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Fontes de Alimentação

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Electrnica Analgica - Fontes de Alimentao

Fontes de Alimentao

LinearesNo concordo com o acordo ortogrfico

Electrnica Analgica: Fontes de Alimentao Lineares09-09-2012Por : Lus Timteon

ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOSTEMA : FONTES DE ALIMENTAOOBJECTIVOS

Justificar a necessidade de fontes de CC. Oferecer solues para implementa-las. Identificar as mais adequadas para cada caso. Estudar os blocos que as compem. Conseguir que o aluno chegue a desenha-las.Introduo

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Campos da ElectrnicaElectrnica Digital Sistemas inteligentesControlo de processosTratamento de dadosComunicaesElectrnica Analgica Sistemas de udioSistemas de medidaEst sendo substituda pela E. DigitalInstrumentao ElectrnicaSensoresCaptao de dadosTratamento dos sinais dos sensoresOptoelectrnicaTransmisso de dadosCaptura de informaoIntroduo

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09-09-20123

Como se alimentam todos estes circuitos?TODOS os circuitos electrnicos requerem una tenso de alimentao especfica.Em geral, os circuitos so alimentados com uma tenso contnua.Em funo da aplicao, a tenso de alimentao necessria pode variar entre 1V e 100V.A energia gasta pelos circuitos, pode ser obtida a partir de diversas fontes Primrias: A rede elctrica Uma bateria Um painel solar Um gerador elico Um gerador elctrico (p.ex. movido a gasolina)Em geral, a energia que se obtm duma fonte no pode ser usada directamente pelo equipamento que se quer alimentar. necessrio transformar a energia elctricaIntroduo

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Como se transforma a energia elctrica?Utilizando circuitos especficos cuja misso precisamente tomar a energia da fonte e transforma-la de forma adequada para que possa ser usada pela carga.Este tipo de circuitos chamam-se de REGULADORES ou CONVERSORESAs fontes de energia podem-se dividir em duas categorias: Tenso alterna: rede elctrica, aerogeradores, geradores etc. Tenso contnua: baterias, painis solares, pilhasAs cargas tambm se podem dividir em duas categorias: De tenso contnua: circuitos electrnicos em geral. De tenso alterna: motores em geral.

FONTE DE ENERGIADC ou AC

CARGADC ou AC

CONVERSOR ELECTRNICO

Introduo

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09-09-20125

Tipos de conversoresEm funo da fonte de energia e da carga, temos 4 tipos de conversores:Conversores AC/DCConversores DC/DCConversores DC/ACConversores AC/ACRectificadoresFontes de alimentaoInversoresPouco usados hoje em dia. Tendncia para ligar um rectificador e um inversor em cascata.

A parte da Electrnica que estuda este tipo de circuitos chama-seELECTRNICA DE POTNCIANeste curso vamos centrar-nos nas FONTES DE ALIMENTAOIntroduo

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Conceitos

Nvel de potncia do sistemaEspecificaes de alimentaoEspecificaes da fonte de energia

O conversor deve ser o mais simples e pequeno possvel (tamanho, custo)Para funcionar, o conversor gasta uma certa quantidade de energia. Deve ser a menor possvel.Pelo efeito de dissipar potncia, os equipamentos vo aquecer. necessrio expelir o calor!...

RendimentoConversor

Pout

PerdasPin > Pout

Introduo

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Nveis de potnciaConforme o tipo de aplicao, a potncia que o conversor/regulador deve debitar, pode variar entre valores de ordem de mW at valores da ordem de MW.Um sensor ou um implante electrnico no corpo humano podem necessitar de potncias da ordem de 10mW.Os nveis de corrente so muito baixos.Devem funcionar a tenses baixas para que no incomodem o paciente.No podem aquecer.Devem ser de tamanho muito pequeno.

Sistema de corao artificial AbioCorCorao artificialSistema de transferncia de energia transcutaneoPack exterior de bateriasUnidade de Control InternaBateria interna recarregvelIntroduo

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Nveis de potncia (Cont.)Os equipamentos electrnicos domsticos consomem potncias na ordem de 50 - 300 W. Os maiores podem consumir at 2kW.

Conforme a potncia RMS do amplificador: Entre 100-200WTV 25 - 60 WTV plasma 50: 600 W

At 300 W

Entre 1 e 2kW

200 300WIntroduo

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Centrais de comutaoOs equipamentos industriais profissionais e os usados em instalaes de edifcios podem consumir potncias da ordem de kWs.

Conversor para motoresAlimentao Telecom 50 kW

Introduo Carregadores de bateriasPerfuradores industriaisCentrais telefnicasMotores de tamanho pequeno e medianoNveis de potncia (Cont.)

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Em aplicaes de Traco e Geradores, as potncias podem chegar a alcanar potncias da ordens de MW.

