Fontes de Alimentação

Transcrição

1 Fontes de Alimentação Introdução CIN-UFPE Manoel Eusebio de Lima

2 Fontes de tensão! Fonte de Tensão! Baixa Impedância de Saída! Corrente varia, Tensão constante

3 Fonte de Tensão! Regulada! Paralelo! Série

4 Regulador de tensão tipo Paralelo Tensão não regulada R S Tensão regulada V IN Elemento de controle Circuito de amostragem V OUT Tensão de referência Elemento comparador Sinal de realimentação

5 Regulação Paralelo Básica (01)! Características:! Tensão de saída: V SaidaMax = V Z = tensão zener V SaidaMin = V + * R L /(R1+R L ) Problema: Quando o circuito está sem carga toda a corrente da fonte não regulada segue apenas pelo Zener. Isto implica que o zener tem que dissipar uma alta potência. A corrente máxima do Zener limita a corente máxima da fonte. Obs: Fonte para pequenas correntes.! Resistência série V saida R 1max = (V + -Vz)/ (I lmax + I zmin ) R L R 1min (V + V Z )/Iz max

6 Regulação Paralelo Básica (02)! A tensão na carga é determinada pelo diodo zener e pela tensão de baseemissor do transistor.! Funcionamento básico:! Se a resistência de carga diminui (aumenta carga), menos corrente entra em Q1 (menos corrente de coletor - tende ao corte) e mais corrente vai para a carga, mantendo a tensão constante. R smax = (V + -V z -V be )/ (I lmax + I zmin ) I S Tensão de referência I c V Z I L V SaidaMax = V Z + V be (sem carga) V SaidaMin = V + * R L /(R s +R L ) (carga máx) " I L = V L /R L (corrente de carga) I z I b V CE R L V L " I S = (V + - V L )/R s (corrente da fonte) R 2 V be Considere: V be = 0,7 V " I C = I S - I L - I Z (corrente de coletor) R 2 * I zmin V be, ou seja, Q1 só deve começar a conduzir (para dissipar potência) a partir de uma corrente de Zener pré-estabelecida.

7 Regulação Paralelo Básica (Exemplo) " Requisitos da Fonte de tensão: " V Saida = 5,6V.. 6,0V " I Carga = ma " Regulação Paralela! Dispositivos:! Diodo zener BZX55C 5V1! Transistor BC Carga V SaidaMax = V Z + V be = 5,1+0,7=5,8V I L = 100 ma R L = V L /I L = 5,8V/100mA = 58 Ω I S I Zmin = 10mA I b << I Z R 2 O transistor Q1 é usado para ajudar na dissipação de potência do circuito, quando a carga é retirada. I z I b V be I c I L V L V CE R L 2. Cálculo de R 1 (máximo) Com I S = I L +I C +I Z Considerando que com carga máxima: I Z 10mA (mínimo) e I C 0 ma, teremos: I S = I L +I C +I Z (mínimo) 110 ma Logo R 1 = (V + -V L )/I S = (10-5,8)V/110mA 38 Ω 3. Cálculo de R 1 (mínimo) Com I S = I z +I C Logo R 1 = (V + -V L )/I S = (10-5.8)V/(I Cmax +I Zmax ) = 4,2/(100+50) ma 28 Ω 4. Cálculo de R 2 R 2 V BE /I zmax = 0,7/50mA =14 Ω (a partir do qual o transistor começa a entrar em saturação)

8 Regulação Paralelo Básica circuito alternativo! Com carga máxima, a idéia é não permitir a polarização da junção V BE, ou seja, R 2.I 1 <0,7.! Assim, R 2 < 0,7V/10mA! Para a corrente maiores que 10mA próximo a 50mA, passam a circular pelo zener, o valor de R 2.I 1 torna-se maior que 0,7 V, permitindo condução no transistor e por conseguinte uma dissipação maior de potência no transistor aliviando o diodo zener.

