ARDUINO By Myself

Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada, sendo:

"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);

"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);

VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);

FONTE DE ALIMENTAÇÃO DE BANCADA

INTRODUÇÃO:
Uma bancada de Eletrônica é um pequeno laboratório de montagens e ensaios de circuitos eletrônicos, dessa forma ela necessita de certos instrumentos de medição eletro-eletrônicas, tais como : geradores de sinais (quadrado, triangular e senoidal), frequencímetros, analisadores de espectro, geradores de RF, osciloscópio, multímetros e outros aparelhos eletrônicos de apoio ao montador.
Um desses aparelhos que certamente devemos ter em nossa bancada é uma fonte fornecedora de energia para alimentar os circuitos que vamos montar e fazer experimentos.
Uma boa fonte de energia ou fonte de alimentação deve fornecer uma tensão contínua regulada (fixa ou variável) e que forneça tensão para qualquer valor de carga a ser testada ou alimentada, deve fornecer também corrente suficiente para essas cargas.

A fonte de alimentação ajustável ou chamada variável, é utilizada para ajustar tanto a tensão quanto a corrente de saída de forma a energizar de forma controlada determinados circuitos e componentes eletrônicos ou elétricos; a fim de fazer a caracterização/especificação e testes de funcionalidades desses aparelhos.
Assim, o principal objetivo de uma fonte ajustável, é transformar a energia da rede elétrica de corrente alternada (AC - alternating current) em energia elétrica de corrente contínua (DC - direct current) que é adequada para a energização dos equipamentos eletrônicos.

Em geral, as fontes de alimentação são usadas em bancadas e linhas de produção, e são indicadas para:

- Testes e reparos de equipamentos;

- Testes e recarga de baterias;

- Alimentar circuitos de testes em proto-board;

- Teste de consumo em equipamentos;
- Localização de curto circuitos;
- Na fase de desenvolvimento de novos produtos;
- Laboratórios em escolas e industrias;

No mercado existem vários tipos de fonte de alimentação, entre elas, os modelos lineares e chaveadas, e quanto a categoria podem ser as fontes simétricas e assimétricas.

Esta foi uma breve introdução ao assunto fontes de alimentação.

Vamos agora ao projeto...

PROJETO:
Esta fonte de alimentação pode suprir até 30V e 3A
Fonte com Tensão e Corrente ajustáveis, trabalhando nos modos "Constant Voltage" CV e "Constant Current" CC (Voltagem constante e Corrente constante).
Usa displays LED 7 segmentos de 5 dígitos , podendo mostrar correntes de 0,0001A (100uA) e voltagens de 00,001V (1mV)
Potenciômetros de 10 voltas de precisão, para facilitar os ajustes de tensão e corrente.
Neste projeto a alimentação do circuito de controle é independente da alimentação da etapa de potência.
No driver de potência, são usados 2 transistores TIP-3055 em um grande dissipador de calor, pois a potência dissipada pode chegar aos 150W.