Potncia: 1 MWTenso de alimentao: 1500 V, 600 Hz

Potncia: 2,4 MWTenso de alimentao: 3000 V, 600 Hz500 kW 2 MW

IntroduoNveis de potncia (Cont.)

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Electricidade no Mundo: A Nvel de Tenso/Freq

Introduo

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IntroduoElectricidade no Mundo: A Nvel de Tomadas

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Esta ficha, tem duas lminas paralelas flexveis. usada na Amrica do Norte (Estados Unidos) e em muitos outros pases incluindo Canad, Mxico, Guatemala, Jamaica e Venezuela.A:B:

Esta ficha, tem duas lminas paralelas flexveis e um terceiro pino (de Terra). usada nos mesmos pases que a ficha A.D:

Esta ficha (com terra), constitui o antigo modelo Standard Ingls e praticamente usada na ndia e frica do Sul. constituda por trs pinos longos e redondos, dispostos de forma triangular

Esta ficha (sem terra) constituda por dois pinos redondos. usada especialmente nos pases da Europa Continental e Sul da frica. C:

E: Ficha E similar C excepto na forma redonda e tem adicionalmente um contacto fmea para receber o pino de terra. usada especialmente na Frana e na Blgica.

F: Ficha F similar C e E excepto na forma redonda tendo dois contacto na vertical (terra). conhecida com ficha tipo "Schuko e usada em muitos pases europeus como Alemanha, Espanha, Portugal, ustria, Sucia, Holanda e Noruega. G:

Esta ficha tem duas laminas paralelas horizontais e uma rectangular na vertical (terra) sendo o conjunto em forma triangular. usada especialmente na Inglaterra. H:

Inicialmente usada na Austrlia, esta ficha tem duas lminas, como a ficha A mas em forma de V. Ultimamente mudaram para laminas paralelas como a ficha A.

I: Esta a verso com terra da ficha Australiana, tem duas lminas idnticas s da ficha B mas em forma de V. Ultimamente as laminas passaram a ser paralelas como na ficha B.J:

Esta ficha similar I, mas no compatvel usada exclusivamente em Israel e Gaza.

IntroduoElectricidade no Mundo: Tomadas

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K: A ficha K similar C excepto na forma redonda e um pino adicional que a terra. usada especialmente na Dinamarca

L: Ficha L similar C excepto no pino adicional central (terra). usada especialmente em Suia.M:

Ficha M similar C excepto no pino adicional central (terra). usada especialmente em Itlia.Felizmente existem Adapters: IntroduoElectricidade no Mundo: Tomadas

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220/240 V -50Hz110/115 60Hz

Existem Fontes de AlimentaoIntroduo

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um mdulo, interno ou externo, que fornece corrente contnua (DC), que pode ser uma pilha ou bateria, mas que geralmente constituda por um circuito que transforma a corrente alternada da rede primria (220 VAC) em corrente continua, em valores de tenso e corrente, adaptados ao correcto funcionamento dos equipamentos electrnicos. Afinal, o que uma Fonte de Alimentao?Tipos de Fontes de Alimentao Reguladas:LinearesComutadas:Regulador ParaleloRegulador SrieRegulador com C.I. no Isoladas:Redutor BuckElevador Boost Redutor/ElevadoBuck-BoostIsoladas:FlybackForwardMeia PontePonte completaPush-pul

Fontes de AlimentaoIntroduo

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Circuito de Potncia(Conversor)

Fonte Primria(AC/DC)

Circuito de Controlo

Carga

EquipamentoLmpada ResistnciaMotor

AC:Rede Elctrica Gerador elicoDC:BateriaPainel solar.

Potncia de sada

VRefSinais de controloIo

VoIiViPotncia de Entrada

Esquema funcional

Funo: Processar e controlar o fluxo de energia elctrica para a carga, proporcionando as tenses e correntes adequadas de forma optimizada.Fontes de AlimentaoIntroduo

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Em funo da fonte de energia e da carga, temos 4 tipos de conversores:Conversores AC/DCConversores DC/DCConversores DC/ACConversores AC/ACRectificadoresFontes de alimentaoInversoresPouco usados hoje em dia. Tendncia para ligar um rectificador e um inversor em cascata.

Introduo

Fonte AC/DC porttil de baixa potncia

Fontes de Alimentao

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Requerem poucos componentes e so fceis de construir.

O desenho das fontes de alimentao comutadas complicado, sobre tudo no que se refere sua regulao.Fonte LinearFonte ComutadaA diferena de tenso entre a fonte primaria e a tenso de sada absorvida por um elemento que controla toda a corrente que circula na cargaEntre a fonte primria e a carga coloca-se um interruptor e um filtro passivo. No interruptor nunca esto presentes duma vez tenso e corrente.Alto rendimentoRendimento baixoPequenas emanejveisPesadas evolumosasRuidosasNo irradiam rudoTrabalham com a frequncia da rede (ou com o dobro de esta), pelo que os componentes passivos que incorporam (bobinas e condensadores) so grandes.Trabalham a frequncias elevadas (dezenas ou centenas de KHz), o que permite usar bobinas e condensadores mais pequenos.

