Introdução e tutorial sobre fonte de alimentação programável !: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Se você já se perguntou sobre fontes de alimentação programáveis, então você deve passar por este instrutível para obter um conhecimento completo e um exemplo prático de uma fonte de alimentação programável.

Além disso, qualquer pessoa que esteja interessada em eletrônica, por favor, passe por este manual para explorar algumas coisas novas e interessantes….

Fique ligado!!

Etapa 1: O que é uma fonte de alimentação programável e o que a torna diferente?

Já faz um tempo que eu carreguei qualquer novo instructable. Então pensei em carregar rapidamente um novo instructable em uma ferramenta muito necessária (para qualquer amador / entusiasta eletrônico / profissional) que é uma fonte de alimentação programável.

Então, surge a primeira pergunta aqui: o que é uma fonte programável?

Uma fonte de alimentação programável é um tipo de fonte de alimentação linear que permite o controle total da tensão e corrente de saída da unidade através da interface digital / analógica / RS232.

Então, o que a torna diferente de uma fonte de alimentação linear tradicional LM317 / LM350 / qualquer outra baseada em IC? Vamos dar uma olhada nas principais diferenças.

1) A principal diferença é o controle:

Geralmente, nosso LM317 / LM350 / qualquer outra fonte baseada em IC opera em um modo CV (tensão constante) onde não temos controle sobre a corrente. A carga puxa a corrente de acordo com sua necessidade, onde não podemos controlá-la. fonte programável, podemos controlar os campos de tensão e corrente individualmente.

2) A interface de controle:

Em nossa fonte baseada em LM317 / LM350, giramos um potenciômetro e a tensão de saída varia de acordo.

Em comparação, em uma fonte de alimentação programável, podemos definir os parâmetros usando o teclado numérico ou podemos alterá-lo usando um codificador rotativo ou ainda podemos controlar os parâmetros através de um PC remotamente.

3) A proteção de saída:

Se encurtarmos a saída de nossa fonte tradicional, ela diminuirá a tensão e fornecerá a corrente total. Portanto, em um curto espaço de tempo, o chip de controle (LM317 / LM350 / qualquer outro) é danificado devido ao superaquecimento.

Mas, em comparação, em uma fonte programável, podemos fechar a saída totalmente (se quisermos) quando ocorre um curto-circuito.

4) A interface do usuário:

Geralmente, em uma fonte tradicional, temos que conectar um multímetro para verificar a tensão de saída todas as vezes. Além disso, um sensor de corrente / alicate amperímetro preciso é necessário para verificar a corrente de saída.

(NB: por favor, verifique minha fonte de alimentação de bancada variável 3A instrutível aqui, que consiste na leitura de tensão e corrente embutida em um display colorido)

Além disso, em alimentação programável, possui um display embutido que mostra todas as informações necessárias como tensão de corrente / amplificador de corrente / tensão de ajuste / amplificador de ajuste / modo de operação e muitos outros parâmetros.

5) Nº de saídas:

Suponha que você queira executar um circuito / circuito de áudio baseado em OP-AMP onde você precisará de todos os Vcc, 0v e GND. Nossa fonte linear fornecerá apenas Vcc e GND (saída de canal único), então você não pode executar este tipo de circuito usando uma fonte linear (você precisará de dois deles conectados em série).

Em comparação, uma fonte programável típica tem no mínimo duas saídas (algumas têm três) que são isoladas eletronicamente (não é verdade para todas as fontes programáveis) e você pode juntá-las facilmente em série para obter o Vcc, 0, GND necessário.

Existem também muitas diferenças, mas essas são as principais diferenças que descrevi. Espero que você tenha uma ideia do que é uma fonte de alimentação programável.

Além disso, em comparação com um SMPS, a fonte de alimentação programável tem muito pouco ruído (componentes AC indesejados / picos elétricos / EMF etc) na saída (já que é linear).

Agora vamos para a próxima etapa!

NB: Você pode verificar meu vídeo sobre minha fonte de alimentação programável Rigol DP832 aqui.

Etapa 2: O que é o modo CV e CC de qualquer fonte de alimentação?

É muito confuso para muitos de nós quando se trata de CV e CC. Conhecemos o formulário completo, mas, em muitos casos, não temos a idéia adequada de como eles funcionam. Vamos dar uma olhada em ambos os modos e faça uma comparação sobre como eles são diferentes de sua perspectiva de trabalho.

Modo CV (tensão constante):

No modo CV (seja no caso de qualquer fonte de alimentação / carregador de bateria / quase qualquer coisa que o tenha), o equipamento geralmente mantém uma tensão de saída constante na saída independente da corrente retirada dele.

Agora vamos dar um exemplo.