COMPONENTES:
2 x TIP3055 - Transistor de Potência;
1 x BD-139 - Transistor de Potência;
1 x LM7805 - Regulador de tensão;
2 x 1N5408 - Diodo;
1 x 1N4148 - Diodo;
3 x MCP34071 - Amplificador operacional;
1 x GBU8J - Ponte de Diodos para 8A;
1 x GB4 - Ponte de Diodos para 1A;
2 x 10000uF/63V - Capacitor Eletrolítico;
1 x 150uF/63V - Capacitor Eletrolítico;
2 x 100nF - Capacitor Poliéster;
1 x 220nF - Capacitor Poliéster;
4 x 3K3/2W - Resistor;
1 x 0R1/10W - Resistor (pode ser usado 10 x 1R/1W em paralelo);
1 x 47K - Resistor;
1 x 18K - Resistor;
1 x 82K - Resistor;
1 x 100R - Resistor;
1 x 90K - Resistor;
1 x 20K - Resistor;
1 x 100K - Resistor;
1 x 10K - Resistor;
2 x 0R33/5W - Resistor;
Potenciômetro multi voltas 3590S com Knob_Vernier para 10 voltas (50K e 10K)
LEDs 5mm difuso (1xVerde, 2xVermelhos e 1xAmarelo);
Barra de pinos 1x40 vias 15mm 180 graus;
Alojamento para conector MODU (1 via, 2 vias e 3 vias; quantidade diversas para os conectores dos LEDs, potenciômetros, amperímetro, voltímetro, fan, etc....);
Tomada AC modelo AS-02 para painel;
Bornes KRE de 2 e 3 terminais (conexões na placa de circuito impresso)
Transformador 110/220 x 24V@5A (alimentação da etapa de potência);
Transformador 110/220 x 15V@1A (alimentação da etapa de controle);
Fusível vidro pequeno 20AG de 1A/250V;
Porta fusível de vidro pequeno 5x20mm BLX-1 para painel;
Chave gangorra quadrada KCD1-104N verde com neon 6A/250V (chave liga/desliga geral AC);
Chave gangorra quadrada KCD3-202N vermelha com neon 6A/250V (chave dupla, liga/desliga das etapas de potência e controle);
Borne Banana Fêmea, preto(-), vermelho(+) e verde(GND);
Amperímetro digital: http://www.ebay.com/itm/0-36-Blue-LED-5-Digits-Panel-Ammeter-0-3-0A-DC-Current-AMP-Meter-Built-in-Shunt-/371242209247?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item566fc28fdf
Voltimetro digital: http://www.ebay.com/itm/0-36-LED-5-Digit-DC-0-33-000V-Red-Digital-Voltmeter-Voltage-Meter-Car-Panel-/181404654227?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2a3c8f5a93
Dissipador de calor em alumínio com dimensões 20x8x2;
Unidade FAN (ventoinha) de 24V 8x12;
Caixa grande para a montagem;
Fios e cabos;
Espaguete termo retrátil;
Ferramental;
Etc.....

DIAGRAMAS E ESQUEMAS:

Abaixo o diagrama da fonte, que pode ser obtido no Github:
https://github.com/Arduinobymyself/Bench_Power_Supply.git

Diagrama esquemático completo

A chave S1 é dupla, uma KCD3-202N (uma para ligar a alimentação da etapa de potência e a outra para alimentar a etapa de controle)
Observar que para os LED e potenciômetros foram usados terminais da barra de pinos, assim nesses componentes foi usado o conector MODU para conexão à placa.
Os componentes externos, tais como transformadores, Transistores de potência, GBU8J, Voltímetro/Amperímetro, etc... usam conector tipo KRE ou AK300.

LAYOUT DE CIRCUITO IMPRESSO:
Abaixo o layout do circuito impresso da fonte, que pode ser obtido no Github:
https://github.com/Arduinobymyself/Bench_Power_Supply.git

Lado dos componentes - disposição dos componentes

Lado dos componentes - somente trilhas cobreadas

VÍDEOS:
(um vídeo será postado, se assim for conveniente).

EM CONSTRUÇÃO. AGUARDE!

FOTOS:

Agora um monte de fotos reais do projeto,.... quanto trabalho! muitos testes! várias versões! uma versão montada e por um erro de layout... uma placa inteira jogada descartada!..... mas enfim.... funcionando!

Na montagem, o dissipador de calor ficou interno à caixa, sendo ventilado pela unidade FAN.
O GND (terra) pode ser colocado no painel frontal e deve ser conectado ao terra geral AC que está conectado à carcaça dos transformadores (muito cuidado com isso!!!) a fonte pode trabalhar em modo flutuante e ou aterrada.

EM CONSTRUÇÃO. AGUARDE POR MAIS FOTOS E COMENTÁRIOS!

EM CONSTRUÇÃO. AGUARDE!

CARGA DC ELETRÔNICA

Esta barra, indica o nível de dificuldade encontrado para cada experiência realizada, sendo:

"VERDE", indicação de nível 1 a 5 (Fácil);

"AMARELO", indicação de nível 6 a 8 (Médio);

VERMELHO, indicação de nível 9 e 10 (Difícil);

