Autor Tema: Fuente de alimentación simétrica variable  (Leído 15736 veces)

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Fuente de alimentación simétrica variable
« en: 08 de Septiembre de 2006, 04:58:17 »
Aquí les coloco un circuito de una fuente de alimentación simétrica para todos aquellos que la necesiten.

Está construída a base de los reguladores lineales LM317 y LM337, por medio de los cuales se logra un diseño simple y eficiente, teniendo bajos valores de regulación de línea, de regulación de carga y de ripple.

El circuito puede ser utilizado para obtener salidas no mayores a los +-25V, 1.5A como máximo, de ahi para abajo vale todo :).


En el archivo comprimido se encuentran el circuito, PCB y la distribución de los elementos.


PD:Espero que te sirva Esteban.


Editado: Con eficiente hago referencia a que el circuito es gauchito y no al porcentaje de eficiencia de la fuente.
« Última modificación: 09 de Septiembre de 2006, 20:55:05 por c3poa »
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #1 en: 08 de Septiembre de 2006, 06:24:46 »
Siguiendo con el tema...... :-/

A continuación voy a tratar de dar una explicación del circuito para que cada quien lo puede adaptar a su gusto.

Capacitor C1
Se utiliza para evitar los picos de tensión sobre el puente de diodos. Puede ser de poliéster metalizado o mylar, ya que estos poseen una de temperatura bastante plana.

Resistencias R1 y R2
Se utilizan debido a que en el apagado de la fuente los capacitores C3 y C4 están cargados y los mismos se descargarán con una velocidad dv/dt sobre los elementos constituyentes de la fuente. Con estas resistencias se logra que se descarguen sobre ellas y no sobre el sistema.

Capacitores C5 y C6
Su función es la de filtrado.

Reguladores
A estos reguladores se los pueden describir como:

Vsal (+)= 1.25 x (1 + (R7/R5)) + (IADJ x R7)   

Vsal (-)= -1.25 x (1 + (R8/R6)) + (-IADJ x R8)

(IADJ = Corriente de ajuste)
(1.25 y -1.25 son las tensiones de referencia nominales dadas entre la salida y el ajuste)

Con lo cual, variando R7 y R8 se variarán la tensiones de salida.

Por ejemplo, considerando que se requiera una tensión de salida de 25V, las resistencias variables se obtienen aproximadamente partiendo de:

R7 = ((Vsal/1.25)-1) x R5 = ((25V/1.25)-1) x 220 = 4180 => 5K
R8 = ((Vsal/1.25)-1) x R6 = ((25V/1.25)-1) x 220 = 4180 => 5K


.........................

Editado para evitar confuciones.
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #2 en: 08 de Septiembre de 2006, 06:27:30 »
Continuando............................... :-)

Diodos D7 y D9
Tienen por función el evitar que los capacitores se descarguen sobre la salida del regulador (En el apagado de la fuente, corto en la entrada).
Entonces C9 y C11 se drenaran hacia la entrada del regulador a través de D7. C7 hará lo mismo por medio de D9 y D7. (Idem para la parte negativa)

Diodos D11y D12
La finalidad de cada uno de ellos es la de proteger a la salida respectiva en caso de inversión de polaridad.

Resistencias R3 y R4
Con ellas se obtienen las condiciones necesarias para los leds D5 y D6, sopongamos por ejemplo que se tiene una Vent de 30V, se tiene:

R3=R4= (Vent - Vled)/(Iled) = (30V - 1.5V)/20mA= 1425 =>1K5

Además se utiliza las mismas para lograr obtener 0V en las salidas, ya que si las patas de los potes estuviesen a masa y con su valor al mínimo se tendría:

Vsal (+)= 1.25 x (1 + (0/220)) + (IADJ x 0) = 1.25V

Vsal (-)= -1.25 x (1 + (0/220)) + (-IADJ x 0) = -1.25V

En cambio si se conectan los potes a las tensiones de leds, se tiene que:

Vsal (+)= 1.25 x (1 + (0/220)) + (IADJ x 0) -1.5V = -0.25V

Vsal (-)= -1.25 x (1 + (0/220)) + (-IADJ x 0) +1.5V = 0.25V


 :lol: :lol: :lol: ...................