ComplexasSimplesIntroduoFontes de Alimentao

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LinearComutada

INPUT : AC 120V 60Hz 8WOUTPUT : DC 5.5V 800mA

INPUT : AC 100-240V 50/60Hz 13VAOUTPUT : DC 5.5V 800mA

91-49851 EOAMETE EWNFonte AC/DC porttil de baixa potnciaFonte Linear VS ComutadaIntroduoFontes de Alimentao

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Fontes de Alimentao Lineares

Sistemas de alimentao baseados o em reguladores lineares Simplicidade. Robustez. Sem irradiao de EMI.Redutores de tenso (Reg.).Pesados e volumosos.Baixo rendimento.

Fontes Lineares

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Sistemas de alimentao baseados o em reguladores lineares

RedeCACarga1+5VCarga2+15VCarga3-15VTransformador de baixa frequnciaRectificadoresReguladores LinearesFontes de Alimentao LinearesFontes Lineares

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FONTES LINEARES Esquema Bloco

VCC

CargaelectrnicaProteco

VAC

Transformador

Rectificador

FiltroPassivo

Regulador

um mdulo, interno ou externo, que fornece corrente contnua (DC), que pode ser uma pilha ou bateria, mas que geralmente constituda por um circuito transformador de corrente alternada da rede primria (220 VAC) em corrente continua, em valores de tenso e corrente, adaptados ao correcto funcionamento dos equipamentos electrnicos. Afinal, o que uma Fonte de Alimentao?Fontes Lineares

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FONTES LINEARES - Proteco

VAC

Proteco- destina-se a proteger a Fonte de Alimentao de sobrelevaes de tenso na rede ou de sobrecargas. Normalmente constam de Botes de Ligar/Desligar, indicadores de Ligado, Fusveis de retardo para a mxima corrente eficaz, disjuntores, VDRs, Filtros EMI, etc..

VCC

CargaelectrnicaProteco

Fontes Lineares

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FONTES LINEARES - Transformador

Converte a tenso AC da rede primria, numa tenso AC geralmente com valor mdio mais baixo adaptvel s necessidades.

Vrias possibilidades. Primrio Secundrio. Secundrio com ponto central. Pode ser ou no inversor - um ponto indica a polaridade()

Transformador

Comportamento ideal.Redutor. N1 N2.Isolamento galvnico. Proteco do utilizador.

Elevador. N1 N2.Fontes Lineares

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FONTES LINEARES - Transformador -(Resumo)

Transformador

Enrolamento do PrimrioNcleo do TransformadorFluxoMagnticoFEnrolamento do SecundrioVoltagem de sadado Secundrio

VsIs

PP = PS VP.IP = VS.IS

VpIp

Np220/115 50/60Hz

Em teoria: =100%Na prtica: = 80%

Rendimento:Fontes Lineares

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FONTES LINEARES Fusvel

PP = PS VP.IP = VS.IS

Se a Pmx= 30W e a tenso da rede de 230V ento:

Desta forma o valor do fusvel a usar no primrio ser de 130mA , de modo a queimar-se mediante a existncia de flutuaes de tenso da rede e/ou de carga, e assim proteger o tranformador e o circuito. Como calcular o valor dos fusveis?Fontes Lineares

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FONTES LINEARES - Rectificao

VAC

Rectificao- destina-se a converter a onda sinusoidal (AC), numa onda unidireccional pulsante, isto , os semiciclos negativos so convertidos em positivos, sendo que a frequncia do sinal rectificado dupla/ou igual do sinal de entrada .

VCC

CargaelectrnicaProteco

Rectificador

Transformador

Fontes Lineares

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FONTES LINEARES Rectificao Meia Onda

Semi-ciclos Positivos

Rectificadores

Semi-ciclos Negativos

utilizado um s diodo, pelo que num semiciclo o diodo conduz e no outro no conduz.Fontes Lineares

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Onda Completa (Com transformador de tomada central)

Semi-ciclos NegativosSemi-ciclos PositivosFONTES LINEARES Rectificao de Onda CompletaFontes Lineares

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(Com transformador de tomada central ou transformador de secundrio Dipolo)

VD1t

VD2

VRt

V22

(pk)

2x12,6VVD1

VD2

VRt

V1tV2

V2(pk)

VIP=V2(pk)

