Fonte de bancada variável com LM 317 e TIP 36 1,2V a 16V x 5A com proteção

Session.

Desde a última vez que montei algum projeto, já até me mudei de cidade. Fazia tempo que não pegava algo pra fazer do início ao fim. Claro, alguns testes, circuitos pra validar e coisas assim eu até vinha fazendo, mas projeto mesmo, nenhum. Minha fonte de bancada conceito morreu um dia desses, não partia mais o Atmega. Como eu não tinha outro microcontrolador para queimar o programa e colocar no lugar, desativei todos os controles 'software' e liguei a potência dela direto. Funcionava normalmente, mas sem aquele monte de proteção que tinha via código. O que aconteceu? Deixei carregando uma bateria e deu aquecimento no dissipador, muito além do esperado. A potência se foi com um show de fumaça.

Como eu estava muito sem paciência pra desmontar e consertar ela - e bem no fundo, era mais uma fonte conceito do que qualquer outra coisa - acabei deixando de lado. Acabei não fazendo coisa alguma com ela e decidi partir pra uma nova fonte, à moda antiga, sem gadgets e bem raiz. É basicamente o mesmo esquema da anterior, na parte de potência, com poucas modificações, e com uma proteção contra curto-circuito e sobrecarga baseado em relé que corta totalmente o negativo da saída. Efetivo.

Não tem muito o que dizer sobre esse projeto: é só mais uma fonte de bancada. O dissipador é bruto, dos antigos processadores AMD, e segura facilmente o calorão gerado pelo TIP 36. O LM 317T conduz até certo ponto, sem se esforçar, e mesmo assim você deve fixá-lo no mesmo dissipador do transistor de potência para que ele possa monitorar a temperatura de trabalho do conjunto e possa habilitar proteção térmica, caso necessário.

Eu recomendo que você use um excelente dissipador de calor para não precisar de cooler. Vai por mim, o conjunto aquece muito a partir dos 3A. Também use pasta térmica sem miséria e aperte bem os parafusos com isoladores de mica, se possível.

Proteção contra curto e sobrecarga

É uma coisa bem simples: o relé de 24V trabalha com uma tensão de pouco mais de 10V por conta do resistor de 470R. Como a queda de tensão nos capacitores é grande quando há um curto ou uma sobrecarga, essa tensão de 10V cai mais ainda, desatracando o relé de forma natural, protegendo a fonte de danos e aquecimento desnecessário para suprimir o evento. Para rearmar a fonte, basta pressionar a chave SW2.

Ao ligar a fonte pela chave AC, sempre será necessário pressionar SW2 para armar o circuito pela primeira vez.

 

Esquema da fonte

Fiz um vídeo da fonte em funcionamento que inclui o teste de curto, imagens com a tampa aberta e outras informações sobre esse projeto:

Teste da proteção contra curto: https://youtube.com/shorts/1vpl1bLWPBQ

Por dentro da fonte: https://www.youtube.com/watch?v=YQxC8fJIrBc

Fonte ajustável com duplo LM317 (quando não tem transistor em bancada pra montar booster!)

Session.

Dia desses precisei de uma fonte com precisos 20V que fornecesse 2.6A de pico. Simples, não é? Basta pegar um LM317 e colocar um transistor PNP parrudo formando aquele booster de corrente esperto e famoso. Mas faltou esse PNP parrudo e eu realmente tinha pressa em resolver isso. Solução rápida e cara: usar dois LM317 em paralelo para formar um booster mais especial.

Não é a solução mais elegante e nem de longe, a mais barata. Mas quando a situação requer uma solução rápida é que se revelam grandes ideias. Funciona perfeitamente sem qualquer problema, consegui alimentar a placa para verificar um reparo com sucesso e, de quebra, ainda coloquei em prática essa gambiarra ideia que tenho há muito tempo - que alguém por aí já deve ter tido algum dia. A vantagem é que você tem todas as proteções do CI ativas sem nenhuma modificação direta no esquema, é literalmente dois LM317 trabalhando como se fossem um só.

Só um aviso: se não tiver um dissipador parrudo, você precisará de um cooler para forçar a ventilação. O conjunto aquece bastante a partir dos 1,7A e sabemos que circuitos integrados reguladores não gostam de trabalhar muito quentes. Gostei tanto dessa solução inusitada que talvez até aprimore esse circuito aí, vamos ver.

