Fonte de Alimentação Linear Regulada - Observações

[cesardelta1]

@cesardelta1,

 

Bom, acabei de desenhar sua fonte e fiz alguns testes no Proteus.

 

Primeiro, estou supondo que seu transformador realmente está entregando 17,6 Volts, mesmo sob 15A de consumo de corrente.

 

Com consumo de 17A a tensão começa a cair (1V) eu limito em 15A pois nesse consumo de corrente não há queda nenhuma de tensão.

 

Segundo, com esse baita capacitor de 40 mF, seu ripple mesmo com 15A atinge um máximo de 3 Volts. Embora seja um exagero de capacitor, é isso que está permitindo voce obter seus 13 volts bem estabilizados...

 Um detalhe importante é que esses 2 capacitores de 20.000uF tem isolação de    16V   e ainda não explodiram.

A primeira vez que liguei essa fonte com carga, ela ficou lá no meio do quintal e eu liguei  a extensão à uns 10Mts de distancia...kkkkkk

 

Aliás, acho que voce escolheu 13 volts sem ser ao acaso ! 

 

Na verdade, antes desse seu post eu seguia a regra de 1.000uF por Ampere,

Então foi por acaso sim. kkkkkk

Quem dera eu entendesse de eletrônica a ponto de calcular algo assim

 

Até 13,1 Volts, voce consegue obter uma saida limpa, sem nenhum ruído, mas acima disto, apresenta ruído na saída, indo até um máximo de 14.2 Volts, cada vez com mais ruído.

 

Este ruído tem cura simples, é só voce usar resistores de 0.1 ou de 0.15 ohms nos resistores de equalização de cada transistor. Está tendo um perda de tensão grande neles, sem nenhuma necessidade.

 

Eu até pensei em comprar mais 4 resistores de 0.33R para colocar em paralelo com os 4 que já existem, mas aí eu estaria sobrecarregando o regulador,  ou não?

Na próxima compra pela internet vou comprar os de 0.15R.

 

Fazendo esta modificação, conseguiremos até 14.2 Volts sem nenhum ruído, e um máximo de 15.8 Volts com um baita ruído.

 

Agora, com menos corrente, a situação melhora bastante, mesmo mantendo os resistores como 0.33 ohms.

 

Por exemplo, com 11 A de corrente, conseguimos sem ruído 16.7 Volts.

 

No esquema, a regulação está perfeita. Se no seu multímetro está caindo a tensão, é por causa de dois motivos possíveis :

 

- Ruído na tensão de saída devido à alta corrente 

- Queda da tensão entregue pelo transformador.

Até 15A não tenho queda de tensão, somente acima de 16A.

 

Depois do jogo de hoje eu vou publicar as formas de onda e os gráficos ok ?

 

Paulo

 

Poxa! Deixa de ver o jogo e faz a simulação.  kkkkkkkkkkk

 

Obrigado pelos esclarecimentos Paulo, e pelo trabalhão que está tendo.

[aphawk]

@cesardelta1,

Fui forçado a fazer a simulação... 5 a 0 aos 25 minutos foi demais...

Paulo

[cesardelta1]

@cesardelta1,

Fui forçado a fazer a simulação... 5 a 0 aos 25 minutos foi demais...

Paulo

Quem dera tivesse sido somente 5, eu parei de assistir aos 3 x 0 e de ouvir aos 5 x 0.

Mas nem vamos começar esse off topic pois vai entulhar seu maravilhoso tópico.

 

Eu que não entendo muito de eletrônica estou abismado por uma coisa que quase ninguém presta atenção, mas é tão relevante numa fonte.

[aphawk]

@cesardelta1,

 

 

Este Post visa mostrar alguns testes efetuados com o Proteus em uma fonte típica utilizando o LM337. Complicadinho acertar os gráficos pois este regulador é do tipo NEGATIVO, e muda a referência de terra !

 

Segue a tela com o esquema simulado:

 

 

A tensão do gerador equivale a um transformador ideal com 17,6 Volts na saída.

 

RV1 permite ajustar a tensão de saída, e RV2 simula uma carga, cujo valor determina a corrente de saída.

