AC para + 15V, -15V 1A Variável e 5V 1A Fonte de alimentação DC de bancada fixa: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Uma fonte de alimentação é um dispositivo elétrico que fornece energia elétrica a uma carga elétrica. Este modelo de fonte de alimentação possui três fontes de alimentação CC de estado sólido. A primeira fonte fornece uma saída variável de 1,5 a 15 volts positiva em até 1 ampere. O segundo dá um negativo de 1,5 a -15 volts a 1 ampere. O terceiro tem 5V fixo a 1 ampere. Todos os suprimentos são totalmente regulamentados. Um circuito IC especial mantém a tensão de saída dentro de 0,2 V quando passa de sem carga para 1 ampere. A saída está totalmente protegida contra curto-circuitos. Este suprimento é ideal para uso em laboratórios escolares, oficinas de serviço ou em qualquer lugar em que seja necessária uma tensão CC precisa.

Etapa 1: Como funciona um suprimento?

A alimentação consiste em dois circuitos, um é uma saída fixa de 5 V e outro é de 0 a + 15, e uma alimentação variável de -15 com cada seção explicada abaixo. É composto por um transformador de potência, um estágio retificador CC e o estágio regulador.

1. Reduzindo 220 Vca usando o transformador: Como a entrada dos reguladores deve ser em torno de 1,5 a 40 volts. Então 220v AC foi reduzido usando o transformador. 220 V AC do principal é fornecido para a bobina secundária do transformador por meio de um fusível e chave, que reduz para 18 volts. A relação de rotação do transformador foi de 12: 1. Quando testado, a tensão de circuito aberto do transformador revelou ser de 22 volts. O transformador serve a dois propósitos. Primeiro, ele reduz a entrada de 220 VCA para 17 VCA e 9 VCA para permitir que a tensão adequada entre nos estágios do retificador. Em segundo lugar, isola a saída da fonte de alimentação do 220VACline. Isso evita que o usuário sofra choques de tensão perigosos, caso o usuário esteja em uma área aterrada. Um transformador com derivação central tem dois enrolamentos secundários que estão 180 graus fora de fase.
2. Conversor CA para CC: Para retificação de CA (conversão de CA para CC), foi usada a configuração de ponte de diodos que cortou o ciclo negativo de CA e o converteu em CC pulsante. Cada diodo funciona apenas quando está em estado de polarização direta (quando a voltagem no ânodo é maior do que a voltagem no cátodo). Este DC tinha algumas ondulações envolvidas nele, então um capacitor foi usado para suavizá-lo relativamente antes de enviá-lo para o circuito de regulação.
3. Circuito regulador: O circuito regulador no PowerSupply consiste em um circuito integrado LM-317 e LM-337. O LM317 fornece mais de 1,5 A de corrente de carga com uma tensão de saída ajustável em uma faixa de 1,2 a 37 V. A série LM337 é composta por reguladores de tensão negativa de 3 terminais ajustáveis, capazes de fornecer em excesso -1,5 A em uma faixa de tensão de saída de -1,2 a -37 V. Eles são excepcionalmente fáceis de usar e requerem apenas dois resistores externos para definir a tensão de saída. Além disso, as regulações de linha e carga são melhores do que os reguladores fixos padrão. A tensão de saída do LM317 / LM377 é determinada pela razão dos dois resistores de feedback R1 e R2 que formam uma rede divisora de potencial através do terminal de saída. A tensão através do resistor de feedback R1 é uma tensão de referência constante de 1,25 V, Vref produzida entre os Terminal de “saída” e “ajuste”. Então, qualquer corrente que flua através do resistor R1 também flui através do resistor R2 (ignorando a corrente terminal de ajuste muito pequena), com a soma das quedas de voltagem em R1 e R2 sendo igual à voltagem de saída, Vout. Obviamente, a tensão de entrada, Vin deve ser pelo menos 2,5 volts maior do que a tensão de saída necessária para alimentar o regulador.
4. Filtro: A saída do LM317 / 337 foi alimentada para o capacitor para filtrar o efeito de pulsação. E então foi enviado para a saída. Deve-se notar que a polaridade do capacitor deve ser mantida em mente antes de colocá-lo.

Fonte CC fixa de 5v

5v DC funciona no mesmo princípio, mas o regulador usado para isso é um 7805 fixo. Também o transformador usado foi de 220V para 9V AC.

Etapa 2: Diagrama de circuito e componentes necessários:

O diagrama de circuito e os componentes necessários estão listados nas imagens acima.

Etapa 3: Simulações e Layout PCB

Esquema e simulações de Proteus:

O circuito esquemático foi simulado para ver se o circuito está funcionando corretamente e atinge nosso objetivo de uma fonte de alimentação variável de ± 15V e fixa de 5V. O que foi verificado medindo a tensão de saída com a ajuda de um multímetro.

