Monte uma super fonte de bancada para testes e projetos de 1,2V a 20V até 5A

Devido ao grande sucesso do projeto da minha nova fonte de bancada e também pelo número expressivo de acessos naquele post, achei que já era hora de disponibilizar um novo projeto aqui no site. Para quem não sabe, este site é alimentado com minhas experiências diárias, meus projetos de uso próprio ou encomendados e nunca foi um site de referência para esquemas e projetos públicos. Se você buscar no site inteiro, encontrará poucos artigos técnicos que disponibilizam esquemas elétricos de circuitos - se não me falha a memória, o último grande projeto foi o pisca alerta para moto, que ainda tem milhares de acessos até hoje.

Por quê?

Para iniciantes ou veteranos, projetistas ou hobbistas, uma fonte de bancada digna é mandatório. Sempre montei as minhas fontes de laboratório, nunca comprei nenhuma e isso se tornou quase que uma filosofia diyPowered: construa seu próprio equipamento. Pena que a documentação dos meus projetos nunca foi tão religiosa quanto agora, tanto que só tenho registro de duas ou três das várias fontes de bancada que montei aqui no site.

A ideia é manter este projeto em aberto para que qualquer pessoa possa montar a sua fonte também. É um esquema simples, com componentes facilmente encontrados no mercado nacional, sem ajustes nutella e com uma qualidade altíssima. É para montar projetos, para testar equipamentos, para uso diário na batalha sem se entregar.

Princípios

A ideia aqui é ter força, qualidade e simplicidade. Utilizando como coração do projeto um dos mais queridos reguladores de tensão, o LM317T, a fonte é capaz de entregar toda a corrente disponível no transformador graças ao booster auxiliar provido pelo par de transistores Darlington TIP127. Um dos meus favoritos. O projeto utiliza um transformador de 16V+16V x 5A mas você pode utilizar outros transformadores com faixas diferentes de corrente e tensão, ou ainda utilizar enrolamento simples, sem TAP central. O circuito é versátil e várias configurações são possíveis alterando-se o transformador.

A etapa retificadora está superdimensionada e é recomendável mantê-la assim para evitar gargalos e aquecimentos desnecessários. Qualidade, lembra? Se você for utilizar um transformador com maior corrente, eles deverão ser alterados para entregar a corrente desejada com alguma folga. Os capacitores de 4700uF e 2200uF devem ser alterados caso a corrente máxima seja maior que 5A para manter a qualidade. Até 10A recomendo adicionar mais um capacitor de 4700uF antes dos resistores de 0,22R e substituir o capacitor de 2200uF por um de 4700uF. Lembrando que as tensões de trabalho devem ser respeitadas com um limite bem distante da máxima fornecida pelo transformador. 

O LED 1 utilizado como piloto (indica que a fonte está ligada) e o LED 2 ground/lift são de 5mm vermelhos, por isso foram utilizados resistores limitadores de 4,7k. Se você for utilizar LEDs de outras cores ou formatos, recalcule estes resistores de forma a evitar aquecimento neles e também para que os LEDs trabalhem somente com a corrente necessária para serem iluminados, preferencialmente a menor corrente possível.
 
Ao alterar a faixa de tensão da fonte substituindo o transformador original do esquema, não ultrapassar 40V na entrada do LM317T, que é seu limite de operação - como margem de segurança,  não ultrapassar os 33V.

Etapa de potência

Consiga um excelente dissipador de calor, sério. Os Darlingtons geram bastante calor em aplicações como essa e quanto mais frio eles puderem trabalhar, melhor. O LM317T - que também aquece bastante - deve ser montado no mesmo dissipador dos transistores, isolados entre si de preferência com mica, montado entre os transistores, ficando fixado no meio do dissipador com os dois transistores nas suas laterais. Dessa forma, o integrado consegue gerenciar a temperatura de trabalho do conjunto de forma muito eficaz, protegendo a fonte em um possível sobreaquecimento. O torque dos componentes no dissipador deve ser controlado, nem muito e nem pouco, para que toda a superfície dos componentes esteja em contato com o dissipador, aumentando a eficiência da transferência de calor. Pasta térmica é fundamental em ambos os lados dos isoladores. Os diodos 1N4007 não devem ser esquecidos, eles protegem o integrado regulador LM317T.

Quando for montar a fonte no método ponto a ponto (P2P) opte por encurtar ao máximo a distância entre os componentes, aumentando a eficiência do conjunto, e utilize fiação de bitola compatível com a corrente máxima. Em casos de placa de circuito impresso, é extremamente importante traçar largas trilhas para os pontos de alta corrente e também mantendo a distância segura entre elas e as trilhas menores. 
 
Duplo TIP

É sabido que o TIP127 fornece 5A de corrente máxima. Daí você deve estar se perguntando o porquê de ser utilizado em par nessa fonte. Simples: qualidade. Podemos dividir a carga máxima para dois transistores ao invés de utilizar a capacidade máxima do componente, aumentando a vida útil e reduzindo a geração de calor no componente. Para 5A de corrente máxima, cada um trabalharia metade da carga tornando o conjunto de saída seguro. Para cargas maiores que 5A, utilize um transformador de maior corrente e aumente o número de TIP127 na saída de acordo com a corrente máxima do transformador, mantendo uma margem de segurança de pelo menos 2A.

O ajuste da tensão de saída é feito pelo potenciômetro linear de 5k. Não utilize valores maiores, a precisão no ajuste ficará prejudicada. Os valores possíveis ficam entre 1,2V e 20V com o transformador original do esquema. 

Ground/lift

Fontes de qualidade geralmente trazem essa função. Serve para isolar o ground (o comum interno, negativo, GND) do terra (o terra físico, chassis, externo) com uma simples chave, o que é muito útil em várias ocasiões. O LED 2 é iluminado quando o terra externo se une ao ground interno e se apaga quando são desconectados.

O terra (chassis) está conectado o tempo todo unindo o gabinete metálico ao terra externo mas não está conectado ao ground da fonte (negativo, GND) enquanto a chave estiver desligada.

Considerações finais

Este esquema é quase o mesmo da minha atual fonte de bancada, a AT5. Portando, é um circuito maduro e testado. Melhor que isso, é um circuito em uso. Tudo funciona perfeitamente, sem qualquer problema. Algumas atualizações poderão ser feitas com o passar do tempo, e serão publicadas aqui para que todos possam ter acesso ao material. 

Sempre me perguntam qual o software que eu utilizo para gerar esses esquemas e é ExpressPCB na versão Classic. Não é o mais completo e alguns componentes eu preciso improvisar porque ele não traz na lista, mas até hoje foi o único que consegui trabalhar de forma intuitiva. E é gratuito.
 

 
** 20/01/2021

Fiz com muito cuidado e tempo um layout para confecção de placa de circuito impresso pra essa super fonte. Lembrando que precisa espelhar o layout pra poder imprimir, ele está em modo de visualização nos PDFs. Lembrando que essa PCI é para a versão 1.0 da fonte, a primeira versão que está no esquema elétrico ali em cima.
 
Baixe aqui os arquivos em PDF. Pads na placa marcados como A, B, C e D são jumpers.


** 21/01/2021

Para agradar a gregos e troianos, aqui vai o link do PDF contendo o layout já espelhado. Basta imprimir em tamanho real e pronto. Boa montagem!

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