Fonte de Bancada - Projeto Completo

Certamente uma fonte de bancada é um item indispensável para um desenvolvedor. Como não podia faltar desenvolvi um proejto de fonte regulável e vou compartilhar as peripércias que enfrentei ao longo desta jornada.
Muitas fotos e os arquivos para modificação e montagem estão disponiveis aqui.
Basicamente esta é uma fonte de 90W que fornece tensão de 1,2V a 30V com 3A variável e possui uma saida fixa de 5V com 1A que também pode ser rapidamente configurada para outras tensões com 78xx.
Veja todo o projeto.

O desenvolvimento de uma fonte de alimentação envolve basicamente:

-O rebaixamento de tensão(Letra “A”).

-A retificação(Letra “B”)

-Filtros capacitivos(Letra “C”)

-Regulagem de tensão(Letra “D”).

Inicialmente temos a tensão da rede fornecida com uma frequência de 60Hz 110V ou 220V corrente alternada. Isso quer dizer que temos um fluxo de elétrons mudando constantemente de sentido num intervalo de tempo muito pequeno (Figura 2).
Ao passar do primário para o secundário do transformador temos o mesmo comportamento de onda mas com uma tensão menor, pois o transformador tem como função rebaixar a tensão.
Após passar pela retificação(ponte de diodo) o comportamento da onda muda e temos os valores negativos rebatidos(Figura 3).

Em seguida temos a passagem da energia para os filtros capacitivos. Estes por sua vez vão fornecer uma maior estabilidade. Com o objetivo de tornar a energia o mais contínua possível, algo próximo de uma corrente fornecida por uma bateria(constante).
Para realizar tal função o capacitor está carregando e descarregando constantemente.
Temos então um ripple(Figura 4) que é intervalo de tempo em que o capacitor está descarregando e sendo carregado. Sendo que quanto maior for o capacitor, mais lenta será sua descarga entre os semiciclos e assim menor o ripple e quanto maior for a corrente exigida pela carga, mais rapidamente cai a tensão do capacitor e maior será o ripple.

FIGURA 4- Ripple

Num primeiro momento foram delimitadas as tensões de saída e entrada(Tabela 1).

Partindo deste ponto foi adquirido um transformador de 12+12V 3A que forneceria um valor eficaz de 24V e um valor de pico de aproximadamente 34V. Considerando as perdas na retificação que são próximas de 1,4V temos uma tensão media de carga de aproximadamente 32,5V.

Mediante tais valores foi preciso dimensionar alguns componentes para que suportem 3A e tensões de no mínimo 32,5V. Como muitos componentes são de fácil aquisição em sucata com custo zero priorizou-se por valores muito superiores ao mínimo necessário, assim garantindo a robustez do mecanismo.

O software Proteus foi usado para a simulação e o desenho da placa de circuito impresso.

Então foi realizada a montagem do circuito em uma matriz de contatos onde foi possível constatar o seu bom funcionamento.

Vídeo dos teste:

É importante notar que foi utilizado um suporte (Figura abaixo) para um rápida substituição eletrônica do regulador “7805”  (obedecendo apolaridade) por 7812 ou 7824 ou mesmo configurar uma pequena placa com transistor para fornecer a energia necessária.

Com a montagem bem sucedida teve inicio o desenvolvimento do projeto em um recipiente que tivesse uma aparência interessante e funcional.
Uma fonte descartada de computador serviu como estrutura metálica entretanto foi preciso fazer pequenas modificações e combinações para a melhor acomodação de todos os componentes(Figura 10).

Utilizou-se uma folha de papel rígida para simular a placa de circuito e também a parte frontal que foi feita em MDF(Medium Density Fiberboard).

Um multímetro foi incorporado ao projeto. Mas foi preciso fazer algumas alteações para seu correto funcionamento. Basicamente apenas o mostrador foi utilizado e um trimpot de 10k foi ligado em série permitindo ajustar o fim de escala como a tensão máxima fornecida pela fonte variável.

Partiu-se então para a o desenvolvimento da placa de circuito impresso usando o Software Ares. Realizou-se a impressão e a corrosão numa placa de fenolite. Foi aplicado verniz acrílico incolor para proteger o cobre da oxidação natural do meio. Todos os componentes foram soldados e posicionados na estrutura metálica. Um dissipador de calor de placa mãe de coputador foi utilizado no LM350.

-Veja abaixo as etapas com mais detalhes:

  

Ácido para corrosão do cobre na placa de fenolite

Álcool para molhar o papel com o desenho do circuito

 Fenolite e papel A4 com impressão a laser

Passar o ferro para secar o álcool e fazer a tinta grudar no cobre

 Por de molho e ir retirando cuidadosamente o papael com o dedo

 Veja como fica

 Mergulhar no ácido

 Fazer os furos com broca pequena 1mm ou 0,5mm

 Passar uma palha de aço e usar um verniz

 A Silk pode ser usada para facilitar a soldagem e também pode ser colada usando a mesma técnica.

 Os valores de cada componente pode ser melhor visualizado na Tabela:

Testes finais foram realizados com um resistor de 100R e 100W para analisar o seu funcionamento:

CONCLUSÂO:

A fonte pode ser usada como fonte de bancada.

Os valores de ripple são evidentes apenas quando trabalha-se com tensões limite do transformador atingindo aproximadamente 10% com carga média e 20% com carga máxima na saída variável. Demostrou ser uma fonte satisfatória para projetos de bancada.

A possibilidade de trocar o circuito fixo com o uso do suporte demonstrou ser muito prático para projetos que necessitem de tensões fixas diferentes da já preestabelecida 5v.

Links:

Projeto da fote no Proteus ISIS/ARES: BAIXAR

Datasheet impotantes no pojeto: 

-LM350

-7805

-Diodo 1N5408