Layout do Proteus PCB:

O circuito esquemático após o teste foi então convertido em seu layout PCB. Os componentes são colocados primeiro e o roteamento é feito por meio de roteamento automático. A largura do fio de alimentação é T80, enquanto o resto do fio tem a largura T70. O comprimento da placa foi selecionado para ser de 6 por 8 polegadas. Um layout 3D também foi verificado para o projeto de PCB esperado. O layout na conclusão e teste se os caminhos não se cruzam é exportado como PDF. Apenas a borda da placa e a camada inferior são selecionadas para o arquivo PDF e o resto é desmarcado. Dá-nos uma impressão da faixa de todo o PCB.

Etapa 4: Impressão de PCB

Impressão em papel manteiga:

A faixa obtida em arquivo PDF foi impressa em papel manteiga. A impressora usada para este propósito era aquela com toner ao invés da tinta líquida, pois ela não pode ser transferida para o papel manteiga. Para esse efeito, o papel manteiga é cortado de modo a corresponder ao formato de um papel A4 para facilitar a impressão e, a seguir, cortado de forma a caber no formato PCB.

Transferindo a impressão do papel manteiga para a placa PCB:

O papel manteiga é colocado no topo da placa PCB. Um ferro quente é usado para pressionar o papel manteiga, resultando na autocópia da trilha na placa PCB devido ao aquecimento da tinta do toner. Depois disso, as correções de trilha são feitas usando o marcador permanente.

Gravura:

Transferindo a trilha na placa PCB, na próxima etapa a placa é mergulhada em um recipiente cheio de cloreto férrico colocado no forno, o que resulta na remoção do cobre de toda a placa PCB, exceto a trilha que foi impressa resultando em uma folha de plástico com cobre apenas presente na pista.

Perfuração:

Após a preparação do PCB, os furos são perfurados usando uma broca Pcb, mantendo-a no meio para segurar a broca a 90 graus do PCB e não aplicando pressão extra, caso contrário a broca irá quebrar. Os orifícios para transistores, conectores, diodos reguladores são feitos maiores do que resistores regulares, capacitores, etc.

Limpeza com Diluente / Gasolina:

A placa PCB é lavada com algumas gotas de thinner ou gasolina de acordo com a disponibilidade para que a tinta saia da pista para perfeita soldagem do componente na placa PCB. O PCB está pronto para ser soldado com os componentes.

Soldagem de componentes:

Os componentes são então soldados na placa do PCB de acordo com o layout do Proteus PCB. Os componentes são soldados com cuidado, não causando curto-circuito nas trilhas ou pontas. As polaridades de componentes como capacitores / transistores são mantidas em mente. Dissipadores de calor são conectados aos reguladores usando a pasta para melhor condutividade e soldados com o PCB. de forma similar

Teste:

Uma última vez, o PCB é testado para qualquer curto enquanto solda os componentes na placa. Depois disso, a placa de circuito impresso foi ligada e a saída observada, que estava de acordo com a saída desejada. O PCB está pronto para ser colocado na caixa.

Etapa 5: Preparação do revestimento

Uma caixa pré-fabricada com layout básico foi adquirida no mercado e foi modificada de acordo com a necessidade desejada. Ele veio com dois furos para dois postes de ligação, portanto, 4 furos adicionais para o poste de ligação e 2 para potenciômetros foram perfurados na caixa. Um soquete fêmea de 3 pinos também foi colocado para facilitar a conectividade do cabo de alimentação CA. Um interruptor também foi colocado do lado de fora para LIGAR ou DESLIGAR a fonte de alimentação. Além disso, um VOLTÍMETRO foi instalado na fonte para facilitar a leitura / seleção pelo usuário.

Etapa 6: Configurando o Suprimento

Os transformadores e o circuito foram colocados no invólucro com o auxílio de uma folha de madeira / isolante para evitar qualquer curto com o corpo. Parafusos e abraçadeiras foram usados para manter os componentes juntos. Postes de ligação, potenciômetros porta-fusíveis e botão foram instalados na caixa. O fio jumper foi usado para conectar e foi soldado para proteger a conexão. Foi usado filme termorretrátil para proteger as conexões e evitar curto-circuito. O abastecimento foi testado.

Etapa 7: Regulagem de carga

A carga foi conectada à saída da fonte e ocorreu uma queda de tensão de saída devido à queda nas resistências dos fios / trilhas pcb / pontos de conexão. Portanto, para atender a isso, os valores dos resistores no LM317 / LM337 foram alterados de modo a fornecer tensão de carga de 15 volts. Como a tensão que estava na saída era tensão de circuito aberto.

Etapa 8: Teste Final / Observações

O voltímetro utilizado na alimentação só funcionou para níveis de tensão acima de 7v (outro não disponível no mercado). Portanto, usando um voltímetro melhor, valores de tensão mais baixos também podem ser medidos. De preferência, usando um voltímetro analógico bidirecional e usando uma chave para alterar o valor a ser medido (+ ve alimentação ou –ve tensão de alimentação), poderia ser feito mais prático.

No geral, foi um projeto interessante. Aprendi muito ao me familiarizar com a fabricação de placas de circuito impresso, problemas na confecção de uma fonte e reguladores de tensão variável.

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