Fonte de 13,6 V x 25 A (ART2866)

Atendendo à pedidos de diversos leitores, apresentamos uma fonte de alimentação de 25 A indicada para aparelhos de uso automotivo, tais como transceptores, amplificadores, etc. Observamos que a elevada corrente do circuito exige cuidados especiais com as ligações que devem usar trilhas largas na placa de circuito impresso e fios grossos nas interligações. É muito importante também a correta instalação dos transistores nos dissipadores de calor.

Fontes de alimentação de alta corrente que possam fornecer energia para aparelhos de uso automotivo de alto consumo não são encontradas com facilidade.

Muitos leitores têm enviado pedidos deste tipo de projeto, com a necessidade de alimentar aparelhos com até mais de 20 A.

A fonte que descrevemos usa 5 transistores 2N3055, cada um trabalhando com uma corrente de 5 ampères, o que leva a uma corrente máxima de saída de 25 A. No entanto, se as necessidades de corrente do leitor forem menores, a quantidade destes transistores pode ser reduzida.

COMO FUNCIONA

A retificação é feita de maneira convencional por dois diodos que devem ter capacidade de corrente compatível com a corrente de saída drenada. Diodos de 50 V com pelo menos 40 A, são recomendados para esta aplicação.

O transformador deve ter um secundário com tensões entre 17 e 22 V e corrente de 25 ampères (ou o valor desejado pelo leitor). Como normalmente um transformador com estas características não é muito fácil de encontrar, o próprio leitor deverá enrolá-lo.

Evidentemente, um transformador de corrente maior pode ser usado, desde que a carga não a exija causando a sobrecarga dos demais componentes do circuito. Para orientação dos leitores que desejarem enrolar o transformador, o fio usado no secundário é o AWG 14 ou mais grosso.

Nas fontes de alimentação da ordem de 12 V de saída, uma regra simples recomenda 1 000 µF de filtragem para cada ampère de corrente de saída.

Isso significa que o capacitor usado na filtragem deve ter pelo menos 22 000 µF e sua tensão de trabalho deve ser pelo menos 40% maior que o valor de pico da tensão de secundário do transformador. Supondo o caso pior, para um transformador de 22 V, recomendamos um capacitor com tensão de trabalho de pelo menos 50 V.

A referência de tensão é dada por um circuito integrado 7812 e um conjunto de diodos comutados por uma chave seletora.

A finalidade destes diodos é simples de ser explicada: há uma queda de tensão da ordem de 0,6 V nas junções entre emissor e base dos transistores de potência. Isso significa que, se usarmos diretamente o 7812 na referência, a saída de tensão será de 12 - 0,6 = 11,4 V.

Como o normal nas baterias de carro é 13,6 V será interessante ter um meio de obtermos um pouco mais na saída.

Ligando um diodo polarizado no sentido direto na entrada de referência do 7812 somamos 0,6 V à saída; dois diodos 1,2 V e assim por diante, conforme mostra a figura 1.

Produzindo um aumento da tensão de saída com diodos.

Podemos então acrescentar alguns diodos em série com este integrado somando tensão suficiente à saída para chegar aos 13,8 V, ou mesmo um pouco mais.

Para obter 5 A de cada 2N3055 temos de levar em conta seu ganho. Os 2N3055 têm um ganho mínimo de 20 vezes, o que quer dizer que para obter 5 A precisamos de 250 mA.

Isso significa que 4 deles já precisam de 1 A (que o 7812 fornece) para dar a corrente desejada, mostrando na prática que será conveniente que o leitor teste seus 2N3055 e escolha unidades que tenham ganho maior que 25 para poder ter 5 A de cada um. Se, por um azar seus 2N3055 estiverem todos com o ganho mínimo, a corrente máxima de sua fonte será de 20 A, mesmo que o transformador seja dimensionado para fornecer mais corrente.

Lembramos que os 2N3055 tem um ganho máximo de 80 vezes. Se todos tiverem ganhos altos neste projeto, o 7812 precisará fornecer menos corrente aquecendo menos e até exigindo um dissipador de calor menor.

Para garantir que todos os 2N3055 sejam percorridos pela mesma corrente, havendo assim uma distribuição do calor gerado, os resistores de emissor são importantes.

Estes resistores de 0,25 Ω x 1 W não são muito fáceis de encontrar, mas existe uma alternativa: ligar 4 resistores de 1 Ω x 1 W de fio em paralelo, de acordo com a figura 2.

Improvisando um resistor de o,25 Ω x 1W.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo da fonte de alimentação.

Diagrama da fonte de alimentação.

A disposição dos componentes usando uma placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

Sugestão de placa

As ligações da placa aos coletores dos transistores devem ser feitas com fio 14 e da mesma forma na saída do circuito.

Os transistores e o circuito integrado devem ser montados em bons radiadores de calor. Pasta térmica deve ser aplicada entre os transistores e os dissipadores para garantir a máxima transferência de calor. Recomendamos o uso dos transistores 2N3055 de invólucros pesados (não de alumínio), que têm melhor qualidade.

Outra recomendação importante é montar os radiadores de calor dos transistores do lado externo da caixa, conforme sugere a figura 5.

Dissipadoes na parte traseira da caixa.

Evidentemente, esta caixa deve ter dimensões compatíveis com o tamanho dos componentes usados. O que mais influi nesta escolha é justamente o transformador.

Na entrada temos um filtro que elimina os transientes que possam afetar o funcionamento de equipamentos de áudio ou rádio.

Temos também uma lâmpada neón opcional para indicar que o aparelho está ligado.

O fusível de 6 A na entrada é importante.

Lembramos que para uma fonte de 25 A x 12 V, o que corresponde a uma potência de 300 W, na rede de 110 V isso exigirá uma corrente de entrada pouco maior do que 3 A. Assim, um fusível de 6 a 8 A consiste numa proteção satisfatória para o aparelho.

Uma opção para o caso de não se encontrar a chave seletora de tensões é fazer a programação por jumpers na própria placa de circuito impresso.

Basta então fixar a tensão de saída desejada pela posição dos jumpers.

O tipo de conexão usado na saída depende do aparelho que vai ser alimentado.

Os diodos de referência do 7812 são de uso geral, podendo ser empregados os 1N4148, 1N4002 ou equivalentes. O resistor junto a este componente não é crítico, podendo assumir valores entre 220 Ω e 470 Ω.

PROVA E USO

Para testar a fonte ligue na sua saída uma lâmpada de farol de automóvel para servir de carga e um multímetro.

Meça a tensão de saída depois de ligar o aparelho sem a lâmpada como carga, e depois com a lâmpada.

Ajuste a chave ou jumpers para obter a tensão desejada. Observe por algum tempo se algum dos transistores de potência aquece demais. Se isso ocorrer, veja se ele está montado corretamente em seu dissipador de calor.

Comprovado o funcionamento, é só usar a fonte respeitando suas limitações e observando a polaridade da ligação da carga.

Se precisar de mais corrente do que 25 A você pode acrescentar um ou dois 2N3055 a este circuito, mas deve escolher unidades que tenham ganho alto, de pelo menos 50.

Com isso você garante que a corrente de 1 A da saída do 7812 pode fazer a excitação de todos dos transistores de modo que cada um forneça uma corrente de 5 A.