Editado para evitar confuciones.
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #3 en: 08 de Septiembre de 2006, 06:48:02 »
A continucación una serie de cálculos empíricos y aproximaciones que pueden ser de utilidad a la hora de calcular los valores de los elementos involucrados en las etapas de transformación, rectificado y filtrado, de cualquier fuente del tipo lineal.

Cálculo de transformador

Parámetros:

Vs(RMS) = Tensión de secundario RMS.
VDCmax = Tensión máxima continua que se pretende tener.
n = 1 para rectificadores media onda y onda completa, 2 para rectificadores puentes.
IS(RMS) = Corriente de secundario RMS.
IDCmax = Corriente máxima continua que se desee.
VA = Potencia aparente.
P = Potencia activa.


Tensión de secundario:

VS(RMS) = 0.707 x (VDCmax + (n x 1))


Al usar un puente en este caso queda:

VS(RMS) = 0.707 x (VDCmax + 2)

Por ejemplo, suponiendo que se quiere que la tensión de salida de la etapa de rectificado-filtrado sea de 30V, se tiene:

VS(RMS) = 0.707 x (30V + 2) = 22.62VAC => 24VAC


Corriente de secundario:

IS(RMS) = 1.414 x IDCmax

Por ejemplo, si se requiere una corriente de 1.5A, la corriente de secundario es:

IS(RMS) = 1.414 x 1.5A = 2.12A  => 2A

En este caso, dado los valores de los ejemplos, se tiene que se necesitaría un trafo de 24+24VAC 4A


Potencia aparente:

VA = 1.414 x IS(RMS) x VS(RMS)

Por lo que siguiendo con el ejemplo, se tiene:

VA = 1.414 x 4A x 48V = 271.4VA


Potencia activa:

P = VDCmax x IDCmax

Con lo que si se necesita una salida de la estapa rectificadora-filtrado de 30V, 1,5A, se tiene que la potencia activa será de:

P = 30V x 1.5A = 45W

Se debe tener en cuenta que si se requiere que la tensión de salida se mantenga a plena carga, se deberá utilizar un transformador tal que se obtenga una tensión continua de entrada de por lo menos el doble de la de salida. Esto es, si queremos hacer una fuente de +12V, 1A, y que se mantenga invariante la tensión, se necesitará una VDCmax de 24V.

ufff, me cansé,  :D


Editado para evitar confuciones y por corrección de un valor mal puesto.

« Última modificación: 09 de Septiembre de 2006, 21:16:06 por c3poa »
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #4 en: 08 de Septiembre de 2006, 06:52:30 »
Cáculo de los diodos rectificadores

Parámetros:

IF(AVG) = Corriente directa promedio máxima.
IF(RMS) = Corriente directa RMS.
IF(PEAK) = Corriente directa pico máxima.
IFSM = Corriente no repetitiva pico directa.
VRMS = Tensión directa RMS.
VDC = Tensión continua máxima de bloqueo.
PIV = Tensión pico inversa máxima.
VRRM = Tensión repetitiva pico inversa máxima.


Conociendo algunos de estos parámetros se facilita la elección del diodo adecuado.


Relaciones:

(se tiene en cuente rectificador puente)

IF(AVG) = IDCmax/2
IF(RMS) > IS(RMS)
IFSM = VDCmax/RS  (RS es la resistencia del bobinado secundario del trafo)
VRMS > VS(RMS)
VDC > VDC a plena carga
PIV = VDCmax
VRRM > VDCmax  (Para media onda y onda completa es 2VDCmax)

 :shock: :shock: :shock:

Me olvide decir que los valores de los diodos se deben tomar a un valor de entre el 20% a 50% mayor los obtenidos, para así obtener un buen margen de seguridad.
« Última modificación: 09 de Septiembre de 2006, 21:21:05 por c3poa »
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #5 en: 08 de Septiembre de 2006, 07:58:05 »
Cáculo del capacitor de filtrado

Como dato para el conocimiento general  :D :D, los capacitores de filtrado se calculan a partir de la obtensión del factor de ripple, el cual se obtiene de:

rf = (Vripplepp/(2.82 x VDC (PC))) x 100%

Donde Vripplepp es el valor máximo pico a pico del ripple ques e pretende y VDC(PC) es la tensión continua que se pretende a plena carga.

