*FUENTE DE ALIMENTACION VARIABLE*

Transcripción

1 *FUENTE DE ALIMENTACION VARIABLE* HTK-00 Las fuentes de alimentación variable o de voltaje variable son equipos electrónicos de gran utilidad para cualquier estudiante, aficionado o profesional. Estas presentan en su salida un voltaje capaz de variar a voluntad del operador y mantener una corriente constante dependiendo por supuesto de las características técnicas del diseño de estas. En este artículo se muestra es diseño y puesta a punto de una fuente capaz de suministrar voltaje entre.5 y 5 voltios DC y una corriente máxima de amperio. CONCEPTOS BASICOS El elemento principal de esta fuente de voltaje variable es el LM7, el cual es un regulador de voltaje flotante integrado de terminales capaz de suministrar un voltaje regulado entre.5 y 7 voltios y una corriente máxima de.5 amperio. Es realmente fácil de utilizar necesitando únicamente resistencias externas para ajusta el voltaje de salida. Viene en diferentes presentaciones de empaque, utilizando para este diseño el TO-0. Presenta mejores características de regulación que los reguladores fijos además de protección contra sobrecargas, limitación de corriente y protección térmica. Para entender el funcionamiento básico de este regulador observe la fig.. En características normales de operación el LM7 tiene una referencia nominal de voltaje VREF de.5 voltios entre el terminal de salida y el terminal de ajuste. Esta referencia de voltaje es convertida en una corriente de programación IPROG por R la cual fluye a través de R hacia tierra produciendo un voltaje de salida ajustable expresado por: VSAL=VREF (R/R) I*R Donde I debe tener un valor típico menor de 00μA, el cual se mantiene constante y al circular por R produce un pequeño error en la salida del regulador despreciable en la mayoría de las aplicaciones. Un condensador de disco de 0.μF es recomendado como condensador de entrada para reducir la sensibilidad del circuito a los cambios de impedancia de la línea de voltaje de entrada. Aunque el LM7 tiene excelente estabilidad en la salida un condensador electrolítico de μf o de μf de tantalum mejora aun mas esta estabilidad. El condensador CAdj conectado entre el terminal de ajuste del regulador y tierra previene que el rizado o ripple sea amplificado en la salida de voltaje regulado. Un condensador de 0 μf mejora el rechazo a este ripple en 5 db a 0 Hz. D VENT LM7 VIN VOUT VSAL VENT VIN LM7 VOUT R D VSAL AJUSTE VREF R IPROG CENT VREF AJUSTE R C AJUSTE CSAL I R FIG. CONFIGURACION DEL CIRCUITO BASICO FIG REGULADOR DE VOLTAJE CON DIODOS DE PROTECCION