 

 

Primeiro, vamos ver esta tela:

 

 

Os três gráficos possuem as seguintes informações:

 

- Gráfico TENSÃO

 

Em VERMELHO, temos a tensão sobre o capacitor de filtro da fonte ( 40 mF ), onde podemos ver claramente o Ripple.

 

Em VERDE, temos a tensão na saída da fonte.

 

- Gráfico sem nome , no meio

 

Em VERDE temos a corrente na carga

 

- Gráfico CORRENTE

 

Em VERDE, temos a corrente no diodo retificador.

 

Em VERMELHO, temos a corrente no capacitor, e está com a polaridade invertida, apenas para facilitar a visualização no gráfico.

 

 

O que nos diz a tela acima:

 

-  Temos uma corrente de 12,96 A e uma corrente de 12,96 Volts, e pelas formas de onda tudo está perfeito.

 

- Reparem as correntes no diodo: picos acima de 130A e no capacitor picos em torno de 120A .

 

 

Próxima tela :

 

 

Aqui, eu subi a corrente, até o momento em que apareceu visívelmente um ruído na tensão de saída, e diminuí até o ponto onde a tensão ficou limpa novamente.

 

Este ponto foi com corrente na carga = 15,4 A.

 

Reparem como subiram os picos de corrente tanto no diodo como no capacitor!

 

 

Próxima tela:

 

 

Aqui, aumentei um pouco a corrente na carga ( 16,2 A ), e a tensão caiu um pouco, então aumentei a tensão de saída novamente mexendo em RV1.

 

Reparem que apareceu um belo ruído na tensão de saída, e perdemos a estabilização, isto é, se agora diminuirmos a corrente, a tensão na saída vai aumentar !!!!

 

Isto não pode nunca acontecer, pois essa tensão pode variar bastante, podendo danificar algum componente.

 

E curiosamente, reparem que os picos de corrente nos diodos e capacitor diminuíram ......

 

 

Próxima tela :

 

 

Esta tela ilustra perfeitamente o que disse acima : diminuí a corrente para apenas 8,1 A e a tensão de saída foi para 16,7 volts !!!!

 

Se a nossa carga fosse um rádio transmissor de PX, ele teria queimado, pois não suporta mais de 15 volts...

 

Isto é o que nunca podemos deixar acontecer em uma fonte !

 

 

Próxima tela :

 

 

Aqui fiz uma mudança, que foi diminuir os resistores de 0,33 para 0,1 ohm, e confesso que houve menos alteração do que pensei.

 

Mas quero ver a estabilidade da tensão de saída e ver se está de acordo com o regulador:

 

Ajustei a corrente de saída para 4,33 A e obtive na saída 13,0002 Volts.

 

E repare que eu mudei a escala no gráfico de tensão, e nele podemos ver que existe um pequeno ripple na saída, de cerca de 3 milivolts. Explicarei mais à frente isto.

 

Seria interessante você acompanhar já pegando o datasheet do LM337....

 

 

Próxima tela :

 

 

Aumentei a corrente na saída para 13,51 A e a tensão caiu para 12,971 Volts.

 

Vamos calcular a regulação :

 

13,0002 – 12,971 = 0,0292 V

 

0,0292 / 13,0002 =  0,00224 ou 0,224 %

 

Mas para comparar com o datasheet, temos de dividir pela variação em Ampéres :

 

13,51 – 4,33 =  9,18 A

 

0,224 / 9,18 =  0,0244 %  !

 

De acordo com o datasheet, o CI sozinho consegue uma regulação típica de 0,3 % . Veja, não pense que melhoramos este parâmetro, pois o Proteus assume sempre um componente que é muito “perfeito” demais, mas como ele continuou abaixo de 0,3 %, significa que o circuito consegue uma regulação muito boa, da mesma grandeza que o regulador sozinho !

 

Agora, lembra que eu falei logo acima daquele pequeno ripple que temos no sinal de saída ?

 

No datasheet do LM337, temos uma informação interessante: Rejeição de RIPPLE acima de 60 Db !