 

Clica que amplia

 

Novo projeto - super fonte de bancada inteligente (microcontrolada, digital e ainda sem nome)

Como mencionei lá na página 'produção', a fonte de bancada F5812ADJ está cansada e uma novíssima já se encontra em desenvolvimento. O projeto está a toda e já tenho praticamente todo o programa dela escrito e testado, restando pequenos ajustes que virão com a montagem final dela em gabinete. Por isso achei que já era hora de criar o post desse novo projeto para gravar os logs como antigamente, e também para me guiar no curso atual.

Ainda não tem nome, modelo ou coisa que o valha. Mas já temos algumas características a mencionar:

• Fonte de alto poder com filtros AC, grande reserva de potência e regulagem ativa controlada digitalmente via ATMEGA;
  
• Controle fino de seleção de tensão e amostragem em display LED dedicado;
• Proteção ativa e rápida contra curto-circuito, carga excessiva (overload) e alta temperatura que desliga a carga, gera alertas sonoros e visuais e em condição de alta temperatura de operação também aciona ventilação forçada (cooler) para resfriar rapidamente todo o sistema (o cooler não é utilizado durante operação normal, apenas em modo de proteção);
  
• Alertas sonoros e visuais para todos os eventos;
  
• Chaves de seleção de tensão com dupla função: chave para aumentar tensão, chave para diminuir tensão e quando pressionadas simultaneamente, resetam a saída da fonte para seu estado inicial (menor tensão ou zero);
  
• Modo de espera (stand by) que mantém sistema pronto para uso com baixíssimo consumo de segundo plano (permite corte da alimentação AC via chave traseira para longos períodos sem uso); somente stand by
  
• Cooler de alto rendimento para condições de alta temperatura permite ao sistema uma rápida recuperação do seu estado normal de operação (acionado somente em modo de proteção contra alta temperatura);
  
• Ground separado do terra da carcaça (selecionável);
  
• Operação em 127V ou 220V selecionável internamente; somente 220V
  
• Tamanho reduzido e gabinete com ventilação natural estendida;
  
• Dissipação de calor superdimensionada em todos os componentes críticos;
  
• Componentes superdimensionados (claro!);

Por enquanto são essas as características ** iniciais ** do projeto, podendo ser alteradas, subtraídas ou adicionadas funções e melhorias.

** 29/08/2020 ---------------------------------------------------------------

Algumas alterações no projeto:

• Corrente aberta (sem ajuste) com amostragem em display LED dedicado;
• Transformador dedicado para potência de 16V + 16V x 5A;
• Alimentação da parte lógica, sensores, proteção (relé, cooler etc.) dedicada;
• Etapa de potência superdimensionada (5x maior do que a corrente máxima da fonte);
• Reserva de potência de 18,800µF;
• Diodos da etapa retificadora dimensionados para 8A 12A; selecionados 6A2
• Display de operação (tensão e corrente) conjugado para montagem em painel;
• Gabinete metálico, totalmente blindado, com boa ventilação natural e terra isolável do GND da fonte (útil em algumas situações);
• Cabo de força padrão novo reforçado;
• Algumas melhorias no código, em destaque as proteções e tempos de atuação dos sensores;

** 06/09/2020 ---------------------------------------------------------------

Hoje foi dia de furar o gabinete e começar a alinhar os componentes maiores: os dois trafos (potência e acessórios/lógica) e o dissipador de calor principal, que é bem parrudo e dissipa todos os reguladores e transistores do projeto. Um único dissipador para tudo, sim. Dessa forma consigo monitorar a temperatura de trabalho com um único sensor, otimizando meu bloco de códigos e compactando mais ainda o projeto, que conta com um gabinete bastante apertado e dissipação passiva.

Com a folia dos Correios em greve, ainda não recebi alguns componentes do painel e não pude iniciar as furações e definições dele. Também instalei os circuitos retificadores - que na potência, conta com diodos 6A2 e uma super filtragem - e fixei os filtros de entrada AC e o relé do liga/desliga. Esse relé - acho que ainda não havia mencionado - é quem alimenta (AC) o trafo da potência, sendo o responsável por cortar a energia elétrica dele quando o sistema entra em stand by, tornando o consumo de espera extremamente baixo - só fica ativa a fonte de acessórios/lógica. Dessa forma, além de reduzir drasticamente o consumo de espera, também poupa todos os componentes ativos como o transformador, os diodos, o banco de capacitores etc.