Supongamos que se quiere un ripple del 3Vpp y una tensión a plena carga de 20V, se tiene:

rf = (3V/(2.82 x 20V)) x 100% = 5.31%

A partir de este valor y por medio de curvas que tienen en cuenta el tipo de rectificador utilizado, frecuencia angular, resistencia de secundario, se obtiene un parámetro (wCRL), el cual se lo utiliza en la siguiente expresión, para obtener la capacitancia:

C = wCRL/2pi x f (VDC(PC)/IDC))

 :mrgreen:............................
« Última modificación: 09 de Septiembre de 2006, 21:24:12 por c3poa »
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #6 en: 08 de Septiembre de 2006, 08:00:41 »
................................. :-/

Los valores estimativos (mas o menos) que se pueden obtener de las curvas son los siguientes:

Considerando un rectificador de onda completa

rf entre 9% a 10%, wCRL se encuentra entre 4 a 8
rf entre 8% a 9%, wCRL se encuentra entre 5 a 9
rf entre 7% a 8%, wCRL se encuentra entre 5 a 11
rf entre 6% a 7%, wCRL se encuentra entre 6 a 14
rf entre 5% a 6%, wCRL se encuentra entre 7 a 16
rf entre 4% a 5%, wCRL se encuentra entre 8 a 19
rf entre 3% a 4%, wCRL se encuentra entre 11 a 25
rf entre 2% a 3%, wCRL se encuentra entre 15 a 40

Considerando un rectificador de media onda

rf entre 9% a 10%, wCRL se encuentra entre 13 a 16
rf entre 8% a 9%, wCRL se encuentra entre 15 a 18
rf entre 7% a 8%, wCRL se encuentra entre 16 a 22
rf entre 6% a 7%, wCRL se encuentra entre 18 a 25
rf entre 5% a 6%, wCRL se encuentra entre 22 a 30
rf entre 4% a 5%, wCRL se encuentra entre 25 a 40
rf entre 3% a 4%, wCRL se encuentra entre 42 a 50
rf entre 2% a 3%, wCRL se encuentra entre 45 a 70

De estos rangos de valores se suele tomar la media. Siguiendo con el ejemplo, para 8.86% se tiene un wCRL entre 11 y 16, tomando la media (11.5) se tiene que:

C = 11.5/2pi x 50Hz (20V/1.5A)) = 2745.4uf => 3300uf


Exiten otras relaciones, mucho más prácticas por supuesto :lol:, como ser:

C = (IDCmax x 1000 x 1.7)/Vpp         (Esta fué posteada por Charly29 hace tiempo)

C = (2.4 x IDCmax) / (f x VDCmax)


Bueno, puff,  :shock:, creo que está todo, si hay algún error avisen no más.

Que lo difruten  :-) :D :-).


« Última modificación: 09 de Septiembre de 2006, 21:25:33 por c3poa »
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Desconectado samshiel_pic

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #7 en: 08 de Septiembre de 2006, 10:32:58 »
Hola compañero muy buena fuente y muy muy bien comentada y esplicada todo catedraticamente correcto jejeje :D :D

Pero al ver los montajes en pdf en la cara de pistas (layers) tienes puesto que es la cara top layer, no seria bot layer? mas que nada porque soldar los condensadores de 3300 uF seria un poco complicado por la capa top  :mrgreen:

Desconectado sfriswolker

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #8 en: 08 de Septiembre de 2006, 12:16:24 »
Alma de cántaro

Cómo va a ser eficiente una fuente hecha con dos reguladores lineales que no son de bajo drop-out? Cómo van a tener baja regulación de linea y de carga unos reguladores que son más viejos que yo?