 

Acessando o site http://www.rapidtables.com/convert/electric/db-converter.htm ,

 temos uma excelente ferramenta de conversão, e nela introduzimos a amplitude do ripple que verificamos com a carga , que está no gráfico de tensão, e podemos ver que a variação atinge cerca de 4 volts, e fazemos a conta para calcular o nível 60 db abaixo, que dá 0,004 Volts, ou 4 milivolts !!!!

 

Portanto, esta pequena amplitude está prevista no CI regulador, e o Proteus confirma a existência, além de confirmar que o nosso circuito não piorou ela !!!

 

 

Para terminar, temos ainda as seguintes telas :

 

 

Aqui, fui aumentando a tensão, com uma corrente menor, e confirmei que podemos obter até 19 Volts com esta fonte, com uma corrente máxima de 5,2 A , e mantendo a regulação, isto é, se diminuir a carga, a tensão se mantém em 19 Volts.

 

Eu diria que este é o limite confiável de tensão máximo desta fonte !

 

 

Próxima tela :

 

 

Aqui, eu fui alterando a carga, subindo a tensão e sempre mantendo a corrente em 15 A, para verificar qual o limite máximo de tensão sem ruído.

 

Chegamos a 13,4 Volts antes de aparecer um ruído na saída.

 

E nesta condição, vemos que a corrente de pico no diodo foi de 190 A . Bem alta, mas como o transformador limita a corrente na vida real, vai ser bem mais baixa. Por outro lado, também não vamos conseguir obter esta tensão na vida real, pois com menos corrente o capacitor de filtro não se carrega tanto, e vamos ter menos tensão na saída para uma mesma corrente.

 

Por exemplo, se o enrolamento do transformador tiver uma resistência de 0,2 ohms, a tensão baixaria muito e os picos não chegariam a 150 A.

 

Mas para saber o valor máximo, temos mesmo de montar a fonte na prática... ou podemos exigir do fabricante do transformador que faça o mesmo “caprichando”, isto é, que possa fornecer pelo menos 20 A contínuo, seja feito com um fio grosso no secundário e que tenha uma grande área de núcleo, pois assim vai evitar que ele entre em saturação, podendo fornecer o pico de corrente !

 

Essa é a diferença entre um transformador barato e um excelente transformador !

 

Repare o gráfico de corrente nesta ultima tela, repare que quando os diodos não conduzem, quem fornece a corrente é o capacitor ! Essa condução aparece no gráfico com valor negativo, mas apenas porque eu invertí o sinal para que o gráfico não ficasse muito grande.

 

 

 

 

Estou disponibilizando também em PDF pois creio que pode ser lido online, e também enviando os arquivos para a simulação, assim quem quiser pode se divertir, ok  ?

 

 

fonte negativa.pdf

 

fontes.rar

 

Boa diversão, pessoal !

 

 

 

P.S. - Estava observando os datasheets dessas pontes retificadoras que tem no mercado, e me assustei com uma coisa.... Em 4 modelos que pesquisei, apenas UM informa um parâmetro fundamental quando falamos em fontes de alta corrente : a famosa Repetitive Forward Surge Current, que se traduz como a máxima corrente de pico que o diodo aguenta quando esse pico sempre acontece.... que é EXATAMENTE o caso que acontece quando usamos grandes capacitores de filtragem !

 

E o pior é que esse UM que achei informava um pico de cerca de 10 vezes a corrente nominal, mas não podia se repetir mais de 20 vezes com intervalo de 8 milisegundos ou a ponte pode queimar por excesso de temperatura na junção ! E de que me serve isso ???????????????

 

Antigamente esse parâmetro vinha discriminado dizendo uma corrente máxima que poderia deixar acontecer o pico a todo semi-ciclo da senóide, SEM destruir a ponte de diodos !!!

 

Bons tempos aqueles quando uma ponte de alta corrente custava uma nota, tinha TUDO no datasheet .... !

 

Paulo

[aphawk]

@mroberto98,

 

Só como curiosidade, fiz um filtro PI e coloquei na saída do retificador, a corrente de pico sobre os diodos diminuiu uns 30 %, mas a tensão entregue na saída do filtro sob consumo de corrente caiu para menos de 18 Volts, além de apresentar um comportamento oscilatório durante algum tempo.