Por exemplo, eu tenho um LED branco de 50 W que funciona em 32 V e consome 1,75 A. Agora, se conectarmos o LED à fonte de alimentação em modo de tensão constante e definirmos a fonte para 32 V, a fonte de alimentação regulará a tensão de saída e manterá em 32v de qualquer maneira. Não monitorará a corrente consumida pelo LED.

Mas

Este tipo de LED consome mais corrente quando fica mais quente (ou seja, vai consumir mais corrente do que a corrente especificada na ficha de dados, ou seja, 1,75 A e pode ir até 3,5 A. Se colocarmos a fonte de alimentação no modo CV para este LED, ele não vai olhar para a corrente consumida e apenas regular a tensão de saída e, portanto, o LED será eventualmente danificado no longo prazo devido ao consumo excessivo de corrente.

Aqui o modo CC entra em jogo !!

Modo CC (corrente constante / controle de corrente):

No modo CC, podemos definir a corrente MAX consumida por qualquer carga e podemos regulá-la.

Por exemplo, definimos a tensão em 32 V e definimos a corrente máxima em 1,75 A e conectamos o mesmo LED à fonte. Agora o que vai acontecer? Eventualmente, o LED ficará mais quente e tentará extrair mais corrente da fonte. Agora, desta vez, nossa fonte de alimentação manterá o mesmo amp, ou seja, 1,75 na saída ABAIXANDO A TENSÃO (lei de Ohm simples) e, portanto, nosso LED será salvo no longo prazo.

O mesmo vale para o carregamento da bateria quando você carrega qualquer bateria SLA / Li-ion / LI-po. Na primeira parte do carregamento, temos que regular para a corrente usando o modo CC.

Vamos dar outro exemplo em que queremos carregar uma bateria de 4,2v / 1000mah avaliada em 1C (ou seja, podemos carregar a bateria com uma corrente máxima de 1A). Mas por segurança, regularemos a corrente para um máximo de 0,5 C, ou seja, 500mA.

Agora vamos definir a fonte de alimentação para 4,2 V e definir a corrente máxima para 500mA e conectaremos a bateria a ela. Agora, a bateria tentará buscar mais corrente da fonte para o primeiro carregamento, mas nossa fonte de alimentação regulará a corrente em abaixando um pouco a tensão. Como a tensão da bateria eventualmente aumentará, a diferença de potencial será menor entre a fonte e a bateria e a corrente consumida pela bateria será reduzida. Agora, sempre que a corrente de carga (corrente consumida pela bateria) cair abaixo de 500mA, a alimentação mudará para o modo CV e manterá uma saída estável de 4,2 V para carregar a bateria pelo resto do tempo!

Interessante, não é?

Etapa 3: Existem tantos por aí !!

Muitas fontes de alimentação programáveis estão disponíveis de diferentes fornecedores. Portanto, se você ainda está lendo agora e está determinado a obter uma, primeiro você precisa decidir alguns parâmetros !!

Cada uma e todas as fontes de alimentação são diferentes umas das outras em termos de precisão, número de canais de saída, potência total de saída, tensão-corrente / saída máximas, etc, etc.

Agora, se você quiser ter um, primeiro você decide qual é a tensão e corrente de saída máximas com que você geralmente trabalha para o seu uso diário! Em seguida, selecione o número de canais de saída que você precisa para trabalhar com diferentes circuitos ao mesmo tempo. Então vem a saída de potência total, ou seja, quanta potência máxima você precisa (P = fórmula VxI). Em seguida, vá para a interface como se você precisasse do estilo teclado numérico / codificador rotativo ou de interface do tipo analógico, etc.

Agora, se você decidiu, finalmente vem o principal fator importante, ou seja, o preço. Escolha um de acordo com seu orçamento (e, obviamente, verifique se os parâmetros técnicos mencionados acima estão disponíveis nele).

E por último, mas não menos importante, obviamente olhe para o fornecedor. Eu recomendaria que você comprasse de um fornecedor de renome e não se esqueça de verificar o feedback (dado por outros clientes).

Agora vamos dar um exemplo:

Eu geralmente trabalho com circuitos lógicos digitais / circuitos relacionados a microcontroladores que geralmente precisam de 5v / 2A máx. (Se eu usar alguns motores e coisas assim).

Além disso, às vezes, eu trabalho em circuitos de áudio que precisam de até 30v / 3A e também de alimentação dupla. Então, vou escolher uma fonte que pode dar um máximo de 30v / 3A e ter dois canais isolados eletronicamente. (Ou seja, cada canal pode fornecer 30v / 3A e eles não terão nenhum trilho GND ou VCC comum). Eu geralmente não preciso de nenhum teclado numérico sofisticado! (Mas é claro que eles ajudam muito). Agora meu orçamento máximo é de 500 $. Então, eu escolherá uma fonte de alimentação de acordo com meus critérios mencionados acima …

Etapa 4: Minha fonte de alimentação … Rigol DP832

Portanto, de acordo com as minhas necessidades, o Rigol DP832 é um equipamento perfeito para meu uso (MAIS UMA VEZ, FORTE NA MINHA OPINIÃO).

