Fonte Linear Regulada de Tensão e Corrente 0-30V 0-3A

[juloliveira]

Pessoal,

A meses eu pesquiso bastante sobre fontes reguladas de tensão entre 0 a uns 30 volts. Lineares, chaveadas, microcontroladas, fontes simples apenas com CI regulador do tipo LM3xx, enfim... são muitas opções. A fonte que eu tinha na minha bancada era das simples com CI regulador LM338 e circuito recomendado do datasheet. Era simples, simples demais.

Resolvi montar uma com mais recursos, com segurança contra curto circuito, feedback de realimentação, ajuste de corrente além da tensão. Entre as várias que encontrei, havia achado um circuito bacana e relativamente simples microcontrolado por PIC e um linear usando amplificadores operacionais para regulagem de tensão e corrente. Apostei no linear. Segue o circuito:

Adjustable Lab Power Supply

Ele é baseado num outro circuito que segundo o autor desse link, diz que existem alguns erros de projeto e por isso, ele refez com muitas melhorias, essa é a terceira versão. No link existe esquema, desenho da pcb e tudo mais. Porém, o circuito utiliza componentes SMD então resolvi montar o circuito no Proteus e construir uma PCB totalmente com componentes convencionais.

Estou compartilhando o circuito para quem quiser ajudar melhorar. Eu não tenho muita experiência na montagem da PCB e portanto, como o circuito é um tanto complexo devido a quantidade de componentes eu tive que fazer trilha por trilha e como não conseguia solucionar solucionar alguns pontos tive que utilizar muitos jumpers, portanto, a placa não ficou das mais elegantes (veja no último link).

Vou começar a montar a placa com o processo fastpcb com máscara, portanto, posto aqui todo o processo. Seguem os arquivos:

Circuito Proteus de Fonte Regulada

Circuito:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

PCB:

Spoiler (clique para mostrar ou esconder)

Abração

UPDATE: 10 Fev 15

[kem]

Eu sei que aqui o espirito é DIY, somos handmades, etc... mas...
http://www.ebay.com/itm/390822767953

[juloliveira]

Eu sei que aqui o espirito é DIY, somos handmades, etc... mas...

Você usa uma dessas na bancada?
IMHO, essas opções eu acho melhores de utilizar em algo específico, num projeto qualquer onde você abstrai toda a fonte do projeto nesse dispositivo.
Acho que pra uma fonte de bancada cabe (e merece) algo mais robusto.

[xformer]

O principal problema no desenho é que as trilhas que vão ao transistor 2N3055 (via borne) são muito finas. Elas vão virar fusível quando ligar a fonte com carga (ou aquecer como desembaçador de para-brisas). Pode ver que no projeto original, as "trilhas" são praticamente  planos de condução com grande área e largura cobreada.
No geral, as trilhas da placa estão muito finas e ficam passeando pela placa a toa ou em paralelo com outras desnecessariamente e um erro: tem trilhas que formam ângulos agudos (isso faz com que elas descolem da placa).

[juloliveira]

A tal da falta de experiência... Vou corrigir e melhorar, atualizo o post inicial quando terminar. Valeu xformer!

[xformer]

Esqueci de dar uma dica: eu uso trilha com largura de 1mm (40 mils) pra cada 1A de corrente. De preferência, na sua placa que tem bastante espaço, use sempre trilhas mais grossas, facilita na hora da transferência ou pra retocar e na corrosão. Usar trilhas finas, só quando necessário e com espaço limitado, e sempre é encrenca pra corroer.

[juloliveira]

Esqueci de dar uma dica: eu uso trilha com largura de 1mm (40 mils) pra cada 1A de corrente. De preferência, na sua placa que tem bastante espaço, use sempre trilhas mais grossas, facilita na hora da transferência ou pra retocar e na corrosão. Usar trilhas finas, só quando necessário e com espaço limitado, e sempre é encrenca pra corroer.

Sabe qual é a maior zica? O Proteus Ares é bem ruim, mas é o único que eu aprendi a usar. Tenho que ficar a todo momento selecionando a espessura da trilha e o editor não é dos melhores, poderia ser mais inteligente. Acho que o plano de ground também deve ser inserido só depois de tudo pronto, né?

O pessoal em geral usa o Eagle, né?

[daniellp]

Esqueci de dar uma dica: eu uso trilha com largura de 1mm (40 mils) pra cada 1A de corrente. De preferência, na sua placa que tem bastante espaço, use sempre trilhas mais grossas, facilita na hora da transferência ou pra retocar e na corrosão. Usar trilhas finas, só quando necessário e com espaço limitado, e sempre é encrenca pra corroer.