 

Não sei como se comportaria em caso de variações abruptas de corrente.

 

Talvez seja esse o motivo de não encontrar nenhuma fonte de alta corrente usando esse tipo de filtro...

 

Paulo

[mroberto98]

@aphawk

Esse filtro deve ser muito bem calculado em função da resposta de variaçao dr consumo... Indutor de valor muito alto vai demorar muito, e se a carga aumentar o consumo rápido a tensão pode cair, então deve ser calculado em funçao do capacitor também para aguentar esse tempo em que o indutor leva pra variar sua corrente...

[aphawk]

@mroberto98,

 

Eu tentei duas maneiras diferentes.... pode ser que eu não esteja sabendo fazer esse cálculo..... se voce souber, ajuda aí !!!!!

 

Corrente máxima na carga 15A , e não podemos ter tensão abaixo de 20 volts após o indutor. Frequênca da rede 60 Hz, mas os pulsos de corrente virão em 120 Hz ok ?

 

E não pode ter muita oscilação !

 

Paulo

[mroberto98]

@aphawk

qual éa tensão maxima na saida e corrente max?

Daí da pra saber a tensão minima que deve ter na entrada do regulador..

Bom, calcular isso ai é complexo...

Eu nao sei nem por onde começar!! Kkkkk

Me passa esses valores ai que eu vou fazer uma simulação e te falo!

tensão de pico na entrada, tensão minima que pode ter antes do regulador e corrente de consumo.

[aphawk]

@mroberto98,

 

Bom, não sei se voce concorda comigo.... para mim, uma fonte de 15A deve ter tensão máxima aquela tensão onde consegue entregar 15A, certo ?????

 

Tensão máxima na saída = 13,4 Volts    Corrente máxima 15A

 

Tensão de pico na entrada do fltro = 23V com carga de 15A na saída.

 

Tensão mínima na saída do filtro para que haja regulação = 20,5 Volts.

 

Faz um segundo cálculo também, considerando a tensão mínima na entrada do filtro como 19V.

 

Paulo

[cesardelta1]

@aphawk

 

Não havia visto seu post antes, até recebi a mensagem de novo post nesse tópico, mas acabei passando batido porque você editou seu ultimo post, e eu procurando um post novo.

 

Eu não entendo muito desses assuntos mais técnicos, mas consegui absorver muita coisa nova.

Em resumo, o que eu entendi foi que se eu usar essa fonte em uma carga capacitiva, em certa corrente eu teria muito ruido na tensão, enquanto que numa carga resistiva, não teria muitos problemas, é isso?

 

Paciência comigo pois sou munheca de pau em eletrônica...hehehe

Outra coisa que eu queria perguntar e que não tem haver com essa minha fonte,

é sobre um circuito que preciso alimentar com 12Vdc sobre a rede 220Vac.

 

O circuito é um Flip-Flop que acionará dois reles 12 ou 24Vdc

Para o circuito ficar pequeno o suficiente, seria interessante não precisar de um trafo pois o circuito precisa caber em uma caixa industrializada para trilho padrão DIN.

 

Estava pensando em adicionar a placa do circuito, uma fonte sem trafo.

Teria algum malefício para o circuito usar esse tipo de abaixador de tensão?

Fora o perigo de o circuito não estar isolado da rede AC, isso foi a primeira coisa a vir à cabeça.

 

O circuito seria somente um CI para acionar um rele, e o CI sendo alimentado por um regulador 7812 que por sua vez será alimentado pela fonte sem trafo

"transformerless power supply"

[mroberto98]

@aphawk

Não consegui simular muito bem isso no proteus....

Mas para se ter uma tensão de no minimo 20V na entrada, o trafo teria que ser de 31Vac para ter uns 44V de pico.

Uns 4V de perda nos diodos sobrando ai 40Vp...

assim funcionaria!

na verdade deveria ser ate um pouco maior que 40vp, pois a media deve ser um pouco maior que 20V depois do indutor para q o ripple n atinja menos que 20V!