9 Regulador de tensão tipo Série Tensão não regulada Elemento de controle Tensão regulada Circuito de amostragem Tensão de referência Elemento comparador

10 Regulador de tensão tipo Série 1. Se a tensão de saída diminui, a tensão base-emissor aumenta, fazendo com que o transistor conduza mais, e dessa forma, aumente a tensão de saída. 2. Se a tensão de saída aumenta, a tensão base-emissor diminui, e o transistor conduz menos, reduzindo, assim, a tensão de saída, mantendo a saída. R L

11 Regulação Série Básica (exemplo) " Requisitos da Fonte de tensão: " V Saida ; I Carga " Regulação série! Dispositivos:! Diodo zener! Transistor I C = (V + - V CE )/R L R1 Max = (V + - V z ) /(I zmin +I Lmax /β min ) V CE = (V + - I C R L ) V BE I B =I Lmax /β V Saida = V z - V be Elemento série de controle I Zmin R L V Z Tensão de referência Considere: V be = 0,7 V

12 Regulação Série Básica 1. V L = (V z -V be ) =5,6-0,7 = 4,9 V 2. V CE = V + - V L = 10 4,9 = 5,1 V Carga máxima: I L = 100 ma R L = V L / I L = 51 Ohms I B = I E /β = 1 ma I Z = 10 ma; I R1 = I Z +I B = 11 ma V + = 10 V V CE I E = I C = I L =100mA (máx) Logo: R 1 = (10-5,6)/(11)mA R Ohms Considere: V be = 0,7 V β = 100 I R V BE I B = I E / β I Z V L = (V z -V be ) = 4,9 V R L = V L /I L = 51 Ω 5,6V

13 Regulação Série Básica (circuito alternativo) " Requisitos da fonte: V Saida = tensão variável I Carga = ma Regulação Série! Dispositivos:! Diodo zener BZX55C 5V1! Transistor BC546 Rz R4 R L

14 Regulação Série Básica Escolha o Zener, encontre Rz 1. Escolha Vz para a referência β 1 I L (Vz < menor tensão a ser regulada) 2. O zener D1 opera com I R1 I b1 V be1 Rz I D I 1 V R2 I z = I e2 + I D (considere I e2 e I D = 10 ma) 3. Considere I c2 I e2, β >>1 4. Rz = (V L -V z )/I D I c2 V Z β 2 I e2 I z V be2 I b2 R L I 2 V R3 R L V L Encontrar R2 e R3 1. I b2 = I c2 /β 2 2. Considerando I 1 >> I b2 3. I 1 I 2 4. V R3 = V be2 + V z 5. Logo a. R2 = (V L V R3 )/I 1 b. R3 V R3 /I 1 Encontrar I b1,r1 1. I b1 = (I L +I 1 +I D )/β 1 2. R1=[V + -(V be1 +V L )]/(I b1 +I c2 ) Considere: V be = 0,7 V I c2 = I e2 I z /2 ma

15 Regulagem de tensão de saída! Considerando que: 1. V L = V z +V be2 +V R2 ; 2. E que I 1 =I 2, temos: V L /(R2+R3)= V R2 /R2, logo: 3. V R2 = V L [R2/(R2+R3)] 4. Assim: V L = V z +V be2 +V R2 => V L = V z +V be2 +V L [R2/(R2+R3)]=> V L = (V z +V be2 )(1+R2/R3) Desde que consideramos V z +V be2 valores constantes, um método conveniente de se ajustar a tensão de saída desta fonte seria ajustar a relação R2/R3

16 Fonte regulada! LM78XX! Características! Corrente de saída até 1 A! Tensões de saída: 5, 6, 8, 9, 12, 15, 24 V! Proteção contra alta temperatura! Proteção contra curto-circuito! A tensão de entravda (input) deve ser pelo menos 2 V acima da tensão de saída

17 Fonte regulada Fonte +5V, 1 A (tensão fixa)

18 Fonte regulada simétrica Fonte regulada simétrica +/- 5 V, 1 A! Regulador 7805! Regulador 7905

19 Fonte regulada! LM 317! Características elétricas:

20 Fonte regulada de tensão Fonte regulada de potência Esta fonte pode fornecer até 3 A de corrente de saída. Tensão de saída ajustável 1,25 a 12 Vcc.