Tutorial de montagem Fonte Ajustável 30V 5 Amper MOSFET

A proposta dessa fonte ajustável é entregar um tensão limpa e regulada na saída com algo entorno de 1% de instabilidade ou menos, tendo um ajuste de corrente e  limitação de corrente, bem próximo dos modelos de bancada com estas funções.
As funções de CV e CC geralmente são agregado circuito complementares, que visa proteção e segurança ao operador do equipamento na bancada, neste circuito lançamos mão de alguns arranjos que garante os ajustes e proteções necessárias ao bom funcionamento, desde que observados alguns pontos importantes para que o resultado seja o mais próximo possível da sequencia de montagem abaixo. 

Nova placa, exemplo de como montar.

Comece inserindo os jumpers, JP1, JP2 e JP3, U1 LM324, o TL431, 78L06 e o BC546, atente a posição correta deles.

Em seguida o diodo Zener de 13V e o de 15V, lembrando que se a tensão de entrada for menor que 20Vac, este de 15V devera ser substituído por um jumper de fio. Já o símbolo ao lado de P4 é do diodo supressor P6KE10CA sem lado, podemos também utilizar para proteger o Mosfet, um Zener de 10V 400mW Anodo para o lado de Q3 e Catodo para o lado de R10.

Capacitores cerâmicos de 100nF, eletrolíticos pequenos, conectores, terminais e o Trimpot multi-volta de 10k do ajuste máximo de saída.

Neste exemplo irei optar por instalar a placa paralela ao dissipador, usando espaçador de 10mm de nylon.

O furo da placa é de 4mm e no dissipador 4.5mm para os fixadores, os furos dos transistores e ponte será de 2,7mm, os terminais deverão ser dobrados em 90 graus na mesma altura dos espaçadores.

O suficiente para soldar por baixo, fixei rapidamente os parafusos, apenas para alinhar na posição correta, soldando 2 terminais de cada componente o suficiente para que não saia do lugar.

Usei uma ponte de 10A, por ter um furo de fixação, mas nada impede de utilizar a sugerida de 5A normal, assim como montar a placa em outra posição.

Soltando os parafusos e espaçadores, basta pressionar as travas com auxilio de um alicate de bico e puxar.

Enfim é soldar o que falta e refazer as soldas que foram feitas para apenas alinhar no lugar.

Restante dos componentes soldados e alinhados, foi só conferir as soldas e começar parte da limpeza. Vale ressaltar que nos testes finais utilizei para P1 o valor de 1k, com isso o valor de R1 subiu para 22k.

É também 10k para P2 controle de tensão, caso precise pode-se utilizar um potenciômetro multi-volta ou intercalar em série com com P2 outro de 1K, para o ajuste fino, deverá ser ligado no fio, já que nesta nova placa, ele deu lugar ao segundo capacitor de filtro.

Tudo inspecionado e testado, ajusta-se o trimpot multi-volta para a tensão nominal RMS do transformador -2V, no meu caso o transformador 32Vac, o ajuste máximo de saída é de 30V. Isso garante o máximo de estabilidade, já que este máximo está dentro do que o transformador realmente entrega.

Para os testes utilizei uma carga resistiva de 5 Ohms por 250W dentro da água para refrigerar. O ajuste máximo de corrente pode ser ajustado, colocando um trimpot de 25k no lugar de R1, girar P1 e P2 todos para a direita, intercalar um multímetro na escala de 10A DC, em serie com uma carga de 5 ohm na saída da fonte.

O LED vermelho deverá estar aceso e uma indicação de corrente no multímetro, ajuste o trimpot, em R1, ate que o LED vermelho se apague e acenda o verde, nesse ponto será o máximo de corrente que há no circuito, solte o trimpot e meça sua resistência e com este valor em mãos busque um resistor fixo de mesmo valor ou próximo a ele abaixo e solde no lugar do R1.

 Nem sempre um transformador de 5A, tem realmente essa corrente, essa perda somada, a resistência da ponte e aos RDS dos mosfet, poder a encontrar na saída da fonte algo entorno de uns 4,5A RMS.

Fim. 

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As informações abaixo ficaram anexadas aqui apenas para consulta, não farei mais desta placa antiga.

