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Carga eletrônica (ART2885)

No desenvolvimento de projetos que controlam cargas de potências elevadas como elementos de aquecimento, motores, solenóides, lâmpadas incandescentes, etc, é interessante ter um circuito que simule a carga para se testar o seu desempenho. O que propomos nesse artigo é justamente isso: uma carga que pode absorver uma corrente elevada que depende apenas do transistor escolhido. Essa carga pode chegar a vários ampères para MOSFETs de potência comuns.

No projeto de fontes de alimentação, controles de cargas de potência como motores, solenoides, elementos de aquecimento é interessante ter um dispositivo que simule a carga alimentada, mas que possa ter a corrente drenada ajustada numa ampla faixa de valores.

Ligando esse dispositivo na saída e ajustando a corrente drenada podemos verificar o desempenho do circuito testado, se ocorrem quedas de tensão, instabilidades ou outros problemas que possam comprometer seu desempenho.

É comum o uso de resistores de potência nesses casos, um banco com resistores de alta dissipação e com valores que possam ser selecionados para resultar na corrente desejada, conforme mostra a figura 1.

 

 


 

 

 

O uso do banco de resistores tem diversas desvantagens. Uma delas é que precisamos ter um resistor para cada valor de corrente que desejamos simular, e esse valor também depende da tensão que o circuito testado aplica.

O segundo é a potência dissipada que exige que os resistores sejam de fio, de grandes dissipações, o que nos leva à componentes caros, nem sempre muito fáceis de encontrar. Na figura 2 mostramos um resistor desse tipo.

 


 

 

 

Uma solução muito melhor e mais “profissional” consiste em se montar uma carga eletrônica eu tenha um resistor “virtual” cuja resistência possa ser ajustada por meios eletrônicos para drenar a potência de teste que o projeto exige.

A ideia é justamente explorada nesse artigo com a utilização de um MOSFET de potência que funciona como resistor variável para a carga testada.

MOSFETs com correntes até 10 A e capazes de operar com tensões numa faixa típica de 1,5 V a 50 V são comuns, podendo ser encontrados com facilidade a um custo bastante acessível.

A vantagem está no fato de termos um único componente para uma grande faixa de resistências de carga simuladas, montado num dissipador único e utilizado com facilidade.

O circuito que apresentamos, mostrado na figura 3, utiliza um amplificador operacional do tipo CA3140 (FET) alimentando um MOSFET de potência que pode ser, por exemplo, o IRF540 ou equivalente, que deve ser montado em dissipador de calor.

 


 

 

 

Um resistor sensor de carga, o único resistor de potência do circuito, sensoria a corrente na carga enviando uma tensão de referência para o amplificador operacional, aplicada ao pino 2.

A corrente que deve ser aplicada depende então dessa referência, sendo então ajustada num potenciômetro de forma bastante precisa.

O circuito conta com duas escalas de corrente que são selecionadas através de uma chave. Na primeira posição temos uma tensão de utilização maior, possibilitando assim a obtenção de correntes maiores, na faixa de 0 a 10 A, por exemplo.

Na segunda, temos uma tensão de aplicação menor, obtendo-se assim uma faixa de baixa correntes, entre 0 e 1 A com os valores indicados.

O ajuste dessas faixas pode ser feito com a utilização de um amperímetro ou ainda de um voltímetro (que é mais seguro) ligado em paralelo com o resistor R7 de potência. Nesse caso, lembramos que cada 100 mV medidos, correspondem a 1 A.

O setor do amplificador operacional e referência de tensão deve ser alimentado por fonte separada de 9 V, havendo um diodo zener de 1,2 a 1,6 V para se obter uma precisão maior no ajuste da carga.

Na falta de um diodo zener de precisão para essa função podem ser usados dois diodos de silício comuns polarizados diretamente, conforme mostra a figura 4.

 


 

 

 

O circuito principal pode ser montado numa pequena placa de circuito impresso, como mostra a figura 5, e o MOSFET de potência, instalado num bom dissipador de calor.

 


 

 

 

O resistor de potência também deve ser instalado fora dessa placa. Na dificuldade de se obter um resistor de 0,1 Ω com 25 W de dissipação, ligue em paralelo 10 resistores de 1 ohm x 2,5 ou 3 W de dissipação, conforme mostra a figura 6.

 


 

 

 

Lembre que, drenando correntes elevadas, tanto o MOSFET de potência como resistor se aquecem bastante, devendo preferivelmente esses componentes ser montados fora da caixa.

Se usar equivalente para o MOSFET verifique com cuidado a tensão máxima e corrente máxima de operação desse componente.

Lembre-se também que essa carga é indicada apenas para circuitos de corrente contínua.

 

CI-1 – CA3140 – amplificador operacional

Q1 – IRF540 ou equivalente – MOSFET de potência

Z1 – 1,2 V – diodo zener – ver texto

R1 – 33 k Ω x 1/8 W – resistor

R2 – 4,7 k Ω x 1/8 W – resistor

R3 – 220 k Ω x 1/8 W – resistor

R4, R5 e R6 – 1,2 k Ω x 1/8 W – resistor

R7 – 0,1 Ω x 25 W – resistor de fio – ver texto

P1 – 4,7 k Ω – trimpot

P2 – 220 k Ω - trimpot

P3 – 47 k Ω – potenciômetro linear

 

Diversos:

Placa de circuito impresso, radiador de calor para o MOSFET de potência, conector de bateria e bateria, fios, solda, etc.

 

Artigo publicado originalmente em 2007

 

 

 

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