VIP=2V2(pk)FONTES LINEARES Rectificao de Onda CompletaFontes Lineares

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RD2T1S1F1

v1D1

v2D2t

Mxima tenso inversa que o dodo tem de suportar 2V2(pk)-VD.Vmed = (V2(pk).0,636)

ONDA-COMPLETA

CICLO

5 mSVmed

O sinal rectificado tem frequncia dupla do sinal de entradaAs voltagens nos secundrios esto em oposio de fase e cada dodo conduz semiciclos positivos.Para rectificao de onda completa com dodos discretos, necessrio um transformador com secundrio duplo.V1V2FONTES LINEARES Rectificao de Onda CompletaFontes Lineares

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Rectificadores

Vmed = (Vp.0,636)

CICLO

5 mSVmed

O sinal rectificado tem frequncia dupla do sinal de entrada Para rectificao de onda completa no necessrio o transformador ter secundrio duplo.

Mxima tenso inversa que o dodo tem de suportar V2(pk)-2VD(passa por dois dodos por cada semiciclo).FONTES LINEARES Rectificao de Onda CompletaCom Ponte de GreatzFontes Lineares

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Rectificadores

vs1

Vmed = (Vp.0,636)

CICLO

5 mSVmed

Mxima tenso inversa que o dodo tem de suportar (2VPS-VD).O sinal rectificado tem frequncia dupla do sinal da entrada AC. Com transformador de secundrio duplo, e uma ponte de Graetz consegue-se uma fonte com tenses simtricas

T1S1F1

+V-V0VR1R2V1V2

vs2

*VR1

-VR2

FONTES LINEARES Rectificao de Onda Completa

Tenso Simtrica

Com Ponte de GreatzFontes Lineares

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Rectificadores

Como a rectificao de Meia-onda, assim a frequncia da tenso rectificada igual da Rede AC.

- Factor de forma, a relao entre o valor eficaz da tenso e o valor DC; o valor ideal seria 1:

(r) Factor de Ripple, mede a percentagem de AC na tenso rectificada. Sendo rectificao de Meia-Onda,121% mostra que o nvel de contnua muito baixo...

() O Rendimento, na ordem de cerca de 40%, tambm relativamente fraco.FONTES LINEARES Sinais RectificadosMeia OndaFontes Lineares

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A rectificao de Onda Completa, assim a frequncia da tenso rectificada dupla da Rede AC.

Valor mdio:

VS2

VS1t

ISt

tVDTenso inversa

FONTES LINEARES Sinais RectificadosOnda Completa com Transformador duploFontes Lineares

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Onda Completa com Ponte de Graetz

Onda Completa com transformador duplo

Fonte simtricaOnda Completa com Ponte Graetz

Meia-Onda

Onda Completa com transformador tomada central

RectificaoFONTES LINEARES Sinais RectificadosResumoFontes Lineares

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FONTES LINEARES Sinais RectificadosResumoFontes Lineares

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VAC

VCC

CargaelectrnicaProteco

Transformador

Rectificador

FiltroPassivo

Finalidade: Reduzir a componente AC da tenso rectificada (Pulsante). Permitir que a componente contnua chegue carga livre de flutuaes. Eliminar a componente alterna.

Transformador+Rectificador

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtro com bobineValores L. iL > 0. ZL(ca) >> RL.

vmed(ac)

ZL = 2fLRL

Vmed(dc)

ZL = 0RLvmed(dc) = 2VRmaxVmed(ac) = - cos (2t) - cos (4t) + 2V34V15

Rectificador

veRL

iLL

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtro com bobine e condensador

Rectificador

veRL

iLL

Melhora o funcionamento. C contribui para eliminar a componente AC.Valores de L e C. ZC(ac) > ZC (ca). iL > 0.

(dc)

(ac)

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Voltagem de Pico

Filtro de entrada a Condensador(Capacitivo)

Filtro de entrada a Choke(indutivo)

Filtro de entrada a Choke(indutivo)Com filtro capacitivo a tenso diminui linearmente com a carga.Com filtro indutivo, inicialmente a tenso diminui muito com a carga, mas a partir de determinado ponto mantm-se constante independentemente da carga.Esta caracterstica faz com que o filtro indutivo funcione com proteco de curto-circuitos, o que bom, mas para que a tenso seja constante, necessria uma determinada carga mnima o que far reduzir ainda mais o rendimento Carga

Tenso de sada do FiltroVoutFONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtros com bobine e condensador

Filtro CapacitivoRC

CLFiltro LC Entrada a Condensador

RCL

Filtro LC Entrada a Bobine

Filtro RC em

CLFiltro LC em

LFiltro LC duplo Entrada a Bobine

Filtro Capacitivo evita o uso de indutncias. Pesadas e volumosas para frequncias de 50 120Hz.FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtro com condensador

Rectificador

veRL

Evita o uso de indutncias. Anlise mais complexa. Pesadas e volumosas para frequncias de 50 / 100Hz. A evoluo das correntes e tenses no circuito d lugar a instantes em que os dodos rectificadores esto inversamente polarizados. Comportamento no linear.FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Carga

Filtro com condensadorFuncionamento

Vpk

v1vR

Descarga

v1vR

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Rectificador

vRLRL

Filtro com condensadorAnlise

VRL

V(ac)min

VRmax

T VRmax

C = I.tVr

T = 1f

I = VRLRLSupe-se a descarga do condensador a corrente constante.

