UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRINGULO MINEIRO

INSTITUTO DE CINCIAS TECNOLGICAS E EXATAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

Gabriela Jamel Schffer

Projeto Fonte de Alimentao:

Primeira Etapa

Uberaba-MG

2015

Gabriela Jamel Schffer

Projeto Fonte de Alimentao:

Primeira Etapa

Trabalho apresentado como requisito

parcial da disciplina de Circuitos Eletrnicos

departamento de Engenharia Eltrica perten-

cente ao Instituto de Cincias Exatas e

Tecnolgicas da Universidade Federal do

Tringulo Mineiro.

Prof. Rodrigo Rimoldi

Uberaba-MG

2015

Sumrio 1 INTRODUAO .....................................................................................................................3

2 DESENVOLVIMENTO........................................................................................................3

2.1 Fundamentao Terica.....................................................................................................3

2,2 Equacionamento Matemtico ...........................................................................................7

2.3 Grfico de Gantt ................................................................................................................9

3 CONCLUSO ......................................................................................................................9

4 REFERNCIAS .................................................................................................................10

1 INTRODUO

As redes de distribuies de energia eltrica no Brasil, fornecem uma corrente da forma

alternada senoidal, geralmente com uma frequncia de 60Hz.Porm, possvel perceber que a

maioria dos equipamentos requerem uma corrente da forma contnua. Para isso, h a

necessidade de converso de corrente alternada em contnua e a forma de se obter essa

converso se d atravs de circuitos retificadores sendo estes compostos por diodos

semicondutores.

Um circuito retificador um dos principais componentes de uma fonte de alimentao

que tem a funo de fornecer energia eltrica a um determinado componente, como por exemplo

um computador. Essa fonte converte a tenso alternada fornecida pela rede para tenses

contnuas utilizadas por componentes eletrnicos.

A fonte de alimentao linear tem uma alta eficincia para aplicaes que tenham baixa

potncia, por essa trabalhar em uma frequncia de 60Hz. Essa constituda por um

transformador, uma etapa retificadora, filtro capacitivo e reguladores de tenso. Essa fonte

possui baixa interferncia eletromagntica, a montagem mais simples com componentes

usuais, porm possui grande dissipao de calor para altas potencias e possuem grande peso.

Para a fonte poder trabalhar com dispositivos como computadores, esta tem que ser

uma fonte do tipo chaveada, isto , uma fonte com chaveamento em alta frequncia, recebe uma

alta frequncia ente 20 a 60Hz de entrada, no precisando necessariamente de capacitores muito

grandes. Como utilizam um transformador em alta frequncia o tamanho e o peso desta fonte

reduzido. Esse tipo de fonte usa transistores, portanto a potncia controlada maior. Porm,

seus componentes no so fceis de encontrar no mercado e sua montagem um pouco mais

difcil em relao a fonte linear.

2 DESENVOLVIMENTO

O projeto desenvolvido de uma fonte de alimentao linear sendo fundamental,

primeiramente, o conhecimento desta e de seus componentes. Por exemplo, necessrio saber

primeiramente antes de dimensionar qualquer fonte, o valor de tenso e de corrente que ser

exigida em sua sada para o dimensionamento tanto do transformador quando do restante do

circuito.

2.1 Fundamentao Terica

Primeiramente, preciso especificar os componentes da fonte com suas devidas

funes.

O primeiro componente a ser designado o transformador. Sua escolha, como

dito anteriormente, atravs da sada de tenso que a carga a ser conectada necessita.

O transformador tem a funo de baixar a tenso fornecida pela rede de 110V ou

220V aplicada no enrolamento primrio para uma tenso desejada, isto , a tenso

especificada por este que se encontra no enrolamento secundrio. Porm, essa tenso

apenas foi abaixada mas no mudou sua natureza de onda, ou seja, a tenso de sada

do secundrio do transformador continua sendo de alternada. Isso pode ser

explicado pelo fato de o transformador, de acordo com os princpios do

eletromagnetismo, ter um campo magntico varivel, sendo necessrio o uso de

corrente alternada.

Para trabalhar com um circuito retificador de onda completa, necessrio o uso

de um transformador com tomada ou tap central, na maioria das aplicaes,

inclusive esta da fonte, o tap central fica sendo o terra enquanto cada brao do

enrolamento fornece metade da tenso central estando estas defasadas em 180.

Figura 1-Transformador com tap central

Aps a designao do transformador, deve-se especificar a parte retificadora do

circuito. Existem dois tipos de circuitos retificadores: o de meia onda e o de onda

completa. Neste ltimo os diodos so ligados em ponte, sendo este o tipo usado na

fonte de alimentao. A ponte de retificao de um circuito composta por quatro

diodos iguais ligados em ponte como mostra a figura a seguir.