Dentro dessa session, também cuidei de manter isolados o GND da carcaça (comum) e o terra que vem da tomada, como já mencionei anteriormente. O que ainda fiquei devendo é se essa comutação será via chave no painel ou na traseira da fonte, e qual tipo de chave será essa. E como não poderia ser diferente, quebrei mais uma broca.

Além do painel que não pude trabalhar por causa dos Correios, preciso de um cabo de força decente para a fonte.

** 14/09/2020 ---------------------------------------------------------------

Dia de passar cabeamento pelo gabinete, interconectar os circuitos e de testar a potência. Tudo correu como previsto no papel, potência testada assim como os reguladores e demais drivers acionadores. Aproveitei para fixar o cooler da proteção térmica, testar o seu acionamento e também já fixei a placa lógica ao gabinete. Com sorte eu recebo essa semana algumas coisas dos Correios para dar prosseguimento ao projeto. 

 

** 26/09/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Depois de muita espera, consegui resgatar as peças numa agência dos Correios... Já furei o painel frontal para encaixar o voltímetro/amperímetro e selecionei os dois LEDs frontais principais, indicadores das funções e status. São dois LEDs bicolores, um indicando status e o outro indicando se a fonte está ligada ou em stand by. Finalmente vou poder tocar o projeto novamente!

** 27/09/2020 ---------------------------------------------------------------

LEDs, display, botões power e de seleção de tensão afixados, fiação passada. Agora é interconectar a lógica ao conjunto e iniciar os testes práticos. 

 

** 29/09/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Cabeamento do painel frontal interconectado à placa lógica e de controle. Fiação extra para os componentes ativos passados e agora é a parte que vai ficando mais divertido: ligar tudo e otimizar o código.  

** 04/10/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Tudo interconectado e primeiro teste com carga executado com sucesso. Preciso rever o alinhamento dos componentes no dissipador, alguns estão com deficiência na dissipação de calor. Também configurei a porta serial que permite gravação de programa diretamente na fonte, sem retirar o ATMEGA, utilizando a placa Arduino Uno. Isso ajuda bastante a atualizar e otimizar o programa sem ter que ficar retirando e colocando de volta do ATMEGA.

 

Estou próximo de finalizar o projeto, faltando apenas alguns ajustes e correções.

** 12/10/2020 ---------------------------------------------------------------

Dia de ajustes. E de modificações na etapa de potência, que tinha uma queda de tensão grande quando  se aumentava a corrente. Problema resolvido. Já estou na etapa final, faltam poucos detalhes pra acertar como o disparo das proteções de overload e temperatura. No mais, a fonte me parece mais um projeto grandioso. 

 

** 15/10/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Desconfio que os diodos ou o trafo da potência estejam com alguma deficiência na entrega de corrente, porque depois dos testes do dia 12/10 a tensão passou a cair bastante novamente. Em suma, vou testar o circuito regulador com uma fonte externa para verificar se meu trafo/retificador está bom.  

** 16/10/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Como diriam no Hackaday, FAIL OF THE WEEK! Levantando meu esquema elétrico do circuito regulador - depois de rever meu trafo e retificadores de alta corrente - notei uma deficiência absurda na regulação quando em carga a partir dos 2A. Impensável para um trafo da Comando de 16V + 16V que entrega até 5.4A, comprado há uns 3 anos.

Solução: a simplicidade é sempre a melhor solução. Vou utilizar o bom e velho potenciômetro para fazer a regulagem da tensão e deixar de lado a seleção digital da tensão. Vai me poupar tempo - já que preciso muito que essa fonte seja concluída por conta de projetos parados na bancada - e estabelecer ainda mais confiabilidade ao projeto. No fim, foi até bom dar essa zebra aí: imagina ter na saída da fonte um circuito complexo de alta corrente alimentado com 5V; agora imagine uma falha na regulação digital que faça com que a potência abra toda a tensão disponível na saída. Imaginou? Pois é. Dificilmente isso vai acontecer se a regulação for feita pela boa e velha eletrônica.