INTRODUÇÃO

Como a tecnologia está avançando constantemente, as demandas para instrumentos de teste de qualidade crescem devido à necessidade de fazer medições mais precisas e melhores para acomodar tecnologias mais novas. Para a maioria das aplicações eletrônicas de hoje, o uso de fontes de energia confiáveis e energeticamente eficientes é essencial. Por este motivo, é importante ter um instrumento de teste que consiga mostrar resultados que definem o desempenho das fontes de energia usadas para fornecer eletricidade à dispositivos tais como veículos elétricos, fontes de alimentação de computador, aparelhos celulares 3G e até mesmo baterias comuns para uso doméstico. As cargas Eletrônicas DC Programáveis são instrumentos que auxiliarão nos testes de várias configurações, esquemas e metodologias. A intenção desta nota de aplicação é de prover um escopo geral do uso de uma carga eletrônica DC. Alguns testes de desempenho padrão para fontes de alimentação serão descritos detalhadamente. Além disso, diversos métodos para testar a própria carga eletrônica DC estarão incluídos nas últimas seções. Detalhes adicionais sobre as aplicações de carga eletrônicas DC, práticas e informações de configuração são fornecidos como um material de suporte em vários arranjos de teste e medição de dados.

TESTES DE FONTES DE ALIMENTAÇÃO Para os testes de projetos e verificação, a necessidade de fontes de alimentação reguladas estão aumentando com o avanço contínuo da tecnologia. Mais ainda, tornou-se uma necessidade nos novos dispositivos eletrônicos a serem testados, fontes de alimentação precisas e sofisticadas. Existem algumas especificações implícitas que determinam alguns fatores de desempenho em fontes de alimentação típicas. Especialmente resposta de transiente da carga, regulação de carga e limite de corrente. Nas seções seguintes, cada um desses fatores são tratados como um exemplo para descrever e demonstrar a instalação, configuração e equipamentos necessários para teste e verificação.

RESPOSTA DE TRANSIENTE DA CARGA Um elemento importante para testes de fonte de alimentação é mensurar a resposta de transiente da carga que caracteriza a capacidade da fonte de alimentação de estabilizar-se quando ocorre uma mudança de patamar na corrente da carga. A fim de verificar a resposta, medições no tempo de subida e descida do pulso de variação na carga são necessários. Geralmente, este tipo de teste exige uma carga que é capaz de produzir um tempo de subida e descida de aproximadamente cinco vezes mais rápido do que a fonte de alimentação.

REGULAÇÃO DE CARGA É outro elemento importante ao testar uma fonte de alimentação. É uma medida de desempenho que requer configuração da fonte de alimentação para a sua tensão nominal. Para ser mais específico, o teste para medir esse elemento é baseado na medição do nível de tensão de saída da fonte quando uma carga conectada a esta, varia da corrente zero para corrente nominal, o que difere dependendo do modelo utilizado no teste. O propósito deste teste é garantir a exatidão e a capacidade de uma fonte de alimentação manter o seu nível de tensão de saída sob mudanças de corrente da carga nominal. Antes de testar, verifique que a carga usada para o teste aceita a tensão e a corrente nominal máxima da fonte de alimentação.

LIMITAÇÃO DE CORRENTE Fontes de alimentação em modo de tensão constante normalmente têm um limite pré-determinado para saída de corrente máxima. Testes de limite de corrente consistem de medidas que definem o comportamento de uma fonte de alimentação e sua regulação de corrente. Estas medidas podem ser caracterizadas por uma curva de tensão versus corrente, que mostra como e quando a fonte de alimentação passa do modo CV (tensão constante) para o modo CC (corrente constante). Idealmente uma exata regulação de corrente proporciona uma curva de tensão versus corrente semelhante a da Figura 4. Para as fontes de alimentação do modo CV / CC, as características de limite de corrente típicas parecem com a Figura 4, com pequena ou mínima curvatura perto do ponto de cruzamento. É aconselhável testar os limites de corrente de uma fonte de alimentação, pois ajudará na proteção do equipamento em sua aplicação. Sem um certo grau de regulação da corrente, a fonte pode até mesmo sobrecarregar ou danificar certos dispositivos.

TESTES DE BATERIA Os padrões e normas para armazenamento, renovação e utilização de energia estão evoluindo. Novos métodos para fornecer energia para produtos eletrônicos tem sidos descobertos e são muito mais complexos do que eram há várias décadas. Com a necessidade crescente em nossa sociedade por energia limpa e eficiente, agora os engenheiros têm se concentrado em desenvolver aplicações que utilizem, por exemplo, células de combustível, supercapacitores e energia fotovoltaica. Devido à complexidade na elaboração dessas fontes, é útil dispor de um instrumento de teste programável que possa verificar os detalhes precisos do comportamento das fontes. É aí que uma carga eletrônica DC torna-se útil, devido a sua flexibilidade, possibilidade de ser programadas, bem como sua capacidade de executar testes de descarga em fontes de energia como baterias. Esta seção fornecerá uma visão geral básica que demonstra uma maneira eficiente de realizar descarga de baterias e testes de resistência interna.