[aphawk]

@cesardelta1,

 

Não, uma coisa não tem nada a ver com outra. O ruído no caso desta fonte é originado apenas quando a tensão na entrada do sistema de regulação cai abaixo de um valor mínimo. E isso acontece justamente no momento em que  a tensão no capacitor de filtragem cai abaixo desse valor mínimo, causado justamente pelo Ripple, que em última análise é causado pelo excesso de corrente.

 

Claro que existem maneiras para se resolver isso :

 

- Aumentar mais ainda o valor do capacitor de filtragem ( não recomendado pois o transformador real limita o pico de corrente )

- Aumentar a tensão entregue pelo transformador ( recomendado até certo ponto pois aumentaria a dissipação nos transistores )

- Mudança no design ( recomendado até certo ponto )

 

O que eu falei sobre carga capacitiva é para aquele capacitor de filtragem na entrada da fonte. Na saída de uma fonte regulada, normalmente se usa um capacitor eletrolítico de baixo valor, no máximo uns 47 uF, apenas para estabilizar contra ruídos que possam vir gerados PELO CIRCUITO que está sendo alimentado.

 

Quanto ao seu circuito de 12V, voce pode fazer uma Fast, basta calcular a corrente máxima que os dois relés ligados vão consumir, e fazer a fonte para esta tensão. Mas voce vai ter de fazer uma boa filtragem e regulagem pelo menos na parte que vai alimentar o seu flip-flop, seja com 5V ou com 12V. Basta um circuito simples com um Zener e um NPN desses comuns de sinal, já estará ótimo. Mas use isto apenas para o circuito digital, deixe os relés fora desta alimentação filtrada ok ?

 

@mroberto98,

 

Eu consegui simular bem, mas é o que te falei, precisaria aumentar um pouco a tensão do transformador. Não tanto quanto voce está dizendo, mas pelo menos de 17,6 V que é o original para uns 21 V já resolveria. Mas ainda temo pelo comportamento oscilatório caso a carga na saída da fonte mude de uns 15 A para 1 A ou vice versa.

 

Complicadinho isso de filtro PI com alta corrente....

 

Paulo

[mroberto98]

@aphawk

Por isso que isso praticamente n existe a muito tempo, é obsoleto kkkkkkkkk

Mas vou dar mais uma simulada e posto.

[mroberto98]

@aphawk

Simulei nas seguintes condições: carga de 10A e entrada do regulador om 20vdc, entrada de 37Vp retificada em onda completa.

Depois da ponte de diodos tem um resistor de 680R em paralelo para eliminar transientes por causa do indutor... Ai depois vem o filtro com indutor de 2.2mH e capacitor de 30mF!

A corrente media nos diodos ficaram em 10A, nunca chega em 0A! E com picos um pouco menor que 20A... Bom, sem eles passava de 50A..

Bom depois do filtro a tensai nunca cai abaixo de 20V, do jeito que você pediu.

Bom 2.2mH para 10A é um indutor bem grande kkkkkkk

também simulei uma variação repentina do consumo, não teve nenhum problema!

ah e sem falar que isso melhora e muito o fator de potencia da fonte! Quase 100A de pico na crista da senoide não é brincadeira! Kkkkkkkkkkk

[aphawk]

@mroberto98,

Pelo que entendí voce não fez o PI, com dois capacitores grandes e o indutor no meio, voce fez o filtro LC apenas, correto ?

Vou simular com esses valores e te falo mais tarde.

Valeu pelo cálculo !

Paulo

[mroberto98]

@aphawk

Não, não foi o PI não, foi um LC apenas.

Bom antes que você diga que o indutor é muiti grande etc.. Bom, infelizmente tudo nessa fonte vai ser grande kkkkkk

Dissipadores, capacitores... E o indutor não é diferente kkkk Digamos que o indutor é no padrão desse tipo de fonte rsrsdr

eu aumentaria um pouco mais o indutor, para tipo uns 5mH....

com 2.2mH teve um ripplr de corrente de 20A, isso implica em o indutor ter q aguentar 20A e não 10A, ai ele fica ainda maior... O indutor sendo maior o ripple de corrente ja diminui.

O bom é que isso é baixa frequência, não precisa ser núcleo de ferrite!