Ciertamente es un circuito sencillo pero que no entrega mucha corriente. En contrapunto me ha gustado el detalle de usar como tensión de referencia el diodo LED opuesto para ampliar el margen inferior de tensiones de salida. Sólo queda ampliar el margen superior.

Por cierto, si la carga consume 1 A a 1 V, el regulador se está comiendo (30-1)V x 1A = 29 W. Espero que hayas provisto un buen disipador (y un buen encapsulado). Seguro que esto es eficiente?

Saludos

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #9 en: 08 de Septiembre de 2006, 12:37:27 »
     Hola sfriswolker tienes razon pero no le quita nada de eficiente puesto que para montajes tipicos para pics y otro tipo de cosillas esta muy bien. :P Lo que si es verdad es que va a tener que estar casi refrigerado por liquido :D :D pero con un buen disipador solucionado.

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #10 en: 08 de Septiembre de 2006, 13:58:06 »
Muy buena la info Angel, esta muy bien explicada

Gracias, me sirvió, un dia de estos voy a montar la fuente.

Respecto al comentario de sfriswolker , creo que es demasiado despectivo, ya que este tipo de fuente, contención negativa, no esta pensado para alimentar una gran carga, sino circuiteria logica, operacional, y demás, para lo cual se necesite trabajar tanto con tenciones negativas como positivas, un caso puede ser para trabajar con operacionales.
(esto es lo creo yo, corregime Angel si no es así)

Por ende si tienes un circuito , de demande mas de 1 Ampere, valla tremenda placa tines jejeje, (me fediero a la circuiteria pura, nada de driver de motores y mesas)

Y obviamente, estos reguladores van montados sobre disipadores, y va a tener que ser uno gande para sacarle los 1.5 A
« Última modificación: 08 de Septiembre de 2006, 14:30:23 por esteca55 »
Hay que esforzarse por ser el mejor, no creerse el mejor

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #11 en: 08 de Septiembre de 2006, 15:30:59 »
Alma de cántaro

Cómo va a ser eficiente una fuente hecha con dos reguladores lineales que no son de bajo drop-out? Cómo van a tener baja regulación de linea y de carga unos reguladores que son más viejos que yo?

Ciertamente es un circuito sencillo pero que no entrega mucha corriente. En contrapunto me ha gustado el detalle de usar como tensión de referencia el diodo LED opuesto para ampliar el margen inferior de tensiones de salida. Sólo queda ampliar el margen superior.

Por cierto, si la carga consume 1 A a 1 V, el regulador se está comiendo (30-1)V x 1A = 29 W. Espero que hayas provisto un buen disipador (y un buen encapsulado). Seguro que esto es eficiente?

Saludos

Esperamos de tu parte una solucion mejor, la cuestion es aportar lo que uno buenamente pueda o sepa. Parece que tu sabes mucho de fuentes conmutadas o de reguladores LDO asi que podrias ilustrarnos.

Por lo que a mi respecta, siempre que he necesitado una fuente simetrica ha sido para alimentar operacionales a +-15 o +-12, con un consumo muy pequeño de corriente, con lo que para mis montajes he utilizado una fuente muy similar a esta.  Seguramente a muchos mas aficionados que aun no conocian este montaje y esten empezando les va a servir como ejemplo orientativo, mas aun cuando comenta la funcion de cada componente y hace que todos seamos capaces de entenderlo sea cual sea nuestro nivel. Por lo que chapo para c3poa.

Saludos.

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #12 en: 08 de Septiembre de 2006, 17:41:46 »
samshiel_pic:

Te entiendo, jajaja. El Top Layer es la vista del cobre desde el lado componentes (en este caso que es simple faz), por lo tanto no hace falta invertir el PCB para pasarlo al cobre, si por ejemplo usas el método de la plancha-toner, lo imprimís tal cual y lo pasas al cobre. Si lo vez desde el lado del cobre (una vez pasado) te queda el bottom layer. De esta manera se ahorran de tener que tener que hacer el mirror del PCB.