Figura 2- Ponte Retificadora

Essa parte da fonte a responsvel por converter a tenso alternada j abaixada

pelo transformador em tenso em nvel cc. Para um maior entendimento, deve se ter

uma noo bsica de como funciona os diodos em ponte. A configurao de um

diodo funciona da seguinte forma. Quando a corrente passa no sentido do diodo, isto

, no sentido em que a seta indica, ele funciona como um curto circuito e no sentido oposto funciona como um circuito aberto. Sendo assim, na ponte funcionam

apenas dois diodos de cada semiciclo. O resultado disso, se torna dois ciclos

positivos, j que eles so de mesmo sinal.

A equao que descreve o valor mdio sobre a carga em um circuito

retificador de onda completa expressa por

=0,637(2) (1)

Sendo o o valor mdio de tenso aps passar pela ponte, a tenso de pico que sai do secundrio do transformador e a tenso sobre o diodo. A multiplicao de por 2 pode ser explicada pelo fato de em cada semiciclo, a corrente percorrer por apenas dois diodos.

Aps a retificao da onda, o sinal no sai exatamente como desejado. Portanto,

h a necessidade de filtra-lo, isto , como a onda aps a sada da ponte chega de

forma pulsante necessrio um filtro capacitivo para que esta se torne um pouco

mais prxima de uma sada cc, estvel. Essa reduo da variao da tenso

conhecida como tenso de ripple mostrada na figura a seguir

Figura 3- Filtro Capacitivo

A tenso de ripple na figura pode ser expressa pelo valor de Vpp.

Percebe-se que a descarga do capacitor, quanto mais rpida ela for, melhor ser

o ripple. Quanto mais eficiente for filtro, menor ser a tenso de ondulao (ripple)

e portanto, maior ser o valor mdio da tenso na sada.

Para o clculo da tenso de ripple (), convm adotar um valor em torno de 10% da tenso mdia chegada no capacitor, isto , o . Para isso tem-se a equao da tenso de ripple.

=

2 (2).

Sendo o a tenso aps a retificao, f a frequncia, normalmente utilizada em 60Hz, R a resistncia da carga e C o capacitor de filtragem.

Aps a filtragem da tenso, tem-se a ltima parte do circuito: o regulador de

tenso. Este regulador tem a funo de fornecer bateria a tenso necessria, isto ,

mantm a tenso de sada estabilizada mesmo que a tenso de entrada varie, ou no

seja de mesmo valor. Uma boa forma de colocar um regulador de tenso em uma

fonte de alimentao na forma de CI, pois assim ocupam menos espao.

Os reguladores de tenso podem ser os CIs da srie 78XX ou 79XX, sendo estes positivo e negativo, respectivamente. Lembrando que deve-se seguir os datasheets

de cada um dos CIs, pois os reguladores de tenso apresentam uma tenso mnima e uma tenso mxima de entrada e tambm possuem algumas restries segundo os

capacitores cermicos a serem utilizados. Para maior entendimento, os reguladores

de tenso sero ilustrados na figura a seguir.

Figura 4- Reguladores de tenso

No projeto da fonte de alimentao foi estipulado quatro sadas de tenso, cada

uma dessas reguladas por CIs diferentes. A primeira sada de +15V e regulada pelo CI 7815, a segunda sada de +5V e foi utilizado o CI 7805. J para as sadas

negativas estipulou-se as sadas de -15V e -5V com os CIs de 7915 e 7905, respectivamente.

Uma fonte de alimentao para bom funcionamento precisa dos componentes

citados acima, porm para uma maior segurana deve-se colocar um fusvel antes

do primrio do transformador, com sua corrente calculada segunda sua potncia e

tenso fornecida pela rede. A adio de leds no circuito da fonte no necessrio

para seu funcionamento, mas uma boa forma de visualizar de o circuito est

funcionando.

2.2 Equacionamento Matemtico

Aps a breve abordagem tcnica de cada componente e suas devidas

especificaes, nessa seo ser descrito um breve memorial de clculo do

circuito da fonte de alimentao mostrado a seguir

Figura 5 Esquema eltrico da fonte de alimentao

Nesse esquema eltrico, j foi posicionado cada componente com seu

devido valor. Sendo estes mostrados a seguir.

Primeiramente, para o clculo do transformador, foi observado os

reguladores de tenses. O regulador 7815, que regula a tenso para 15V, segundo

o seu datasheet [1], possu uma tenso mnima de entrada de 17,5V e uma

mxima de 30V. Ou seja, calculando-se a tenso aps passar pelo retificador, esta

tem que estar compreendia entre 17,5 e 30V. Sendo assim, foi usado um

transformador com derivao central de 1,5A de 24VRms. A corrente do

transformador escolhida foi para dar uma folga, caso a carga ligada puxe um valor um pouco acima de 1A.