VmedVr

2Vr

T T T T T V(ac)min

Nvel DC Vem Em que T o tempo de conduo dos diodos para a carga de C.

Descarga/Carga Ideal

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtro com condensadorFONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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VpkDesenvolvimento das Expresses do RipplePara calcular orms de uma sinuside, dividiria por 2 a Vr(pp) e multiplicaria por 2. Esta forma de onda aproxima-se mais duma dente de serra, cujo factor rms 3. Ento:

tdes

V(dc)

Para efeitos de clculo do condensador, considera-se o tempo de descarga ao perodo T, e o tempo de carga tc Instantneo, desprezvel.

Descarga/Carga Ideal

FONTES LINEARES FiltragemFontes Lineares

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Filtro com condensador

(LENTA)

(RPIDA)

Valor de C

Valor da Carga

100F

1000F

10F

100

1000

10 FONTES LINEARES Filtragem

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VRt

vRt

TC C t

T1T

Filtro com condensador

Porque no se usa um condensador o maior possvel? Principalmente para evitar um aumento desnecessrio do volume. Alm disso h que ter em conta a influncia do valor do condensador sobre a corrente que circula nos dodos. (Aumenta)FONTES LINEARES Filtragem (Cont.)Fontes Lineares

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vRt

TC Quando se aumenta a capacidade do condensador, verdade que se diminui o Ripple, mas o tempo de carga do condensador diminui e o tempo de descarga aumenta, ento, o condensador tem que carregar mais energia em mais curto espao de tempo, o que vai originar um pico muito intenso de corrente nesse espao de tempo, podendo at danificar os diodos.Clculo da Corrente mxima nos diodosOs diodos s vo conduzir, no espao de tempo em que a voltagem de sada menor que a de entrada, que quando se d a carga de C. Num circuito rectificado sem condensador a corrente mxima no diodo seria a voltagem de pico sobre a carga, mas com um condensador, vai ser essa mesma corrente, mais a corrente de carga do condensador, que pode ser quatro ou mais vezes superior Suponhamos uma fonte de 12V 0,5A:A corrente mdia nos diodos de cerca de 0,5A.Supondo que o condensador carrega em do perodo T, quer dizer que alimenta a carga durante de T. Para um condensador de 3300F e uma ondulao de 1,45V, de rectificao completa de 50Hz (T=20ms/2=10 ms) corrente de pico ser: IDmax= (0.0033F x 1.45V)/0.0025s + 0,5A= 2.414 AQ= I.t/C em que Q= V I =cVtIoFONTES LINEARES Filtragem (Cont.)Fontes Lineares

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vRt

Clculo da Corrente mxima nos diodosFONTES LINEARES Filtragem (Cont.)Fontes Lineares

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+80V+60V+70VExemplo 1:Qual o valor do Factor de Ripple na sada de uma Fonte de Alimentao, se um Voltmetro mede na sada 200 VDC e 2 VAC?

(O voltmetro mede valores eficazes)Vr(rms) = 2 VVmed(DC )= 200 VExemplo 2:O Valor pico a pico do Ripple ,Vr, : 80V 60V = 20VEnto o valor de pico :Ento o valor eficaz do Ripple (sinusoidal) :20 /( 2x1,4142) 7,07VO valor mdio DC, dado aproximadamente pelo valor que fica a meio entre o mximo e o mnimo do Ripple, e neste caso 70V. Ento:FONTES LINEARES Filtragem (Exerccios)Fontes Lineares

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O conjunto rectificador + filtro pode constituir uma fonte de alimentao. Se a carga no pedir demasiada corrente. Ser sensvel s variaes da carga e da tenso de entrada. Para conseguir mais estabilidade na tenso de sada preciso incluir um regulador. Regulador em Paralelo (Shunt). Regulador em Srie.