2 Cuando se utilizan condensadores externos en cualquier regulador de voltaje se hace necesario agregar diodos de protección para prevenir descargas de estos a través de puntos de baja corriente en el regulador pudiendo ocasionar daños a este. En la figura se observa el LM7 con sus respectivos diodos de protección. D protege el regulador contra descargas de Csal cuando es cortocircuitada la entrada. D protege contra descargas del condensador Cadj a través del regulador el caso que la salida de este sea cortocircuitada. La combinación de D y D previene contra descargas de Cadj en el caso que exista un cortocircuito en la salida de regulación. En la práctica el regulador LM7 en su encapsulado TO-0 solo disipa un máximo de 5 vatios para lo cual es necesario colocarle un disipador de calor para evitar daños o mal funcionamiento del mismo. La potencia disipada para un determinado valor de voltaje y corriente de salida viene dada por: VATIOS= (Vent Vsal) * I; La máxima corriente que se puede obtener viene dada por: I= VATIOS /(Vent Vsal); La tensión máxima que se puede aplicar en la entrada del regulador en relación con la tensión que se obtendrá en la salida, se calcula con la siguiente relación: Vent = (Vatios / I ) Vsal Siendo : Vatios: Potencia disipada en forma de calor. Vent: Voltaje o tensión DC aplicada en el Terminal de entrada. Vsal: Voltaje o tensión DC obtenida en el Terminal de salida del regulador. I: Corriente en Amperios exigidos por la carga conectada al regulador. El mayor inconveniente se presenta cuando la tensión de salida es pequeña con respecto a la tensión de entrada. Al ser este diferencial mas grande y exigirle mayor suministro de corriente al regulador aumenta la potencia disipada por este. Suponiendo que se haya aplicado en la entrada Vent una tensión de 5 VDC, y regulamos la tensión de salida en 0 VDC y se suministra de forma continua una corriente de Amp. El regulador tendrá que disipar una potencia de 5 vatios. Si se desea que el regulador disipe un máximo de 5 vatios con una salida regulada de 0 VDC y una corriente de amperio la tensión de entrada no debe superar los 5 VDC. En este punto, se puede pensar que para conseguir en la salida diferentes tensiones sería necesario sustituir en cada caso el transformador de alimentación. En la practica se puede emplear el mismo transformador para un rango amplio de tensiones de salida pero no sería posible que el regulador suministrara de forma continua una corriente de amperio. ELECCION DEL TRANSFORMADOR La potencia máxima del transformador se selecciona en función de la tensión máxima que se desea obtener y en función de la corriente máxima que la fuente deba suministrar. Si se necesita una fuente de voltaje capaz de suministrar 8 voltios y amperio de corriente se debe utilizar un transformador con una potencia de : VATIOS: 8 VDC *!AMP= 8 VA, Es decir un transformador de 8 VA como mínimo. De forma práctica para calcular el voltaje alterno en el secundario del transformador se puede utilizar la siguiente relación: Val: (Vsal 8) /,4

3 Esta relación toma en cuenta el aumento del valor de voltaje en continua luego del proceso de rectificación y filtrado así como la caída de tensión provocada por los diodos del puente rectificador. Como ejemplo: si se desea diseñar una fuente de alimentación capaz de proporcionar una tensión máxima de 5 VDC se debe utilizar un transformador con una tensión alterna en el secundario de : Val: (5VDC 8) /,4 = 9, VAC Se necesita un transformador con un voltaje alterno en el secundario de 9, VAC. Si además se requiere que esta fuente suministre de forma continua amperio de corriente el transformador debe tener una potencia de 9, VA como mínimo. ESQUEMA ELECTRICO D J V ENT D D D4 R.K VIN U LM7 VOUT R 70 J V REG D5 C 00U/50V D6 LED C4 0.U/50V C5 0U/6V R 5K C 0.U/50V C 0U/6V D7 REF ENCAPSULADO TO-0. AJUSTE. VSAL. VENT COMPONENTES HT00 R=.KΩ/0.5W R= 70Ω/0.5W R= POT 5KΩ C= 00μF/50V ELECTROLITICO C= 0μ/50V ELECTROLITICO C= 0.μ/50V CERAMICO C4= 0.μ/50V CERAMICO C5= 0μ/50V ELECTROLITICO D,D,D,D4,D5,D7= D6 = DIODO LED U= LM7 / TO-0 J, J= TERMINAL BLOCK DE PINES CI00: CIRCUITO IMPRESO. Fig. ESQUEMA ELECTRICO DEL CIRCUITO, CONEXIONES DEL REGULADOR LM7 Y LISTADO DE COMPONENTES DEL KIT

