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 vamos ter ruídos ou roncos na carga conectada.

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

Apesar de seu peso e tamanho, ainda possuem vantagens sobre uma fonte chaveada, principalmente no quesito de EMI (Electromagnetic interference), porém devem ser tomados alguns cuidados no projeto do circuito e proteção de sobretensão, pois se algum dos transistores de potência entrar em curto (estão em série com a carga e 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 aproximadamente 22-25 V CC. É necessário possui esta diferença de tensão entre a entrada e a saída da fonte para poder atuar no circuito de controle em malha fechada, garantido 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, 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 através 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 possuí metade da corrente total e mesma tensão de saída) no transformador.

O capacitor pode ser calculado através de equações e a relação de ripple desejada na saída, porém para uma fonte de 35A uma capacitância de 40.000-60.000 µF é suficiente. Este capacitor de valor elevado nem sempre é fácil de ser encontrado e uma alternativa prática e até mais barata é associar vários capacitores eletrolítico 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 topologia, desde um projeto utilizando componentes discretos como transistores e diodos Zener a 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 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, vamos ter uma potência total de 483 W, que é dividida entre os 4 transistores (120 W). Cada transistor 2N3771 consegue dissipar 150 W, trabalhando com uma folga neste projeto. Também é necessário um dissipador de calor considerável para dissipar esta potência total.

Circuito de proteção contra sobretensão

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

O SCR utilizado não é crítico, apenas deve 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 eletrônico, que geralmente possui uma corrente acima de 30 A.

Montagem

Este circuito é uma soma de vários projetos, testes e muitos componentes queimados (testes e mais testes). A proposta original seria utilizar um único transformador para as duas tensões de saída (17 V para potência e 22 V no circuito de controle), porém como eu já tinha em mãos um transformador de 35 A x 17 V, optei em 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.