Existem aplicações em que se deseja manter constante a corrente circulante por uma carga mesmo quando a tensão de entrada varia ou a resistência da carga muda. Para esta finalidade existem circuitos denominados "fontes de corrente" ou "fontes de corrente constante" que são de grande utilidade. Com aplicações em automação industrial, robótica, eletrônica embarcada, mecatrônica e muitos outros campos da eletrônica estes circuitos merecem um destaque. Neste artigo falamos de algumas configurações que podem ser úteis aos projetistas.
As baterias e fontes de alimentação comuns são fontes de tensão no sentido de que mantém constante a tensão aplicada numa carga,
No entanto, para fornecer energia a um circuito de carga esta não é a única solução possível.
Existem casos em que manter a corrente constante numa carga é muito mais importante do que manter a tensão. Isso pode ser visto, por exemplo, no caso de um carregador de baterias, em que à medida que ele se carrega a tensão em seus terminais sobe e com isso a corrente de carga tende a diminuir, conforme mostra a figura 1.
Importante neste tipo de carregador é manter constante a carga de modo a se ter a bateria carregada no final do prazo esperado.
Outra aplicação é em elementos resistivos de pequenas estufas ou aquários em que a resistência do elemento depende da temperatura. Assim, dependendo de sua temperatura que é influenciada pela temperatura ambiente podemos ter diversas potências de dissipação, já que a corrente vai variar.
Existem diversas configurações relativamente simples que podem manter constante a corrente num circuito.
A seguir veremos como elas funcionam e como podem ser calculadas para uma aplicação específica.
OS CIRCUITOS
A configuração mais simples para uma fonte de corrente constante é a mostrada na figura 2 em que simplesmente agregamos um resistor em série com valor suficientemente grande para que variações da resistência de carga não influam de modo sensível na corrente do circuito.
Esta solução é adotada em muitos carregadores econômicos de baterias em que temos simplesmente um resistor onde aparece uma tensão da ordem de 5 a 10 vezes a tensão da carga de modo que ela não influa na corrente.
A tensão de entrada, neste caso, deve ser bem maior que a tensão aplicada a carga.
No entanto, este tipo de configuração tem a grande desvantagem de apresentar perdas de energia elevadas no resistor, não se aplicando portanto a circuitos de alta corrente.
Este é o caso típico dos carregadores de bateria de carro que encontramos à venda em algumas casas especializadas e que consistem simplesmente num diodo retificador e uma lâmpada que faz às vezes do resistor em série, conforme mostra a figura 3.
A lâmpada acende com um brilho elevado durante a carga da bateria mostrando que a maior parte de energia do sistema é convertida em luz e calor.
Uma configuração mais avançada de fonte de corrente constante pode ser elaborada em torno de transistores bipolares e diodos zener, conforme mostra a figura 4.
Nesta configuração o diodo zener em série com um resistor polariza um transistor de modo a levá-lo a condução. A corrente pela carga é determinada pelo resistor em série com o transistor. Pode-se usar um resistor ajustável ou potenciômetro para isso, desde que seja de fio, capaz de suportar a corrente desejada na saída.
Uma vez ajustada, o transistor passa a atuar como elemento estabilizador de corrente. As variações da resistência da carga ou da tensão de entrada passam então a ser compensadas pela maior ou menor condução do transistor.
Transistores como o TIP32 ou BD136 podem ser usados neste circuito para correntes até uns 500 mA com os valores de zener e resistor indicados.
Para maiores correntes podem ser usados transistores Darlingtons e diodos zener de maior potência com uma redução correspondente do resistor de 1 kΩ da polarização de base do transistor.
No entanto, para maiores correntes existe a solução do circuito integrado.
Existem muitos reguladores de tensão integrados que podem ser facilmente ligados para funcionarem como reguladores de corrente.
Nosso primeiro exemplo está nos circuitos integrados da série 78XX que podem funcionar como reguladores de corrente de até 1 ampère. A ligação destes integrados nesta configuração é mostrada na figura 5.
O resistor Rx é calculado em função da corrente desejada na carga e da tensão do circuito integrado regulador pela fórmula:
Rx = Vxx/I
Onde: Rx é o valor do resistor em série em Ω
Vxx é a tensão do circuito integrado regulador. Por exemplo 5 V para o 7805 e 6 V para o 7806.
I é a corrente constante que se deseja manter no circuito de carga.
A dissipação deste resistor é importante já que ele trabalha com correntes elevadas.
Esta dissipação é calculada pela fórmula:
P = Rx x I2
Onde: P é a potência dissipada em watts
R é a resistência em Ω
I é a corrente através do resistor em ampères
Normalmente são usados resistores de fio de pequenos valores, mas podem ser usadas associações de resistores de 1 ohm comuns. Por exemplo, para 0,25 Ω podem ser usados 4 resistores de 1 ohm em paralelo.
Evidentemente, nesta aplicação o circuito integrado deve ser montado num radiador de calor.
Um outro circuito integrado regulador de tensão que pode trabalhar com correntes de até 3 A é o Lm350T que é encontrado em invólucro TO-220 conforme mostra a figura 6.
Este circuito integrado consiste num regulador de tensão variável que tem um diodo zener de 1,25 V interno.
Desta forma, numa aplicação como a mostrada na figura 6, o resistor Rx é calculado pela seguinte fórmula:
Rx = 1,25/I
Onde: Rx é o valor do resistor em série em Ω
I é a corrente que se deseja manter constante na carga em ampères.
A dissipação do resistor é calculada como no exemplo anterior usando os integrados da série 78XX.
Para se obter um ajuste da corrente pode-se agregar um resistor variável em série (um potenciômetro de fio de 1 a 5 Ω, por exemplo) conforme mostrado na figura 7.
Este potenciômetro deve ter dissipação compatível com a corrente ajustada.
Para correntes maiores, podemos usar o LM338 que é fornecido em invólucro metálico TO-2 e que pode controlar correntes de até 5 A. O circuito é o mostrado na figura 8.
O diodo zener interno deste circuito integrado também é de 1,2 V e por isso os cálculos do resistor podem ser feitos utilizando-se a mesma fórmula usada para o LM350T trocando-se 1,25 por 1,2.
Evidentemente, nas correntes limites o circuito integrado regulador deve ser montado em excelente dissipador de calor.
Também pode ser adotada a solução de se usar um resistor variável em série para se ter um ajuste da corrente.
CONCLUSÃO
Outras opções para este tipo de regulador de corrente incluem o uso de transistores "booster" como o 2N3055 para se controlar correntes maiores.
No entanto, nas aplicações práticas, o limite de 5 A parece razoável para a maioria das aplicações.
Mais informações sobre este tipo de circuito podem ser obtidas no site da National (www.national.com) nos applications notes dos próprios circuitos integrados usados.