CURVAS DE DESCARGA DE BATERIAS Os padrões e normas para armazenamento, renovação e 7 of 18 utilização de energia estão evoluindo. Novos métodos para fornecer energia para produtos eletrônicos tem sidos descobertos e são muito mais complexos do que eram há várias décadas. Com a necessidade crescente em nossa sociedade por energia limpa e eficiente, agora os engenheiros têm se concentrado em desenvolver aplicações que utilizem, por exemplo, células de combustível, supercapacitores e energia fotovoltaica. Devido à complexidade na elaboração dessas fontes, é útil dispor de um instrumento de teste programável que possa verificar os detalhes precisos do comportamento das fontes. É aí que uma carga eletrônica DC torna-se útil, devido a sua flexibilidade, possibilidade de ser programadas, bem como sua capacidade de executar testes de descarga em fontes de energia como baterias. Esta seção fornecerá uma visão geral básica que demonstra uma maneira eficiente de realizar descarga de baterias e testes de resistência interna.

RESISTÊNCIAS INTERNAS DA BATERIA A carga eletrônica DC é uma ferramenta eficaz para medir a resistência interna de uma bateria.

OUTRAS APLICAÇÕES DE CARGAS ELETRÔNICAS DC As cargas eletrônicas DC podem ser muito engenhosas para vários testes e aplicações. Às vezes, elas podem até mesmo agir como um tipo diferente de instrumento de teste para medição. Um bom exemplo seria um voltímetro. Outras aplicações práticas que serão mencionadas nesta seção é o fusível. As cargas eletrônicas DC também podem agir como um fusível num circuito para monitoramento de limites de correntes para ajudar a evitar possíveis danos causados por excesso de corrente ou excesso de energia.

No link abaixo você pode obter mais informações sobre Cargas eletrônicas DC da BK Precisiion.

https://bkpmedia.s3.amazonaws.com/downloads/pdf/DC_Electronic_Load_AppNote.pt.pdf

PROJETO:
Abaixo alguns detalhes do projeto:

Corrente de carga de até 5A;
Tensão de trabalho até 30V;
Foi utilizado transistores Logic MOSFET de potência (FQP50N06L) para atuar como controlador de carga resistiva.
A carga eletrônica conta com um ajuste de corrente "Grosso" e um ajuste de corrente "Fino".
Um display LED 7 segmentos é usado para indicar a corrente consumida pela carga e um outro display é usado para indicar a tensão sobre o resistor de carga de 1Ohm/50W.
Uma chave on/off para ligar e desligar o dispositivo.
Bornes banana fêmea para conexão dos cabos de testes.

COMPONENTES:
LM324 - Amplificador Operacional
50K - Potenciômetro linear
5k - Potenciômetro linear
1R/50W - Resistor de potência
10K/1W - Resistor
10K - Trimpot
1uF/50V - Capacitor eletrolítico
Amperímetro digital: http://www.ebay.com/itm/0-36-Blue-LED-5-Digits-Panel-Ammeter-0-3-0A-DC-Current-AMP-Meter-Built-in-Shunt-/371242209247?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item566fc28fdf
Voltimetro digital: http://www.ebay.com/itm/0-36-LED-5-Digit-DC-0-33-000V-Red-Digital-Voltmeter-Voltage-Meter-Car-Panel-/181404654227?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2a3c8f5a93
Conectores Banana Fêmea
Conectores KRE borne
Conector de alimentação para fonte externa
Fonte de alimentação externa 12V/1A de parede
Cabos e fios
Caixa para a montagem
Dissipador de calor
Chave on/off

OBS.: para ligar o amperímetro, pode ser necessário usar uma fonte exclusiva para ele, e nesse caso será necessário adicionar uma fonte extra de 5V. Portanto tome este cuidado! A conexão do amperímetro fica por sua conta......

ESQUEMA:

Obtenha os arquivos originais em eagle no link abaixo:
https://github.com/Arduinobymyself/Electronic_DC_Load.git