Fonte de Alimentação Linear LM723

Fontes de alimentação com regulação linear compreendem, além do transformador, um circuito de controle (regulador), retificador e capacitor. Este conjunto proporciona uma tensão contínua e constante de 13,8 V nos bornes de saída, garantindo que não teremos ruídos ou roncos na carga conectada.

Este é um compilado de informações e testes reunidos durante o processo de montagem de algumas fontes de alimentação linear, desde a escolha do transformador até os circuitos de proteção.

Apesar de seu peso e tamanho, ainda possuem vantagens sobre uma fonte chaveada, principalmente no quesito EMI (Electromagnetic Interference), porém devem ser tomados alguns cuidados no projeto do circuito e na proteção contra sobretensão: caso algum dos transistores de potência entre em curto (estão em série com a carga e o circuito retificador), teremos a tensão de saída do circuito retificador diretamente nos bornes de saída.

Projeto de uma fonte de 13,8 V x 35 A

Pontos importantes que devem ser levados em consideração ao projetar uma fonte de alimentação linear.

Escolha do transformador

O coração de uma fonte de alimentação linear é seu transformador, que para a grande maioria dos projetos deve possuir uma tensão de saída entre 16-18 V em corrente alternada. Esta tensão, após o circuito retificador, será de aproximadamente 22-25 V CC. É necessário ter essa diferença de tensão entre a entrada e a saída da fonte para poder atuar no circuito de controle em malha fechada, garantindo a tensão constante de 13,8 V independente da corrente da carga.

Alguns projetos, como o que será descrito adiante, possuem uma segunda saída no transformador de alimentação, de aproximadamente 22 V, para alimentar apenas o circuito de controle, garantindo uma maior estabilidade da tensão de saída.

Através desta equação, é possível calcular Vp, que é a tensão CC nos terminais do capacitor do circuito retificador, a partir de Vef, que é a tensão CA na saída do transformador (medida com um multímetro em corrente alternada).

Circuito retificador

Sempre deve ser utilizada uma ponte retificadora de onda completa para se obter um menor ripple e diminuir o tamanho do capacitor eletrolítico. Existe a opção de ponte completa com 4 diodos (ou uma ponte retificadora comercial) e a variação com dois diodos para uma saída de tap central (nesta topologia, cada tap do transformador possui metade da corrente total e a mesma tensão de saída).

O capacitor pode ser calculado através de equações e da relação de ripple desejada na saída, porém, para uma fonte de 35 A, uma capacitância de 40.000-60.000 µF é suficiente. Este capacitor de valor elevado nem sempre é fácil de encontrar, e uma alternativa prática e até mais barata é associar vários capacitores eletrolíticos em paralelo (6 x 10.000 µF x 35 V).

VCC é a tensão Vp resultante da equação descrita anteriormente.

Circuito de controle

Para o circuito de controle existem inúmeras topologias, desde projetos utilizando componentes discretos como transistores e diodos Zener, até variações que utilizam o clássico LM723, que possui internamente circuitos para controle de tensão e corrente em malha fechada.

Circuito de potência

Este circuito de potência é clássico em fontes de alimentação linear, com pequenas variações nos resistores de equalização e nas características dos transistores.

Sempre devemos considerar a potência total de dissipação da fonte de alimentação. Para uma fonte de 35 A x 13,8 V, teremos uma potência total de 483 W, dividida entre os 4 transistores (120 W cada). Cada transistor 2N3771 consegue dissipar 150 W, trabalhando com folga neste projeto. Também é necessário um dissipador de calor considerável para dissipar essa potência total.

Circuito de proteção contra sobretensão

Este circuito tem como objetivo proteger o equipamento conectado à saída da fonte de alimentação contra uma tensão maior que 16 V. Isso se deve à configuração de potência, composta por transistores em série: caso algum deles entre em curto, estará presente na saída a mesma tensão da ponte retificadora + capacitor, chegando a valores acima de 20 V.

O SCR utilizado não é crítico; deve apenas ser observada a corrente que ele suporta, para que seja no mínimo maior que a corrente do transformador.

Uma alternativa barata é utilizar um TRIAC de alta potência encontrado na sucata de um chuveiro elétrico, que geralmente possui uma corrente acima de 30 A.

Montagem

Este circuito é a soma de vários projetos, testes e muitos componentes queimados (testes e mais testes). A proposta original era utilizar um único transformador para as duas tensões de saída (17 V para potência e 22 V para o circuito de controle), porém, como eu já tinha em mãos um transformador de 35 A x 17 V, optei por reaproveitar um transformador de 24 V x 3 A retirado de um velho aparelho de som, sendo necessário remover algumas espiras do secundário para atingir a tensão necessária.