Sabe qual é a maior zica? O Proteus Ares é bem ruim, mas é o único que eu aprendi a usar. Tenho que ficar a todo momento selecionando a espessura da trilha e o editor não é dos melhores, poderia ser mais inteligente. Acho que o plano de ground também deve ser inserido só depois de tudo pronto, né?

O pessoal em geral usa o Eagle, né?

Eu iria de Kicad... é gratis é bem simples de usar... é o que ue uso.

Daniel.

[xformer]

Sabe qual é a maior zica? O Proteus Ares é bem ruim, mas é o único que eu aprendi a usar. Tenho que ficar a todo momento selecionando a espessura da trilha e ...

Ao selecionar a ferramenta de desenhar trilhas, escolha a espessura/largura antes de desenhar. A partir daí, todas as trilhas serão desenhadas com essa espessura, até você selecionar outra.

[Ivanletronic]

Olá Julio eu já tinha postado o layout dessa fonte com LM350: http://www.4shared.com/office/gZSqgz2e/VoltPIC.html (1,25v - 25v, 2A; a minha tem 2A por causa do transformador, mas o LM suporta até 3A)  nesse tópico: http://www.handmades.com.br/forum/index.php?topic=5336.0 . Ela é bem simples e tem display 2 linhas x16 colunas e um PIC para fazer a leitura da tensão de saída, no meu layout eu juntei a parte do PIC com o regulador, que no projeto original possui 2 placas separadas e desenhei ele para colocá-lo dentro de uma carcaça de fonte de PC. O firmware do PIC está aqui: http://www.arnerobotics.com.br/eletronica/voltimetro_pic.htm bem como o projeto original. Você pode utilizá-la como exemplo para construir a sua, no site do arne robotics tem a matéria original que utilizei de base para o meu layout. Nesse layout eu utilizei o Orcad mas atualmente tenho usado o Kicad. Aqui umas fotos de como ficou:
 
http://www.4shared.com/photo/YktWRqo-/Foto0103.html , http://www.4shared.com/photo/v2OP0LCq/Foto0104.html , http://www.4shared.com/photo/VEBKysBz/Foto0105.html

[juloliveira]

Ufa... revisada! 

[xformer]

Agora ficou bem legal.   

Mas só montando pra ver se funciona ou não.

[hgamal]

A cara mudou da água para coca cola (eu não bebo vinho)!

[juloliveira]

Olá Julio eu já tinha postado o layout dessa fonte com LM350

A fonte que eu tinha na minha bancada era uma uma fonte com LM338, que é igual a um LM350 só que é de 5A, mas é simples demais. Ela só tem proteção contra curto, não tem ajuste de corrente (a não ser que você coloque mais um).

A sugestão do DIYfan contempla todos os pontos chaves de uma boa fonte de bancada:

1 - Proteção contra curto
2 - Um bom range de tensão variando de 0 até 30V
3 - Fonte de corrente de 0 até 3A
4 - Regulagem por feedback mantendo a tensão estável independente da carga, até 3A

Eu já conhecia esse seu projeto. É quase o mesmo circuito que eu tinha, o meu era mais simples, igual ao datasheet. Inclusive

 

[xformer]

A sugestão do DIYfan contempla todos os pontos chaves de uma boa fonte de bancada:

1 - Proteção contra curto
2 - Um bom range de tensão variando de 0 até 30V
3 - Fonte de corrente de 0 até 3A
4 - Regulagem por feedback mantendo a tensão estável independente da carga, até 3A

Só algumas observações sobre esses pontos:

1 - O LM338 LM350 e LM317 também tem proteção contra curto circuito na saída.
2 - Tem como fazer a saída começar de 0V (ao invés de 1,2V normais), o circuito está na datasheet. É um pouco complicado pois precisa de uma fonte negativa e um zener de precisão, mas ainda assim é bem mais simples do que o circuito que você vai montar.
3 - Não existe fonte de corrente. O que você quis dizer é regulador de corrente ou limitador de corrente de saída. Uma "fonte de corrente" pra fornecer 3A pra uma carga de 100 ohms precisaria fornecer uma tensão de 300V !!  Obviamente isso não vai ter na sua fonte. Na verdade você quer uma fonte de tensão com limitador de corrente ajustável.
4 - Toda fonte de tensão (ideal) manteria a tensão constante independentemente da carga. No mundo real, o LM338 consegue ter uma regulação de linha de 0,01% e regulação de carga de 0,6%, e usa feedback para isso (os dois resistores de setup de tensão de saída fazem isso).