Rectificador

FiltroPassivo

Regulador

FONTES LINEARES RegulaoFontes Lineares

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Circuitos reguladores em paralelo

Vo = Vz

RRLVz

VoFONTESEMREGULAO

Vin

VpA tenso Vin deve ser sempre maior que a tenso Vo. Interessa que Vin no seja muito maior que Vo.A diferena entre ambas as tenses dissipada na resistncia R.FONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Diodo ZenerCircuitos reguladores em paraleloFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Diodo Zener

Efeito Zener e Ripple

Carga em curtoSem CargaCircuitos reguladores em paraleloFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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VINTensodeRefernciaMalhadeAmostragem

Comparador

ElementosrieReguladordeTenso

VOUTCircuitos reguladores em paraleloFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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ElementoSrie

Elementode Controlo

FONTESEMREGULAO

RcVz

Vin

VoR2R1

RSCircuito deAmostragem

Tenso deReferncia

CircuitoComparador

Circuitos reguladores em paraleloFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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RcVz

Vin

VoR2R1

RRS

A principal desvantagem do regulador paralelo, reside na dissipao em RS da tenso Vin-Vout da qual resulta uma eficincia muito baixa .

IcCircuitos reguladores em paraleloFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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A outra possibilidade...FONTESemREGULAO

RRLVz

Vin

Vo = Vz VBEO elemento de controlo passa a ser um transistor.A resistncia R reduz o seu valor.Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Finalidade: Manter uma tenso de sada constante para qualquer valor de carga e tenso de entrada. Sistema realimentado negativamente para manter uma tenso de sada constante.

CIRCUITOCOMPARADORCIRCUITO DEAMOSTRAGEMELEMENTODE CONTROL

Vinentradano regulada

VosadareguladaTENSO DEREFERNCIA

Esquema BlocoCircuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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FONTESEMREGULAO

RRLVz

Vin

VoR2R1Esquema de um regulador de tenso em srie com a carga.De notar que o elemento srie passou a ser um transistorCircuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Elemento de Controlo

CircuitoComparador

FONTESEMREGULAO

RRLVz

Vin

VoR2R1Circuito de Amostragem

Tenso de Referncia

Identificao dos blocos de que consta um regulador Srie.Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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RVz

Vin

VoR2R1

Vin

RVz

VoR2R1

A ter em conta:O Ampop. Est alimentado por uma fonte no estabilizada. O seu comportamento pode variar com as variaes de Vcc.(Vin)H que assegurar que o Ampop. trabalha na zona linear.Vout < Vcc-2. Vin > Vo+2

Tenso de Vo

Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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RVz

vin

voR2R1

vin

RVz

voR2R1

A ter em conta:A Tenso de referncia. Circuito muito simples. Fazendo R suficientemente elevada evita-se a influncia das flutuaes de Ve. Podem usar-se LEDs ou diodos rectificadores.Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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RVz

Vin

VoR2R1

Vin

RVz

VoR2R1

A ter em conta:Circuito de Amostragem. Circuito muito simples. Valores de R1 e R2 elevados em comparao com a carga.

Vo = VzR1 + R2R2Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Curva de Regulao

Limitao da corrente constante. Se is < Imx, tem-se Vo = Vo(nom). Quando is > Imx, Vs diminui.

isvoImx

Rcc

VBE2Quando Q2 conduz, rouba corrente de base a Q1. Limita assim o valor de is. O valor de Imx fixo com Rcc.Rcc Imx 0,6V [VBE2(ON)]

Circuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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RRLVz

Vin

VoR2R1

Rcc

Esquema completoCircuitos reguladores SrieFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Regulador srie, a transistores, com limitador de correnteDz- Tenso de refernciaQ1- ComparadorQ2- Amplificador DCQ3- Elemento srieQ4- Limitador de correnteR3/R4/R5- Malha de amostragemR6- Amostragem de corrente

Q1Q2Q3Q4R3R4R5DzR1R2R6O limitador de corrente destina-se a proteger o circuito ao limitar a corrente a um determinado valor.(Q4/R6)Se carga (RL) VOUT VR4 VBQ1 ICQ1 VR2 VBQ2 ICQ2 ICQ3 VOUTR6 deve ter um valor para que a corrente mxima que a unidade pode fornecer Icarga x R6 = 0,7v afim de Q4 conduzir limitando a corrente de Q3.

FONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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Incluem todos os elementos de um regulador em Srie.

Condensadores para melhorar a estabilidade.Circuitos Integrados reguladores de tenso Reguladores de tenso positiva fixa. Reguladores de tenso negativa fixa.Reguladores de tenso ajustveis

INOUTGND

Proteco trmica contra sobrecargas:Corrente mxima depende do tipo de encapsulado.0,1F0,33FFONTES LINEARES Regulao (Cont.)Fontes Lineares

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FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosSerie 78XX. Os dgitos XX indicam a tenso de sada.Reguladores de tenso fixaTenses entre 5 e 24V.A tenso de entrada deve ser superior da sada. Pelo menos 2 a 3V. No deve ultrapassar os 35V (40Vpara o 7824). Negativa: Sries 79XX Positiva: Sries 78XX 7805- tenso de sada positiva de 5v7905- tenso de sada negativa de 5v

Fontes Lineares

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vrede

220Vef

VinVoRCARGA

INOUTGND

470F10nF781218Vef18VefC

25,46Vpico

+12V

ExemploCalcular a relao de espiras do transformador mais adequada para minimizar a potncia dissipada.O condensador C deve assegurar que Vin nunca desce abaixo do valor mnimo permitido. A corrente de descarga is.Positiva: Sries 78XX FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Positiva: Sries 78XX / Negativa: Sries 79XX Positiva: 78S05

ExemploFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosReguladores de tenso fixaFontes Lineares

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Reguladores de tenso fixa negativa

Srie 79XX. Anlogos aos reguladores positivos da serie 78XX.

