Há já algum tempo que procurava um circuito para usar poder usar uma fonte de alimentação ATX como uma fonte de alimentação de laboratório. As várias pesquisas que efectuei na web permitiram-me conhecer diversas formas de aproveitar as fontes de alimentação ATX.
No entanto nenhuma das formas me agradou o suficiente, para a tomar como mais definitiva.
Nessa altura, acabei por efectuar um circuito simples baseado no regulador de tensão LM317. No entanto esse circuito está longe de ser uma fonte de laboratório já que não permite ajustar o limite de corrente, nem descer a tensão de saída para valores inferiores a 1.25V.
Passado um tempo encontrei o seguinte circuito disponível no datasheet do L200C da ST, que descreve uma fonte de alimentação regulada, com tensão ajustável entre 2.8V e 26V, e com limite de corrente ajustável de 35mA a 1.5A, com a possibilidade de descer os ajustes até ao 0 (zero) se a ligação do ponto A for efectuada a uma tensão negativa.
O circuito com base no regulador de tensão L200 parecia ser uma solução adequada para implementar uma fonte de laboratório com tensão e limite de corrente ajustáveis até ao zero baseada numa fonte ATX.
Numa primeira fase, devido a algum engano nas ligações, não consegui obter os ajuste até zero, e dispersei para outro assunto (aprender um pouco sobre op-amps). Mais recentemente quando voltei a abordar o assunto parece que acertei com a solução com um simples divisor de tensão, e um potenciómetro trimmer para ajustar o zero.
O objectivo imediato, subjacente à ideia de aprender um pouco sobre o funcionamento e aplicações básicas dos op-amps, foi tentar procurar compreender o circuito e implementar um sistema de sinalização do estado da regulação da tensão e da limitação de corrente com LEDs, que funciona-se da seguinte forma:
- Um LED verde que se ilumina quando a regulação de tensão é eficaz.
- Um LED vermelho que se ilumina quando a limitação de corrente entra em acção.
A sinalização do estado da fonte com os LEDs foi um objectivo que também já foi atingido. Este mecanismo de sinalização foi a primeira solução desenhada por mim para satisfazer uma necessidade na electrónica.
Durante o processo de aprendizagem sobre os amplificadores operacionais, e estudo do circuito, senti a necessidade de comparar visualmente as diferenças de potencial nos diversos terminais dos op amps e do circuito integrado L200. Por isso, mais uma vez voltei suspendi essa aprendizagem e estudo para abordar um novo projecto que consistiu na elaboração de um voltímetro gráfico com vários canais baseado num Arduino e num êcran TFT, a que decidi chamar de Voltoscópio.
Durante o estudo do circuito foquei-me em particular nos pinos 2 e 5, o pino do limite de corrente, e a saída do regulador.
Segundo o datasheet, a corrente de saída máxima (Imax) é a dpp entre os pinos 2 e 5, com um valor típico de 0.45V, a dividir pelo valor da resistência entre ambos os pinos (R3).
As minhas observações, conforme fotos abaixo, permitem concluir que a diferença de potencial aumenta à medida que o limite de corrente se torna mais actuante até ao máximo de 0.45V.
Regulador L200 – relação entre os pinos 2 e 5 (azul = diferença entre pino 2 e pino 5)A minha ideia após a aprendizagem introdutória aos amplificadores operacionais, foi usar um op-amp configurado como amplificador diferencial, com um ganho de 10, tendo como inputs os pinos 2 e 5. Deste modo amplia 10 vezes a diferença de potencial entre os pinos, possibilitando activar um LED quando diferença amplificada atinge o nível de excitação do LED.
Pois quando a diferença entre pinos está no máximo (0.45V) o output do op amp fornece 4.5V. Este valor de tensão que, por um lado, permite iluminar o LED vermelho, e por outro, ao ser usado como input outro op amp configurado como comparador invertido (que compara com uma tensão ajustável num trimmer), e cujo output alimenta o LED verde, o que, neste caso faz com que a tensão diminua e desligue o LED.
Num amplificador operacional configurado como comparador invertido, quando o Vin é menor que o Vref, o output satura no sentido positivo da alimentação do op amp (rail), e vice versa, se o Vin é maior que a Vref, o output satura no sentido negativo da alimentação.
O circuito, poderá ser melhorado, nomeadamente com a activação do LED indicador da limitação de corrente recorrendo a outro op opam, configurado como comparador, e que compara a saida do primeiro op amp com uma referência ajustável (recorrendo a outro potenciómetro trimmer).
Não usei esta abordagem abordagem melhorada, porque desta forma, o brilho do LED do limitador de corrente reproduz a ampliação da diferença existente entre os pinos. Além disso como LED verde pode ser ajustado então, o momento exacto em que a limitação entra em efeito pode ser configurada como o momento em que o LED verde apaga.
Fases de desenvolvimento desde a placa de testes
Primeiro implementei o circuito da fonte de alimentação disponível no datasheet numa placa testes, na sua forma mais simples. Esta forma permite ajustar a tensão de saída dos 2.8V até aos 26V.
Depois passei o circuito para uma placa perfurada conforme o layout abaixo.
Esta implementação corresponde ao esquema disponível no datasheet e apesar de funcional, não esta acabada, mais que não seja porque não tem os terminais de saída. Por isso a saída positiva da fonte está no terminal da resistência 0.1 Ohm (linha 010 e 011), e a saída negativa está no fio preto.
Modificação para ajuste de tensão e limite de corrente até zero
Esta alteração requereu apenas mais um terminal de entrada para a tensão negativa, um potenciómetro, uma resistência, a troca do destino de um fio com origem na entrada GND e que tinha como destino o pino 2 do L200, e passou a ter como destino o pino 2 do trimmer, e um novo fio que tem como origem o divisor de tensão e destino o pino 2 do L200.
Mais tarde passei a usar os valores da resistência e do potenciómetro para um valor mais elevados: R5=150 Ohm e R6=1K Ohm.
Do lado esquerdo da imagem, está o output, do lado direito, os inputs e um potenciómetro trimmer usado para configurar o divisor de tensão que ajusta o zero. Por baixo tem as saídas para os potenciómetros que ajusta a tensão de saída e o limite máximo da corrente. Existe ainda um espaço disponível para o futuro sistema de sinalização.
Modificação para indicação do estado da fonte
Recorrendo aos dois op amps de um LM358 é possível sinalizar se a saída está em modo de limitação de corrente ou em regulação de tensão, conforme o processo descrito acima.
Algumas notas:
- As resistências R13 e R16 tem de ser adequadas aos LEDs;
- A resistência R3 tem de dissipar 22W, e estou a usar uma de 5W;
- O circuito original não tem nenhum condensador à saída. Provavelmente será melhor ter um;
- O pino 3 não está ligado em nenhum dos potenciómetros;
- Existe um pequeno terminal duplo que serve para alimentar o segundo op-amp com 12V, pois assim é possível colocar um step up com saída de 30V e 2A, entre a saída de 12V da fonte ATX e a entrada do circuito regulador, e manter as mesmas resistências para os LEDs.