4 El esquema eléctrico de este circuito se muestra en la fig.. La tensión alterna del secundario del transformador el cual debe elegirse de acuerdo con las características de trabajo necesitadas según se indica en el artículo, es rectificada por el puente rectificador de onda completa formado por los diodos rectificadores D, D, D4 Y D5 y filtrada por el condensador electrolítico C. Esta tensión continua se aplica en la entrada VENT (PIN ) del regulador la cual se recoge regulada y estabilizada en el terminal de salida VSAL (PIN ). El potenciómetro R sirve para regular la tensión de salida entre el valor mínimo y máximo de voltaje de salida. R debe tener un valor entre 0Ω y KΩ, ya que al circular a través de ella la corriente Iadj el error de voltaje producido se considera despreciable. Por los tanto para calcular la tensión de salida con los componentes existentes en circuito de la fig. se puede utilizar la siguiente relación: REALIZACION PRACTICA En la figura 4 se muestra el diagrama de montaje sobre el circuito impreso. Para comenzar deben montarse los componentes de menor altura comenzando por las resistencias R y R. Seguidamente se deben montar los diodos D, D, D, D4. D5 y D7. Estos diodos poseen una franja de color blando la cual indica la ubicación del cátodo. Estos deben ser montados sobre el circuito impreso según se indica en el dibujo sobre el mismo. A continuación se montan todos los condensadores teniendo especial cuidado con C, C y C5 los cuales son electrolíticos y son polarizados, es decir el terminal positivo debe ser colocado donde este el signo () correspondiente al pad cuadrado. VSAL = ( R/R) *.5 Asumiendo un valor para R de 70Ω y de 5KΩ para R se pueden calcular los valores máximos y mínimos de tensión en la salida del regulador : Para R= 0 VSAL= ( 0/70Ω)*.5=.5 Volt (min) Para R=5KΩ VSAL=(5KΩ/70Ω)*.5=. Volt (max) Como se explico en la sección de conceptos básicos los diodos D y D7 se utilizan como elementos de protección para el LM7. El LED D6 se utiliza como indicador de encendido para la fuente de voltaje. R limita la corriente que circula a través de el. Asumiendo una tensión ya rectificada y filtrada entre 5 y 0 VDC se debe procurar que la corriente a través del LED este entre 0 y 5 ma. FIG. 4 COMPONENTES SOBRE EL CIRCUITO IMPRESO

5 La resistencia R es un potenciómetro de chasis, el cual puede ser colocado sobre el circuito impreso o agregarle extensiones de cable para ser colocado sobre un chasis de una caja. Es importante el sentido en el cual será colocado o cableado con la finalidad que el voltaje aumente en la salida de la fuente a medida que este sea girado en el sentido de la agujas del reloj. Si esto no sucede intercambie los cables de los extremos. Luego se debe montar el regulador LM7 poniendo atención en el sentido como este será colocado ya que sus terminales tiene una ubicación específica. A este regulador se le debe colocar un disipador de calor (incluido) con la finalidad de refrigerar este cuando exista alta disipación de potencia. Para la instalación de este disipador se incluye un pequeño tornillo con su respectiva tuerca de ajuste. Se debe montar el led D6 el cual indica cuando la fuente esta encendida. Este elemento también es polarizado. El terminal mas corto el cual también esta en el lado donde el cuerpo del led presenta un pequeño lado plano corresponde al cátodo. Este debe ser colocado según se muestra en el dibujo del circuito impreso Finalmente se deben instalar los dos juegos de terminales, J y J, J donde serán conectador los cables correspondientes al secundario del transformador utilizado y J donde se obtendrá el voltaje regulado por la fuente. Se debe realizar la selección del transformador cuyo secundario pueda proporcionar una tensión alterna adecuada para la tensión máxima que se requiera estabilizar. las agujas del reloj. El valor de voltaje debe aumentar. Si se siguieron las recomendaciones del artículo para la selección del transformador la tensión de salida debe variar desde,5 voltios hasta el valor máximo calculado. CODIGOS DEL KIT KIT COMPLETO...HT00 CIRCUITO IMPRESO CI00 PRUEBA DEL CIRCUITO Finalizado el montaje del circuito, se debe realizar una inspección del montaje con la finalidad que todos los componentes se encuentren bien montados, es decir en el lugar y con la polaridad correctos. Tras encender la fuente se debe colocar un multímetro en la salida con su correcta polarización. Gire el potenciómetro en el sentido de