Iniciando a montagem, tenha todos os componentes e ferramentas necessárias a montagem, pré forme os terminais dos componentes, para que facilitem sua inserção nos furos da PCI, comece pelos jumpers e diodos zeners, jumpers são feitos de fio rígido 0,5mm ou até mesmo sobra dos terminais dos diodos, diodos de 13V para a fonte auxiliar de 12V (12,4V) e o da fonte de 5V do sistema, o diodo é intercalado em série com o regulador 78L05 para que a faixa de tensão do regulador fique dentro da permitida pelo fabricante do componente, máxima de 28V, se utilizar uma tensão AC de entrada menor que a indicada, e esteja entre 20Vac e 22Vac, substituir o zener D3 por um jumper de fio. Essa tensão de 5V será utilizada pelo circuito amplificador de tensão, amplificador de corrente, tensão de referencia dos ajustes, assim como a alimentação do CI operacional que empregamos no circuito da fonte.

Resistores de 1/8W, resistor Shunt, Trimpot, e capacitores pequenos, não há a necessidade de componentes de precisão neste circuito, uma vez que nenhuma tensão e ou corrente será fixa, pois atuaremos externamente controlando tanto a tensão como a corrente, o trimpot de 10K, deverá estar como vem do fabricante, ajustado seu cursor no meio e nunca todo para qualquer um dos lados, montado como esta na foto acima, girando-o em sentido anti-horário aumenta-se a tensão máxima que teremos na saída da fonte, quando atuarmos no potenciômetro de tensão, recomenda-se que esse ajuste esteja 2,0V abaixo da tensão nominal AC do transformador, exemplo 32VAC, ajustamos a saída máxima em 30V DC, notem que esta topologia de fonte ajustável ignora a tensão de pico da tensão retificada e ainda desconta a tensão perdida nos semicondutores, com isso teremos quase 100% de potencia prometida na saída.

Circuito integrado LM324, regulador 78L05, TL431 e BC546 na foto da esquerda e conectores de entrada, saída, conectores KK, da fonte auxiliar de 12V e saída de tensão para medição, do voltímetro e amperímetro, pode ser utilizado qualquer medidor que trabalhe com uma alimentação de 12V e tenha sensibilidade de 5A e fundo de escala mínimo de 30V.

Ponte retificadora, transistor NPN da fonte de 12V auxiliar, e MOSFET reguladores, nesta etapa utilizamos o IRF540N ou qualquer outro que tenha uma tensão de trabalho acima da tensão DC máxima de entrada, e com RDS mais baixo possível, mesmo IRF740N funcionam muito bem para este propósito, o dissipador em questão junto ao cooler, são peças chaves para a garantia de funcionamento, dissipador com nó mínimo uma área de 120cm² e o cooler de 12V refrigerando o mesmo, os potenciômetros de ajuste, montamos na placa para teste de funcionamento d aplaca, porém aconselhamos que sejam fixados através de fios, para que possam ser fixados no painel do gabinete quando finalizada a fonte, o capacitor tanque DC está dimensionado em 940uF para cada ampere, mas como a fonte não leva em consideração a tensão de pico, poderíamos utilizar até a metade que a eficiência do circuito seria a mesma no final. e como o valor deste componente, em relação ao valor capacidade, vale o custo desta capacidade. Nesta etapa também fixamos os LEDs indicadores do CC e CV que deverão ser instalados no painel próximo ao potenciômetro de corrente LED vermelho e potenciômetro de tensão LED verde.

Neste ponto da montagem, verificamos as soldas e a posição dos componentes, afim de encontrar algum erro que passou desapercebido na sequencia, e só depois instalamos o dissipador de calor.

Nota: o jumper JP3 fica sob o dissipador, pode-se montá-lo, deixando um espaço entre a placa para que não encoste no jumper, ou abrir um vão no dissipador, um pouco maior que o comprimento do jumper com uns 2mm de profundidade, essa abertura poderá ser feita com lima ou disco de corte.

Dissipador este que tem o código NT007-65 facilmente encontrado em lojas pela internet. Notem na foto a direita que a ponte retificadora também deverá ser encostada no dissipador, pois é um ponto que aquece muito neste circuito, assim com os Mosfet, também é preciso que estejam isolados do dissipador, pois seus terminais do centro estão ligados diretamente ao +vcc da fonte retificada de entrada afinal ninguém quer provocar um curto circuito no final da montagem e perder todo o trabalho feito até aqui.