Espero haberme explicado bien :lol:.
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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #13 en: 08 de Septiembre de 2006, 17:46:05 »
Correctisimo compañero me estoy pensando que me la voy a montar añadiendole algunas cositas mas como puede ser unas salidas fijas de 5 y 12v y otra con un regulador de intensidad. Y todo en una cajita namar de chula jeje  :mrgreen: :mrgreen:

Desconectado Arlequin

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Re: Fuente de alimentación simétrica variable
« Respuesta #14 en: 08 de Septiembre de 2006, 20:20:56 »
sfriswolker:

"Cómo va a ser eficiente una fuente hecha con dos reguladores lineales que no son de bajo drop-out?"

Que algo sea eficiente no quiere decir que sea lo mejor, algo es "eficiente" cuando cumple con su objetivo, con la utilización mínima de recursos. Para un hobbista un pila o una fuente de PC, le puede ser eficiente. A un ingeniero dedicado a desarrollos una fuente eficiente le será alguna comercial (Agilent, Instek, Protek, etc).

"Cómo van a tener baja regulación de linea y de carga unos reguladores que son más viejos que yo?"

Que los reguladores sean viejos, no quiere decir que sean malos, además si te fijas en el datasheet te dice:

Guaranteed 1% output voltage tolerance
Guaranteed max. 0.01%/V line regulation
Guaranteed max. 0.3% load regulation
Guaranteed 1.5A output current
Adjustable output down to 1.2V
Current limit constant with temperature
80 dB ripple rejection
Output is short-circuit protected

Que por más que sean medio teóricos estos valores y que dependerán de cada caso en común, siguen siendo bajos, por lo que para la aplicación es más que suficiente.


"Ciertamente es un circuito sencillo pero que no entrega mucha corriente. En contrapunto me ha gustado el detalle de usar como tensión de referencia el diodo LED opuesto para ampliar el margen inferior de tensiones de salida. Sólo queda ampliar el margen superior."


Está orientado para trabajar con cargas chicas, pero dotándolo de un transistor para una regulación serie, se puede aumentar la corriente de salida.

"Por cierto, si la carga consume 1 A a 1 V, el regulador se está comiendo (30-1)V x 1A = 29 W. Espero que hayas provisto un buen disipador (y un buen encapsulado). Seguro que esto es eficiente?"

Te comento que los valores dados son para motrar el límite del circuito (25V 1.5A), despues cada uno lo adapta a sus necesidades y cálculo. De seguro que para una gran Vin y una baja Vout, con una cosiderable corriente se necesitará un disipador terrible o un cooler ya que se tienen resistencias térmicas muy bajas y hasta negativas.

Esta fuente la realice por el año 93-94 (esta es un release :D) basándome en una fuente propuesta por la gente de motorola (prácticamente la misma, salvo algunas cositas) y la he usado muchos años (ya no), para alimentar cargas pequeñas (operacionales, uC, etc) y alguna que otra vez fué utilizada con cargas mayores sin problemas. Los reguladores estaban montados sobre un disipador de extrusión de aluminio.

Aclaro para que no haya confuciones:

Dada la configuración del circuito, los valores de salida (0V a +-25V +-1.5A) que se indican son los valores máximos con los cuales puede trabajar el circuito, cada quien analizará los pro y contras en base a los elementos que pueda conseguir y a sus cálculos.
Es por esto que traté de explicar el circuito en sí, de manera que el quiera pueda modificarlo a gusto (utilizando un transistor, LM338 o un LM350, etc).

Además la info de como se calcula el trafo, los diodos rectificadores y el filtro, les puede servir para el diseño de cualquier tipo de fuente lineal.

Por último, sfriswolker, tratá de ser más cortés la próxima y lo de "Alma de cántaro" (si es lo que creo que significa) no me gustó para nada.

Saludos.


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