Por fim, todas as demais funções atribuídas ao microcontrolador permanecerão (power, cooling, temp, overload etc.) ficando de fora somente essa função da regulação digital. Ontem fiz o teste de carga com o circuito da potência sendo regulado por potenciômetro e nenhuma queda de tensão relevante foi notada, tudo dentro do esperado - algo na ordem de 12.2V que caiu para 12.0V o que é mais do que normal para uma carga máxima de 5.4A. No mais, agora a coisa fica pronta!

** 18/10/2020 ---------------------------------------------------------------

Reta final! Finalmente afinei o circuito de potência e conseguir tirar corrente mais que suficiente para a grande maioria dos projetos. A fonte antiga tinha uma corrente máxima simultânea de 3A, mas limitada em 1A por linha de regulagem, o que me deixava na mão às vezes em alguns projetos e testes.

O trafo promete até 5.4A com alguma queda pouca de tensão, mas como sigo fielmente as premissas diyPowered não vou fazer o carinha aquecer muito: limitei a corrente máxima final para 4.2A, entrando em proteção a partir dos 4.33A ou em pico. Também modifiquei a etapa de potência e passei a utilizar transistores Darlington porque são robustos, possuem um ganho absurdo e são altamente confiáveis. Também finalizei o painel frontal adicionando a chave LIFT/GROUND que permite conectar ou desconectar o comum da fonte ao terra da rede elétrica. Fiquei muito satisfeito com o desempenho da fonte, agora que o hardware foi finalizado. Adiante, virão os testes de temperatura com o gabinete fechado, para ver como se comporta o sistema. O projeto é tão completo que talvez mereça um vídeo à moda PROCATER e afins, vamos ver. 

 

** 25/10/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Potência redondinha, tudo muito afinado. Mas surgiu aquele probleminha clássico de dissipação a partir dos 3A. O dissipador é parrudo mas temos ali transistores Darlington, né. Nem preciso dizer o quanto aquecem. O gabinete é pequeno, o projeto é compacto (como quase sempre) e a partir dessa corrente ele aquece bastante, não chega ao ponto de entrar em modo proteção mas chega perto. Daí a solução vai ser: a partir da temperatura X o cooler começa a girar muito devagarinho só pra circular ar dentro do gabinete, aumentando gradativamente essa rotação em relação ao aumento da temperatura. Em algum momento haverá um equilíbrio térmico entre o calor gerado e a circulação do ar, tornando o funcionamento do cooler silencioso e quase imperceptível. Não é a melhor solução, mas dentro do pouco espaço físico que tenho e para manter a fonte funcionando dentro de uma temperatura aceitável, se torna uma boa opção. Lembrar de dimensionar mais o dissipador quando usar Darlington...

 

No mais, daqui a pouco ela dá as caras aqui no site. 

** 29/10/2020 ---------------------------------------------------------------

 

Done! Ajuste fino via termistor (o segundo, de acionamento raiz, sem passar pelo ATMEGA) para excitar a potência do cooler e fazer com que o ar circule a partir do aquecimento extra do dissipador principal. Ficou bastante eficiente, sem barulho e sendo desligado após baixar a temperatura interna. Mais adiante já crio a postagem sobre ela, e vai dar assunto!

Quanto ao nome da criação, ando bastante sem criatividade...

** 02/11/2020 ---------------------------------------------------------------

Projeto concluído com sucesso!

F5812ADJ - Fonte tripla para bancada com saída dedicada ajustável

Indispensável em qualquer bancada e com múltiplas utilidades, uma boa fonte necessita de estabilidade, blindagem, ótima filtragem, proteções AC/DC e corrente útil para acionar equipamentos ou para testes em protótipos de projetos DIY. Com este propósito e com um projeto enxuto, foi desenvolvida a F5812ADJ