Agora vamos dar uma olhada nele. Ele tem três canais diferentes. Ch1 e Ch2 / 3 são isolados eletronicamente. Ch1 e Ch2 podem fornecer um máximo de 30v / 3A. Você pode conectá-los em série para obter até 60v (a corrente máxima será 3A). Você também pode conectá-los em paralelo para obter um máximo de 6A (a tensão máxima será 30v). Ch2 e Ch3 tem um aterramento comum. Ch3 pode dar um máximo de 5v / 3A, que é adequado para circuitos digitais. A potência total de saída de todos os três canais combinados é 195. Custou-me cerca de 639 $ na Índia (aqui na Índia, é um pouco caro em comparação com o site da Rigol onde é mencionado em 473 $ por causa dos encargos de importação e impostos..)

Você pode selecionar canais diferentes pressionando o botão 1/2/3 para selecionar o canal correspondente. Cada canal individual pode ser ligado / desligado usando seus botões correspondentes. Você também pode ligá-los / desligá-los de uma vez por meio de um outro botão dedicado chamado Todos liga / desliga. A interface de controle é totalmente digital. Fornece um teclado numérico para a entrada direta de qualquer tensão / corrente. Também há um codificador rotativo por meio do qual você pode aumentar / diminuir gradualmente qualquer parâmetro dado.

Volt / Milivolt / Amp / Miliamp - quatro teclas dedicadas estão lá para inserir a entidade desejada. Também essas teclas podem ser usadas para mover o cursor para cima / baixo / direita / esquerda.

Existem cinco teclas sob o visor que atuam de acordo com o texto mostrado no visor acima dos interruptores. Por exemplo, se eu quiser ligar o OVP (proteção contra sobretensão), devo pressionar o terceiro interruptor da esquerda para ligar OVP.

A fonte de alimentação tem uma OVP (proteção contra sobretensão) e OCP (proteção contra sobrecarga de corrente) para cada canal.

Suponha que eu queira executar um circuito (que pode tolerar um máximo de 5v) onde aumentarei gradualmente a voltagem de 3,3v para 5v. Agora, se eu acidentalmente colocar uma voltagem superior a 5v girando o botão e sem olhar para a tela, o circuito será frito. Agora, neste caso, o OVP entra em ação. Eu configurarei o OVP para 5v. Agora aumentarei gradualmente a tensão de 3,3v e sempre que o limite de 5v for atingido, o canal será desligado para proteger A carga.

O mesmo vale para o OCP. Se eu definir um determinado valor de OCP (por exemplo, 1A), sempre que a corrente consumida pela carga atingir esse limite, a saída será desligada.

Este é um recurso muito útil para proteger seu valioso projeto.

Além disso, há muitos outros recursos que não vou explicar agora. Por exemplo, há um temporizador pelo qual você pode criar uma certa forma de onda como quadrado / dente de serra etc. Você também pode ligar / desligar qualquer saída após um certo período de tempo.

Eu tenho o modelo de resolução mais baixa que suporta a leitura de qualquer tensão / corrente até duas casas decimais. Por Ex: Se você definir para 5v e ligar a saída, o display mostrará 5,00 e o mesmo vale para a Corrente.

Etapa 5: Chega de falar, vamos melhorar um pouco (também, modo CV / CC revisitado!)

Agora é hora de conectar uma carga e ligá-la.

Veja a primeira foto em que conectei minha carga simulada feita em casa ao canal 2 da fonte de alimentação.

O que é uma carga fictícia:

A carga fictícia é basicamente uma carga elétrica que consome corrente de qualquer fonte de energia. Mas em uma carga real (como uma lâmpada / motor), o consumo de corrente é fixo para a lâmpada / motor específico. Mas, no caso de uma carga fictícia, podemos ajustar a corrente consumida pela carga por uma panela, ou seja, podemos aumentar / diminuir o consumo de energia de acordo com nossas necessidades.

Agora você pode ver claramente que a carga (caixa de madeira à direita) está consumindo 0,50A da fonte. Agora, vamos dar uma olhada no visor da fonte de alimentação. Você pode ver que o canal 2 está ligado e o resto dos canais estão desligados (O quadrado verde está em torno do canal 2 e todos os parâmetros de saída como tensão, corrente, potência dissipada pela carga são mostrados). Ele está mostrando a tensão como 5v, a corrente como 0.53A (o que está correto e minha carga simulada está lendo é um pouco menos, ou seja, 0,50A) e a potência total dissipada pela carga, ou seja, 2,650W.