Considerações finais sobre esta montagem;

- O aquecimento da ponte retificadora e dos IRF utilizados é alto, porque o tempo todo estão sob o regime do máximo da tensão DC retificada de entrada, o circuito OCP* foi sacrificado em pro do custo.

*O circuito OCP é responsável pelo chaveamento de tensão AC de entrada de acordo com a tensão de saída ajustada, proteção contra curto na saída etc. este manejamento da tensão de entrada, reduz a tensão sobre os reguladores em série, quando não utilizada a máxima potencia da fonte, que consequentemente reduz o calor dissipado e trazem os reguladores para a faixa de operação segura, (ver gráfico SOA no datasheet do componente) evitando que queimem facilmente e até permitam extrapolar, fechando curto circuito na saída para o ajuste de corrente, sem este circuito agregado a fonte ajustável, não existirá esta opção de ajustar a corrente de saída e nem proteção 100% contra curto circuito. Este circuito dobra o custo da fonte, além de exigir um transformador especial com múltiplas derivações de tensão.

- Transformador a ser utilizado 32V AC por 5 amperes. Porém respeitando a tensão necessária ao funcionamento do regulador de 5V do sistema (15V zener + 5V 78L05 + queda de tensão do semi condutor + faixa de tensão para a regulagem sugerida pelo fabricante), que é de 25V DC de entrada mínimo e máxima de 45V DC, no ponto (+) da ponte retificadora.

O mínimo de AC de entrada, aceitável é de 25VAC, transformador de 2 fios no secundário (uma ponte retificadora ocupa menos espaço na placa - corte de custos) o trimpot de ajuste de saída deverá ser ajustado para 23V ou 22V caso venha a utilizar um transformador de 24VAC. A fonte funcionará com todas suas funções, atuando de 0V á 23V, e corrente de 0A á 5A.

Observação a quem for montar.

- A placa fornecida pela loja, segue com diagrama, lista de componentes.

- Detalhes de ligação do transformador a placa, identificação de posição e terminais de componentes, não estão descriminados, motivos pelos quais estas informações serem básicas e cotidianas a quem já tem alguma experiência com eletrônica.

- O valores dos componentes devem ser seguidos a risca nesta montagem.

- Se não tiver um transformador que se enquadre nos exemplos citados, que podem ser utilizados, não compre a placa e ou inicie a montagem, aconselho a providenciar um transformador adequado.

- Não faça ligações fora do especificado e ou porque você acha que está fazendo o melhor, a placa foi desenvolvida para montar como esta na sequencia acima das fotos, qualquer discrepância na montagem é por conta e risco do montador.

- Não ligue e ou teste a placa sem dissipador, o calor dissipado pela ponte retificadora e mosfet são altos a ponto de causar queimaduras e bolhas se tocado, sem dissipador não ligue a fonte.

- Proteção contra curto circuito, ao ter um valor resistivo baixo na saída, o amplificador de erro do controle de corrente vai derrubar a tensão de saída e acender o LED vermelho, indicando que a tensão está baixa na saída, isso não protege contra curto circuito, pois mesmo tendo uma tensão baixa, o mosfets ainda estarão segurando a corrente da fonte e dissipando calor, o mesmo acontecerá quando curto circuitar a saída, portanto cuidado com curto circuito acidental.

Prova e uso:
Fontes sem controle OCP não podem ajustar a corrente fechando curto e mostrando no display. Mas há várias formas de se ajustar a corrente.

Modo 1:
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- Ajuste a tensão.

- Potenciômetro de corrente fechado.

- Conecte a carga e ajuste a corrente até o LED CC apagar.

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Modo 2:

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- Fazendo a marcação no deslocamento do potenciômetro, com a ajuda de um multímetro em série na função amperímetro e uma carga conhecida, ir marcando os valores ao redor do knob de ajuste.

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O controle de corrente atuará não deixando a tensão subir, de acordo com o valor da carga, isso pode ser observado atuando o sobre o controle de tensão, lei de Ohm.

Problemas diversos de não funcionar;

- CI LM324 danificado e ou falsificado

- Curto circuito entre trilhas na placa.

- Falta ou erro nas ligações dos potenciômetros a placa

- Tensão AC mínima, abaixo da indicada, 20 ou 22V  (trocar zener de 15V por jumper)

                                   Galeria de fotos das montagens realizadas pelos amigos.

José ******* do Nascimento