Partindo do princípio que uma fonte de bancada não tem mistério, não hesitei em iniciar o projeto com o clássico: filtro AC, fusível, transformador, diodos, capacitores. A grande sacada fica por conta da saída tripla 5V, 8V e 12V, sendo esta última ajustável até 20V. Com capacidade para fornecer 1A de corrente simultaneamente nas três fontes, a F5812ADJ também conta com proteção exclusiva 'Passive Charge', que só libera a tensão da fonte para os controladores cerca de dois segundos após o acionamento da fonte. Dessa forma, ao acionar a fonte, os capacitores principais se carregam rapidamente sem qualquer carga, o que promove maior eficiência na filtragem e protege o setor primário (diodos e capacitores principais) e o secundário (controladores) aumentando a vida útil de todo o sistema e minimizando ao máximo qualquer possível ruído. Todas as saídas possuem proteção contra curto, corrente reversa, sobrecarga e podem ser facilmente desarmadas em caso de aquecimento excessivo. Componentes como diodos, fiação e trilhas da placa, bornes, tensão de trabalho de capacitores, dissipação de resistores e até o dissipador de calor dos controladores foram superdimensionados para aumentar a vida útil da fonte. Isso é respeitar os limites do bom senso, contrário ao que fazem por aí.

Os voltímetros digitais são comerciais e foram adquiridos pelo Banggood. Demoraram para chegar, mas valeu a espera. São ligeiramente precisos e possuem consumo extremamente baixo, podem ser alimentados com tensões entre 4,5V e 30V e medem tensões até 99VDC.

Sistema Passive Charge

Ao acionar a fonte pela chave ON/OFF (painel traseiro) nenhum dos voltímetros é acionado, tampouco há tensão nos controladores e nos bornes de saída; o LED amarelo se ilumina. Cerca de dois segundos depois, o LED amarelo se apaga, os controladores recebem a tensão da fonte, os voltímetros indicam as tensões na saída e o LED verde se ilumina. A fonte se encontra funcional neste momento.

Ao desligar a fonte pela chave ON/OFF, a tensão geral começa a diminuir até certo ponto - sem zerar - onde a proteção 'Passive Charge' atua novamente cortando a tensão presente nos controladores, mantendo-a nos capacitores principais que se descarregam muito lentamente. Mesmo com essa descarga lenta, sempre existirá uma tensão residual nos capacitores principais para auxiliar a fonte num próximo acionamento. Assim, os capacitores principais não serão carregados 'do zero' novamente - a carga será retomada a partir da tensão residual, aumentando a vida útil do setor primário e acelerando a liberação da proteção 'Passive Charge'. 

Mais uma vez o lixo eletrônico ganhando vida nova: a carcaça é de um estabilizador, o transformador de 15V+15V x3A saiu de um no-break antigo; capacitores, diodos, controladores e todos os componentes foram reaproveitados de placas da sucata. Apenas os voltímetros foram comprados - há algum tempo, e bem baratinhos. 

Painel frontal com a fonte ligada
(bornes da esquerda +V e bornes da direita GND)

Detalhe da ventilação (dissipadores estrategicamente montados)

Com carga

Fonte sendo ligada (LED amarelo = 'Passive Charge')

Painel traseiro com a chave ON/OFF

* O voltímetro dos 8V mostra sempre 0,1V a mais do que deveria. Dado o preço e a distância para reclamar garantia, decidi deixar por isso mesmo.

** 22/09/2014 - O voltímetro dos 8V que apresentava 0,1V a mais passa a exibir a tensão correta após alguns minutos. Os outros dois voltímetros funcionam corretamente, somente este apresenta esse problema. Como disse anteriormente, pelo valor do produto e pelo tempo que levaria a troca por um novo, decidi não reclamar garantia. E levando em conta que todos os projetos DIY são protótipos de uso, se algum dia eu for produzir a F5812ADJ por alguma razão, o farei com todo cuidado e selecionarei os componentes corretamente.

Decidi melhorar a aparência gerando o silk para o painel. Atualizo a postagem assim que for aplicado.

Detalhe do voltímetro dos 8V

** 27/09/2014 - Silk finalizado e afixado no painel da fonte. Como a ideia é não gastar - ou gastar o mínimo possível - com os projetos, tudo foi feito em casa mesmo. Como eu disse anteriormente nesta postagem, se por ventura eu for produzir essa fonte algum dia, o farei da forma mais digna possível. Porque o protótipo é perfeito.

Silk aplicado (meia boca, mas custo zero)

Quanto ao sistema Passive Charge - que só libera a tensão da fonte para os controladores cerca de dois segundos após o acionamento da fonte - criei um vídeo demonstrativo.