Agora vamos dar uma olhada no display da fonte de alimentação na segunda imagem ((imagem ampliada do display). Eu configurei a tensão de 5v e a corrente máxima está configurada em 1A. A fonte está fornecendo 5v constantes na saída. neste ponto, a carga está consumindo 0,53A, que é menor do que a corrente 1A definida, de modo que a fonte de alimentação não está limitando a corrente e o modo é o modo CV.

Agora, se a corrente consumida pela carga atingir 1A, a fonte entrará no modo CC e diminuirá a tensão para manter uma corrente constante de 1A na saída.

Agora, verifique a terceira imagem. Aqui você pode ver que a carga fictícia está consumindo 0,99 A. Portanto, nesta situação, a fonte de alimentação deve diminuir a tensão e fazer uma corrente de 1 A na saída.

Vamos dar uma olhada na 4ª foto (foto ampliada do display) onde você pode ver que o modo mudou para CC. A fonte de alimentação diminuiu a tensão para 0,28v para manter a corrente de carga em 1A. Mais uma vez, a lei do ohm vence !!!!

Etapa 6: Vamos nos divertir … Hora de testar a precisão

Agora, aqui vem a parte mais importante de qualquer fonte de alimentação, ou seja, a Precisão. Portanto, nesta parte, vamos verificar o quão preciso esse tipo de fonte de alimentação programável realmente é !!

Teste de precisão de tensão:

Na primeira foto, configurei a fonte de alimentação para 5v e você pode ver que meu multímetro Fluke 87v calibrado recentemente está lendo 5.002v.

Agora vamos dar uma olhada na folha de dados na segunda foto.

A precisão da tensão para Ch1 / Ch2 estará dentro da faixa conforme descrito abaixo:

Defina a tensão +/- (0,02% da tensão definida + 2mv). Em nosso caso, conectei o multímetro ao canal 1 e a tensão definida é 5v.

Portanto, o limite superior da tensão de saída será:

5v + (0,02% de 5v + 0,002v) ou seja, 5,003v.

e o limite inferior para a tensão de saída será:

5v - (0,02% de 5v + 0,002v) ou seja, 4,997.

Meu multímetro Fluke 87v padrão industrial recentemente calibrado está mostrando 5.002v, que está dentro da faixa especificada conforme calculamos acima. Um resultado muito bom, devo dizer!

Teste de precisão atual:

Mais uma vez, dê uma olhada na folha de dados para a precisão atual. Conforme descrito, a precisão atual para todos os três canais será:

Ajuste a corrente +/- (0,05% da corrente ajustada + 2mA).

Agora vamos dar uma olhada na terceira foto onde eu configurei a corrente máxima para 20mA (a fonte de alimentação entrará no modo CC e tentará manter 20mA quando eu conectarei o multímetro) e meu multímetro está lendo 20,48mA.

Agora vamos calcular o intervalo primeiro.

O limite superior da corrente de saída será:

20mA + (0,05% de 20mA + 2mA) ou seja, 22,01mA.

O limite inferior da corrente de saída será:

20mA - (0,05% de 20mA + 2mA) ou seja, 17,99mA.

Meu Fluke confiável está lendo 20,48mA e novamente o valor está dentro da faixa calculada acima. Mais uma vez, obtivemos um bom resultado para nosso teste de precisão atual. A fonte de alimentação não nos falhou….

Etapa 7: o veredicto final …

Agora chegamos à última parte …

Espero poder dar uma pequena ideia sobre o que são fontes de alimentação programáveis e como elas funcionam.

Se você leva a sério a eletrônica e faz alguns projetos sérios, acho que qualquer tipo de fonte de alimentação programável deve estar presente em seu arsenal, porque literalmente não gostamos de fritar nossos preciosos projetos devido a alguma sobretensão / sobrecorrente / curto-circuito acidental.

Não só isso, mas também com este tipo de fonte, podemos carregar com precisão qualquer tipo de bateria Li-po / Li-ion / SLA sem medo de pegar fogo / qualquer carregador especial (porque as baterias Li-po / Li-ion são propenso a pegar fogo se os parâmetros de carregamento adequados não atenderem!).

Agora é hora de dizer adeus!

Se você acha que este Instructable esclarece algumas de nossas dúvidas e se você aprendeu algo com ele, por favor dê um joinha e não se esqueça de se inscrever! Também dê uma olhada no meu canal do youtube recém-inaugurado e dê suas preciosas opiniões!

Bom aprendizado….

Adios !!