Superfonte 12 V x 20 A (ART359)

Equipamentos de uso móvel, alimentados por baterias de carro ou mesmo veículos mais pesados, podem ter consumos altos o bastante para dificultar sua alimentação por fontes comuns. Para usar tais equipamentos com alimentação a partir da rede de energia podem ser necessárias fontes potentes cujo projeto nem sempre é fácil de obter. Neste artigo damos o projeto de uma fonte de 20A o que, com uma alimentação de 12V, significa uma potência da ordem de 240 watts.

Muitos leitores possuem equipamentos de som superpotentes em seus carros, o que dificulta o seu uso com fontes de alimentação quando em casa. Da mesma forma, muitos transceptores para a faixa de VHF e outras podem ter potências suficientemente elevadas para exigir correntes acima de 10 A, o que também significa a necessidade de fontes especiais quando alimentados a partir da rede de energia.

Neste artigo damos o projeto de uma potente fonte para aparelhos de 12V a 14V, que normalmente sejam usados com baterias de carro ou veículos mais pesados.

Esta fonte possibilita ao técnico trabalhar com tais equipamentos em sua bancada e ao usuário, operar o equipamento em casa ou em outro local a partir da rede de energia.

Evidentemente, como correntes elevadas estão presentes em alguns pontos do circuito será preciso tomar cuidado com a fiação, utilizando-se fios de espessura apropriada nos casos em que eles sejam exigidos.

Por outro lado, o uso do transformador na entrada torna a fonte totalmente segura, sem qualquer perigo de choques em caso de contactos nos equipamentos alimentados.

Lembramos que, como tais equipamentos se destinam ao uso em veículos onde o chassi é ao mesmo tempo terra, suas carcaças ou caixas fazem parte do circuito.

COMO FUNCIONA

A redução da tensão da rede de energia e isolamento é feito por meio de um transformador. dada a corrente exigida neste transformador, seu tamanho é razoável, consistindo na principal peça de nossa fonte.

A retificação é feita por quatro diodos ou uma ponte que tenha capacidade de pelo menos 15 ampères. Eventualmente podem ser usados apenas dois diodos se o transformador for dotado de tomada central.

Também é possível usar um transformador com menor corrente, caso em que as características da fonte ficarão então reduzidas à capacidade deste componente. Neste caso também é possível diminuir o número de transistores de potência de forma proporcional.

Por exemplo, se o transformador que o leitor conseguir for de 15 ampères, podem ser usados apenas três transistores. Evidentemente, a capacidade máxima da fonte passará também a 15 ampères, mantendo-se os 12V.

A referência de tensão é dada por um circuito integrado 7812 que pode fornecer em sua saída 1A. Essa corrente vai controlar os quatro transistores de potência que fazem o "serviço pesado" controlando a corrente principal.

Como cada transistor apresenta uma queda de tensão entre o emissor e a base de 0,6 volts aproximadamente, se o circuito integrado 7812 fosse ligado diretamente a eles, a tensão de saída ficaria reduzida a aproximadamente 11,4 volts, o que não é interessante.

Uma maneira de se obter uma tensão maior no circuito integrado e compensar estas perdas, elevando a tensão na saída para uns 13 Volts (que é a tensão normal de uma bateria de carro carregada), o que fazemos é ligar o terminal de controle a uma bateria de diodos.

Cada diodo mais o trimpot P1 somam aproximadamente 0,6 volts à tensão de saída do integrado, conforme mostra a figura 1.

Mudando a saída de tensão do 7812.

Assim, pela posição de S1 e pelo ajuste de P1 podemos somar alguns volts a saída do circuito obtendo-se assim algo entre 12 e 14 volts ou mesmo um pouco mais.

Para que a corrente total da fonte seja dividida de forma igual entre os transistores precisamos ter meios de compensar suas diferenças de características.

Isso é feito com a ligação de resistores de 0,22 ? nos emissores dos transistores de potência. Com eles, a divisão dos 20A de forma que a corrente em cada transistor fique o mais próximo possível de 5 ampères é conseguida.

Veja que os transistores 2N3055, na verdade podem operar com uma corrente máxima maior. No entanto, a corrente máxima do 2N3055 é especificada para uma tensão coletor/emissor menor do que a aparece no circuito (e na maioria das aplicações). Assim, o projetista deve estar atento para os limites SOAR que mostram que a corrente máxima com que um transistor trabalha varia com a tensão de coletor.

Finalmente, para uma proteção final da fonte temos um fusível na saída que queimará se ocorrer algum problema de curto no aparelho alimentado.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo da fonte de alimentação.

Diagrama completo da superfonte.

A disposição real dos componentes é mostrada na figura 3.

Placa de circuito impresso da superfonte.

Obs: sugerimos utilizar fios ou trilhas mais largas do que neste desenho para os percursos de correntes mais intensas.

Observe que os transistores de potência devem ser montados em excelentes radiadores de calor. A caixa para a montagem pode ser projetada de tal forma que estes transistores com os seus radiadores fiquem do lado de fora. Em funcionamento, deve-se posicionar a caixa de modo a facilitar a ventilação desses componentes.

Com uma corrente tão elevada na saída os transistores aquecem bastante e esse calor precisa ser dissipado.

O circuito integrado regulador de tensão também aquece quando em funcionamento, precisando de um radiador de calor. No entanto, o radiador de calor deste componente pode ser bem menos.

O valor do conjunto de capacitores eletrolíticos usados na filtragem depende da intensidade da corrente. Nos projetos é comum que, para fontes de 12 Volts sejam usados 1 000 µF por cada ampère. Assim, com 20 ampères de saída precisamos de pelo menos 20 000 µF para uma boa filtragem que não introduza roncos nos equipamentos de áudio. Isso pode ser obtido com dois capacitores de 10 000 µF ligados em paralelo, mas na dificuldade de sua obtenção podem ser ligados quatro capacitores de 4 700 µF em paralelo ou mesmo cinco deles.
Os resistores de R2 a R5 são de fio com pelo menos 5 watts de dissipação. Neste caso também, em caso de dificuldade de obtenção podem ser ligados dois resistores de 0,47 ? em paralelo.

A chave seletora de tensões pode ser rotativa ou mesmo de teclas e não precisa ter capacidade elevada de corrente, pois neste ponto do circuito a intensidade é muito pequena.

Para as saídas podem ser usados bornes capazes de suportar a corrente da fonte.

PROVA E USO

Para provar a fonte ligue em sua saída uma carga de boa corrente, com pelos menos 3 ou 4 ampères (um farol de carro, por exemplo) e um multímetro na escala de tensões.

Ajuste a chave S1 para verificar a sua atuação no sentido de selecionar as tensões de saída.

Anote os valores obtidos ou ajuste-os por meio de P1 conforme o desejado para as cargas alimentadas.

Comprovado o funcionamento, basta usar a fonte. Tome cuidado com as conexões que devem ser bem isoladas. Esta fonte tem como única proteção os fusíveis.

Mantenha alguns fusíveis disponíveis. Se os fusíveis tenderem a se queimar com muita frequência, ou ainda notar muito aquecimento dos transistores com queda de tensão na saída, verifique se o equipamento alimentado realmente exige menos de 20 ampères.