Novos circuitos integrados permitem construir fontes chaveadas bastante simples e eficientes. Neste artigo é focalizado um circuito integrado de 5 terminais, o LM2575 - 5.0 da National.
O LM2575 - 5.0 da National é membro de uma família de circuitos integrados monolíticos especificados para fornecer tensões fixas de saída de 5, 12 e 15 V bem como um tipo para tensões ajustáveis entre 1,3 a 31 V, através do sistema de fonte chaveada, na modalidade "step down", onde uma tensão maior de entrada é convertida em uma tensão menor à saída.
CARACTERÍSTICAS:
invólucro de 5 terminais TO-220(T) (fig.1)
Saída de 5 V +/- 3% Max. sob todasas condições de linha e carga
Corrente de saída garantida de 1 A
Ampla gama de tensões de entrada, 7 V a 35 V
Requer somente quatro componentes externos
Oscilador interno de freqüência fixa de 52 kHz
Baixo consumo em repouso IQ tipicamente < 200 µA
Eficiência de 82%
Proteção do limite de corrente e disparo térmico
Dissipação de potência internamente limitada
Tensão de referência de 1,24 V
Chaveamento de1 A
Máxima temperatura de junção: 150°C
Faixas de temperatura de operação: -40° C 150° C_
Resistência térmica junção/ambiente: 40°C
As principais aplicações são:
Simples regulador 'step-down' de alta eficiência
Eficiente pré-regulador para reguladores lineares
Reguladores chaveados com montagem 'on-card'
Como aplicação principal citamos a alta eficiência na substituição dos populares reguladores lineares de três terminais, onde ele reduz substancialmente o tamanho do radiador de calor e mesmo, em muitos casos tal radiador não é necessário.
Na figura 2 está representado o dia grama para a montagem da fonte chaveada para saída de 5 V.
A montagem deverá ser feita em placas de circuito impresso e o layout dos componentes e a distribuição das trilhas são fatores muito importantes, visto que correntes chaveadas rapidamente associadas com as indutâncias da fiação geram transientes de tensão que causam problemas.
Para minimizar perdas por indutância e elos de aterramento o comprimento dos terminais e trilhas devem ser mantidos o mais curto possível.
Ponto de aterramento único ou construção do plano de aterramento devem ser usados para obtenção de melhores resultados. Tais detalhes podem ter vistos na figura 3.
A placa de circuito impresso, em tamanho natural, está representada na figura 4.
Na figura 5 pode ser visto o diagrama em blocos do C1 e uma aplicação típica.
Seleção do indutor L1
Conforme a faixa da tensão de entrada e a máxima corrente de carga, varia o valor do indutor L1.
O procedimento para determina-Ia é visto a seguir.
Dados:
VENT (max) = máxima tensão de entrada
ILoad (max) = Máxima corrente de carga
a) Pela figura 6 identifique o código dos indutores para a região indicada por VENT (max) e ILoad (max)
b) O código já conhece o valor de indutância.
c) O indutor deve permitir a circulação de uma corrente igual a 1 ,25 x ILoad (max) e estar apto a operar com a freqüência de chaveamento do LM2575 (tipicamente 52 kHz).
Exemplo
Dados:
VENT (max) = 18 V
lLoad (max) = 0,8 A
seleção de indutor = L1
a) código = L330
b) valor = 330 µH
c) Escolhido o indutor modelo PE-5267 do fabricante Pulse Engineering, obtido numa folha de dados do fabricante. Qualquer indutor que corresponda às especificações pode ser utilizado.
Seleção do Capacitor C1
Para manter a estabilidade o pino de entrada do regulador deve estar desacoplado por um capacitor eletrolítico de pelo menos 22 µF, com os terminais mantidos curtos e localizado o mais próximo possível do regulador.
No nosso caso foi escolhido um capacitor de 100 utF x 35 V do tipo eletrolítico.
Seleção do Capacitor C2
O valor e o tipo do capacitor C2, localizado na saída do regulador, determinarão a quantidade de tensão de ripple' que aparece na saída do sistema.
Um valor entre 220 µF e 100 µF é recomendado. Os valores menores do capacitor deixam o "ripple" em torno de 50 mV a 150 mV.
A seleção de uma menor resistência equivalente a série do capacitor resultará em menor quantidade de ripple da ordem de 10 mV a 20 mV, tais capacitores são conhecidos por "alta freqüência", "baixa indutância" ou "baixa resistência equivalente série", porém a redução excessiva desta resistência poderá causar instabilidade, logo os capacitores de tântalo não são recomendados
A tensão de trabalho do capacitor deve ser pelo menos 1,25 vezes maior que a tensão de saída.
No nosso caso selecionamos um capacitor de 220 µF x 16 V do tipo eletrolítico.
Seleção do "Diodo" de Captura D1
Esse "diodo de captura" provê uma via de retorno para a corrente de carga quando a chave do LM2575 está OFF".
a) A classe da corrente desse diodo deve ser de 1,2 vezes maior que máxima corrente de carga. Porém se o projeto da fonte for feito para resistir a continuas situações de sobre- carga ou curto circuitos na saída, a classe de corrente do diodo deve ser igual ou maior a 3 A.
b) A classe de tensão reversa do diodo deve ser pelo menos 1,25 vezes a tensão máxima de entrada.
c) Por causa de sua rápida velocidade de chaveamento e baixa queda de tensão direta, os diodos "Schottky" proporcionam a melhor eficiência, principalmente nos reguladores chaveados de 5 V. Diodos tipos "Soft Fast Recovery” também proporcionam resultados satisfatórios mas não devem ser utilizados se a tensão de entrada for igual ou maior que 35 V.
Diodos comuns para 60 Hz (exemplo 1N4001) não podem ser utilizados.
Na tabela apresentada estão relacionados alguns diodos que podem ser utilizados. Neste projeto foi selecionado o diodo 1N5822.
Função repouso (entrada ON/OFF)
Para operação normal, o pino ON/OFF deve ser aterrado ou levado a uma tensão de nível TTL baixo. Para por o regulador no modo repouso, (tensão de saída 0 V), esse pino deve ser levado a uma tensão de nível 'lTL alto.
Nessas condições o LM2575 consome uma corrente máxima de 200 µA.
CONCLUSÃO
Uma vez montado o circuito, basta ligá-lo em conjunto com uma fonte de tensão contínua não regulada, de valor entre 7 V e 32 V capaz de fornecer uma corrente da ordem de 1,5 A, constituída de um transformador, diodos retificadores comuns e capacitor eletrolítico e a seguir obter em sua saída os 5 V com uma corrente máxima de 1,0 A.
CI-1 - LM2575 - 5.0 - circuito inte- grado
D1- 1N5822 ou 31DO4 – diodo Schottky (ver texto)
L1 - Indutor de 330 µH x 1 A (ver texto)
C1 - 100 µF x 35 V - capacitor eletrolítico
C2 - 220 µF x 16 V- capacitor eletrolítico
Diversos - placa de circuito impresso, fios, solda, caixa para montagem, etc.