INOUTGND

Fontes LinearesFONTES LINEARES - Reguladores Integrados

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vred

N2+

78XX

79XX

vred

N2+

78XX

79XX

N2N2+

78XX

N2N2+

79XX

Reguladores de tenso simtrica

vred

N2+

78XX

79XX

vred

N2+

78XX

79XX

vred

N2+

78XX

79XX

vred

N2+

78XX

79XX

FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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TransfoRectif.Filtro78XX

0+-

vrede

N2N2+

78XX

79XX

++V

-V

Podem-se implementar fontes simtricas com os 78XX/79XX.Poderamos desenhar as fontes completas...Usando 79XX simplifica bastante o desenho.Reguladores de tenso fixa Negativa/Positiva Facilitam a construo de fontes de alimentao simtricas.FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries 78XX / Negativa: Sries 79XX

ExemploFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Circuitos Integrados Reguladores de tenso Ajustveis

Reguladores ajustveis de terminais mltiplos. Permitem montar uma fonte de alimentao completa.

Rcc

R1R2

REF

723 Podem adaptar-se para ref de qualquer tenso.FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries LM317Variao mxima da voltagem de sada - 1% (LM317A).Mxima Regulao de linha 0.01%/V (LM317A).Mxima regulao de carga 0.3% (LM117).Garantida em excesso 1.5A de corrente de sada.Ajustamento de voltagem de 1,2V a 37V.Limite de corrente constante com a temperatura.80 dBs de Rejeio de Ripple.Proteco de curto-circuito na sada.

TO-220LM317T

123TO-3LM317K

132TO-92LM317L

TO-252LM317AMDT321Este circuito Integrado, um regulador de voltagem programvel com invlucros TO-220, TO-92,TO-3,D-Micropackage, etc.Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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This device is a monlithic integrated programmable voltage regulator, assembled in the DIP-14 (14-lead dual in-line plastic) and SO-14 micropackage. The circuit provides internal current limiting. When the output current exceeds 150mA an external NPN or PNP pass element may be used. Provisions are made for adjustable current limiting and remote shutdown.

Features

Input voltage up to 40V Output voltage adjustable from 2 to 37V Positive or negative supply operation Series, shunt, switching or floating operation Output current to 150mA without external pass transistor Adjustable current limiting

DIP-14

Features

DIP-14

Sries LM723O CI tem limitao interna de corrente. Quando a corrente excede 150 mA.Este circuito Integrado, de baixa potncia, um regulador de voltagem programvel com invlucros DIP-14 (14-lead dual in-line plastic), TO-5 e SO-14 micropackage.

Voltagem de entrada at 4 a 40VVoltagem de sada ajustvel de 2 a 37V. Regulao positiva ou negativa. Operao Srie, paralelo, e de comutao ou flutuaoCorrente de sada at 150 mA sem elemento externo. Limitao de corrente ajustvel

Circuito EquivalenteCircuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries LM350Variao mxima da voltagem de sada - 1% (LM350A).Mxima Regulao de linha 0.01%/V (LM350A).Mxima regulao de carga 0.3% (LM350A).Garantida em excesso 3A de corrente de sada.Ajustamento de voltagem de 1,2V a 37V.Limite de corrente constante com a temperatura.86 dB de Rejeio de Ripple.Proteco de curto-circuito na sada.Este circuito Integrado, idntico ao LM317, um regulador de voltagem programvel com invlucros TO-220, TO-92,TO-3,D-Micropackage, etc. fornecendo ate 3A de corrente Fontes de Alimentao ajustveis. Reguladores de corrente constanteCarregadores de baterias. Aplicaes

Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries LM317Voltagem de sada ajustvel de 1,25 a 37V. Voltagem de entrada de 4 a 40V.

Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries LM317

TO-220LM317TExemploCircuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries LM723

Voltagem de sada ajustvel de 2 a 37V 2A.

ExemploDevido ao pino 2 (current Limit)Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries, LM350.

ExemploCircuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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O L200C um regulador de 5 pinos muito verstil pois oferece num nico IC regulao de voltagem e corrente. Tem proteco trmica e de sobretenso na entrada at 60VDC.