O diodo escolhido foi o da srie 1N54XX com suas especificaes de

uma corrente mxima que ele suporta de 3, com uma tenso de ruptura acima

de 50V e um de 1,2V , segundo seu datasheet [3]. Esse diodo foi escolhido segundo sua corrente mxima de acordo com o transformador e sua tenso de

ruptura mxima de acordo com a mxima tenso de pico do circuito.

A tenso ao sair do transformador com 24VRms que igual a 33,94V

tenso de pico ao passar pela ponte com =33,94V e um =1,2V tem-se um segundo a equao (1) de 20,091V. Como foi dito anteriormente a tenso de ripple no deve ultrapassar 10% desse valor. Para esse projeto estipulou-se uma

tenso de ripple em torno de 5% de . Portanto = 1,005V . Esse valor pequeno e est dentro do esperado. Com a tenso de ripple , determinou-se o

valor de tenso mnima e o valor de tenso mxima, apenas subtraindo e

somando o valor de na tenso mdia. Esses valores continuam na faixa estipulada pelo regulador de tenso.

Aps calculado o , pode-se calcular o valor do primeiro capacitor eletroltico a partir da equao (2), sendo a frequncia de 60Hz e uma resistncia

estimada de 100. Sendo este valor de resistncia adotado, um bom valor para melhora do ripple.

Portanto, o capacitor eletroltico teve um valor de 1,666mF. J que este

valor calculado no um valor comercialmente encontrado, substituiu-se por o

capacitor cujo valor seja mais prximo do encontrado. Portanto, um valor de

2,2mF. Aps esta substituio, verificou-se o valor de ripple novamente.

Encontrou-se um valor de aproximadamente 0,7V. Est dentro do esperado.

Quanto aos capacitores cermicos, deve-se adotar entre um valor de

100mF at um valor de 470mF. Como o datasheet [1] e [2] sugere um capacitor

de entrada com o valor de 330mF e um capacitor de sada de 100mF, estes foram

utilizados no projeto para todos os capacitores de entrada e sada,

respectivamente.

Como foi usado um capacitor eletroltico grande na entrada, os

capacitores eletrolticos na sada foram estipulados um valor pequeno, apenas

por garantia. Isto , um capacitor de 10F.

No h a necessidade de capacitores de entrada para o regulador de

tenso 7805, j que j foi corrigida a tenso de ripple antes do regulador de

tenso 7815.

Percebe-se que foi dispostos leds nas sadas para mostrar o

funcionamento do circuito. O led utilizado nas quatro situaes foi o Led

S150BRC-P2 [4]com corrente de uso de 20mA e tenso de 3,4V. Com isso pode-

se calcular a resistncia em srie de cada led, sendo a parte negativa do circuito

correspondente a parte positiva, isto , os mesmos clculos feitos para a parte

positiva do projeto s igualmente dispostos na parte negativa, apenas alterando

a polaridade dos capacitores e dos leds na parte negativa.

A resistncia calculada para a sada de 15V foi de 580, porm este no

um valor comercial ento substitui-se por uma resistncia de 560 , e verificou-se que a corrente ainda est dentro dos limites de utilizao do led

( =30mA). Para maor proteo do circuito foi colocado dois fusveis com uma chave

seletora antes do transformador, segundo os clculos devido a potncia do

transformador considerando uma eficincia de 0,8 os fusveis a ser colocados

sero de : para a chave seletora ligada em 110V fusvel de 0,5 A e para a chave

seletora ligada em 220V fusvel de 0,2 A. Caso queira colocar apenas um fusvel ,

deve-se utilizar o pior caso que seria com a chave seletora ligado no 220V.

2.3 Grfico de Gantt

Uma boa forma de ilustrar um cronograma e as etapas de um projeto atravs

do grfico de Gantt. Essa representao grfica auxilia o projetista a seguir um

planejamento, ou seja, uma previso do seu projeto, junto com os custos dos

componentes e ainda o acompanhamento da concluso de cada etapa.

A seguir, ser ilustrado a tabela do cronograma junto ao grfico de Gantt do

projeto da fonte de alimentao que est em andamento.

A figura da tabela e o grfico mostrado a seguir foram feitos no programa

Excel.

Figura 6- Tabela do cronograma

Figura 7- Grfico de Gantt

3 CONCLUSO

Desta forma, pode-se apresentar o memorial de clculos do projeto da fonte de

alimentao, tendo em vista algumas consideraes, o projeto est dentro do esperado.

4 REFERNCIAS

[1] Fairchild. Ano 2006.LM78XX. Terminal 1 Positive Voltage Regulator.

[2] Fairchild. Ano 2006.LM79XX. Terminal 1 Negative Voltage Regulator.

[3] Fairchild.DO-201AD. 1N5400-1N5408. 3A Operetion.

[4]Luckylight.S150BRC-P2. Pink Led.