somente de 0,005% para uma variação de carga de 0 a 100%. E de 0,01% para flutuações da tensão de entrada. A capacidade de ajuste da tensão de saída na faiz ade 0,1V a 50V é devido ao uso do amp op CA3130, IC2, no circuito. T4 aumenta o fan out do amp op. A referência do circuito é fornecida pro IC1, CA3086. Este CI é um arranjo de 5 transistores com compensação de temperatura como dois destes ligados na forma de par diferencial. Quatro destes transistores são utilizados como diodos de referência e o quinto ajusta a impedância de saída desta referência.

A tensão de referência é ajustada através de P2. IC2 compara a referência disponível em sua entrada inversora com uma amostra da saída obtida pelo divisor formado por R8+R10 e, disponibilizada em sua entrada não-inversora. T1 e T2 trabalham na configuração de par darlington, amplificando a corrente de saída. T3 atua como um limitador de corrente. O limite de corrente é ajustado através de P1 e seu valor mínimo é de cerca de 0,6A (0,6V/R7). Quando é ajustado em seu máximo (cursor todo à direita, proximo à base de T3 - vide circuito), o limite de corrente é desativado.