54213

InputLimitingGNDREF.OutputCurr.

TO-3 (4 Leads)L200TL200T

PentawattPackageEspecificaes:Voltagem de entrada:40V max.Pico na voltagem de entrada: 60V max. por 10msVoltagem da sada : 2.85 a 36VCorrente de sada: 0.1 a 2ACorrente quiescente : 4.2mARegulao da carga : 0,15% a 2ARegulao de rede: 60 DBsQueda de tenso tpica: 2VSries, L200C.Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Sries, L200C.C1 e C2 Amortecem as tenses de entrada e sada, afim de evitar oscilaes. Rsc fixa a corrente mxima do circuito. R2 deve ser suficientemente elevado afim de permitir maior sensibilidade na variao da regulao. Circuitos Integrados Reguladores de tenso AjustveisFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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EspecificaesTenso de sada (Output Voltage). Valores tpico, mnimo e mximo.Regulao de Carga (Load Regulation). Mxima variao de Vo.Regulao de Rede (Line Regulation). Mxima variao de Vin.Corrente de sada em curto-circuito (Short-Circuit Current). Quantidade de corrente que o regulador pode debitar.Corrente de sada de pico (Peak Output Current). Mxima corrente de pico [no repetitivo].Queda de tenso (Dropout Voltage) Mnimo valor de diferena de tenso entre a entrada e a sada.Rejeio de Ripple (Ripple Rejection). Rejeio frequncia de ripple em dBs.Circuitos Integrados Reguladores de tensoFONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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FONTES LINEARES - Reguladores IntegradosFontes Lineares

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Actualmente existem reguladores com tcnicas que reduzem consideravelmente a queda de tenso para menos de 1.0V chamados Low DropOut Regulators (LDO). Como consequncia aumenta consideravelmente o rendimento permitindo o uso de Reguladores Lineares em aplicaes de alta potncia.Aplicaes usando Reguladores Lineares so mais simples e baratas, e requerem poucos componentes externos.Aplicaes Lineares so consideravelmente mais Silenciosas uma vez que no h rudo de comutao a alta Frequncia.

Reguladores LDO Combinam baixa Dropout (130-mV) com alta corrente (150-mA) num encapsulamento pequenssimo (SC-70 Package)

FONTES LINEARES - Reguladores Lineares de TensoLow DropOut Regulators Fontes Lineares

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Os Reguladores Comutados e os Reguladores Lineares, usam tcnicas bem diferentes, para produzirem uma voltagem de sada regulada, a partir de uma tenso de entrada no regulada.Cada uma das tcnicas tem as suas vantagens e desvantagens, pelo que ser a sua aplicao a determinar qual a tcnica mais acertada.As Fontes de alimentao Lineares s podem baixar a tenso de entrada para produzir na sada uma voltagem de sada mais baixa.Isto conseguido com transistores bipolares ou Mosfets em srie operando em modo linear: quer dizer, a conduo de elemento Srie, varia proporcionalmente de modo a manter constante a voltagem de sada. Funcionando deste modo, significa que haver sempre uma queda de tenso (headroom voltage/Vdrop) entre a tenso de entrada e a de sada.Consequentemente o regulador dissipa uma potncia considervel, dada pela queda de tenso vezes a corrente da carga. devido a esta perda de potncia que os Reguladores Lineares apresentam Rendimentos na ordem de 36 a 65%. Por exemplo, se um regulador de 5.0 V tem uma entrada de 12 V para uma corrente de carga de 100 mA o regulador tem que dissipar 700 mW, para fornecer uma potncia til na carga de 500 mW o que perfaz um Rendimento de 42%, muito baixo portanto.Os custos de dissipao, fazem com que os Reguladores Lineares no sejam economicamente rentveis para aplicaes superiores a 10W.Abaixo dessa potncia so contudo viveis em aplicaes de abaixamentos de tenso..FONTES LINEARES - Reguladores Lineares de TensoFontes Lineares

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Actualmente existem reguladores modulares de montagens SMD para usos militares e comerciais, para uma variada gama de tenses de entrada e sadas standards ou seleccionadas de fbrica, ou pelo utilizador, com tcnicas lineares e comutadas.

FONTES LINEARES - Reguladores Lineares de TensoFontes Lineares

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BibliografiasFontes Lineareswww.unioviedo.es/ate/majopri/intro/docs/leccionhttp://paginas.fisica.uson.mx/horacio.munguia/aula_virtual/Cursos/Instrumentacionhttp://www.electronics-tutorials.ws/Fontes de Alimentao - parte 1 - Por Marcos Fernandeshttp://docentes.fam.ulusiada.pt/~d1095/Cap2_Elec_0607.pdfhttp://www.emergencyradio.ca/course/http://educypedia.karadimov.info/library/Unit10.pdf

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