FONTE DE ALIMENTAÇÃO COM CI REGULADOR

1. INTRODUÇÃO

O padrão de transmissão e distribuição de energia elétrica no mundo, por motivos técnicos e financeiros é feita em sua quase totalidade sob a forma de Corrente Alternada Senoidal, na região metropolitana de Belo Horizonte por exemplo, em 220V ou 127V (em valores eficazes) e freqüência de 60Hz. Esta pode ser utilizada diretamente para acionamento de motores, energização de cargas resistivas e iluminação. Porém, outras aplicações requerem corrente contínua, como por exemplo, processos eletrolíticos industriais, o acionamento de motores de alto conjugado de partida (utilizados em tração elétrica e controles industriais), carregadores de bateria e a alimentação de praticamente todos os circuitos eletrônicos.

A obtenção de corrente contínua a partir da corrente alternada disponível é indispensável nos equipamentos eletrônicos. Estes possuem então, em geral internamente, as chamadas “Fontes de Alimentação” ou “Fontes de Tensão”,

1.1 Justificativa

Faz-se necessário compreender o conceito de fonte de alimentação, pois estes dispositivos desempenham um papel importante das diversas áreas da engenharia eletroeletrônica. Através da capacidade de elaboração de uma fonte auxiliar irá partir a base para uma melhor compreensão do funcionamento dos circuitos eletrônicos e de seus principais componentes.

1.2 Objetivo

Este trabalho tem por objetivo desenvolver nossos conhecimentos a cerca das questões técnicas essenciais ao desenvolvimento da eletrônica, assim explorando não só a criação de uma fonte auxiliar, como também todas as questões de formas de onda obtidas sobre a interferência de semicondutores e circuitos eletrônicos.

2. ABORDAGEM TEÓRICA

As fontes de alimentação auxiliar constituem em geral um dos primeiros passos para a elaboração, instalação ou o uso de equipamentos elétricos e/ou eletrônicos. A sua função é através de uma fonte primária, 220V ou 127V por exemplo, fornecer ao circuito uma fonte confiável em uma tensão e corrente pré determinados.

As etapas de funcionamento de uma fonte básica simples (ou linear) é constituída por 4 blocos, cada um com sua finalidade específica:

Figura 1 – Diagrama de Blocos de uma fonte de alimentação linear

• Bloco 1 - Transformador - Altera os parâmetros 'tensão e corrente' de entrada AC para outro(s) valor(es) de 'tensão e corrente' de saída AC. Um dado valor de tensão de saída AC podem ser maior, igual ou menor que a tensão de entrada AC.

• Bloco 2 - Retificação - Retifica os pulsos de saída do transformador, produzindo uma nova saída polarizada, pulsante, CC.

• Bloco 3 - Filtragem - Filtra a tensão pulsante de saída do bloco retificador eliminando boa parte de sua pulsação.

• Bloco 4 - Regulagem - Regula eletronicamente a saída do bloco de filtragem de modo a se obter uma tensão contínua e constante. Esse bloco pode incluir uma proteção contra diversos 'aborrecimentos', como veremos ao final.

2.1 Transformador

O transformador é um conversor de energia eletromagnética, cuja operação pode ser explicada em termos do comportamento de um circuito magnético excitado por uma corrente alternada. Consiste de duas ou mais bobinas de múltiplas espiras enroladas no mesmo núcleo magnético, isoladas deste.

Uma tensão variável aplicada à bobina de entrada (primário) provoca o fluxo de uma corrente variável, criando assim um fluxo magnético variável no núcleo. Devido a este é induzida uma tensão na bobina de saída (ou secundário). Não existe conexão elétrica entre a entrada e a saída do transformador.

Um transformador ideal, como apresentado na figura abaixo, deve respeitar as seguintes premissas:

1. Todo o fluxo deve estar confinado ao núcleo e enlaçar os dois enrolamentos;

2. As resistências dos enrolamentos devem ser desprezíveis;

3. As perdas no núcleo devem ser desprezíveis;

4. A permeabilidade do núcleo deve ser tão alta que uma quantidade desprezível de fmm é necessária para estabelecer o fluxo.

Figura 2 - Transformador Ideal

Normalmente em um transformador real os dois enrolamentos são colocados juntos, abraçando o mesmo fluxo. Para maior clareza, representa-se na figura acima os enrolamentos primários e secundários separados, embora o fluxo seja o mesmo para ambos. O fluxo f que enlaça os enrolamentos induz uma Força Eletromotriz (FEM) nestes (e1 e e2 da figura 2). Supondo que o fluxo varie senoidalmente, e sabendo que o valor eficaz de uma tensão induzida é dada por , tem-se:

Onde E1 e E2 são os valores eficazes das tensões induzidas e1 e e2. Dividindo-se as equações tem-se:

Ou seja, as tensões estão entre si na relação direta do número das espiras dos respectivos enrolamentos. A razão é denominada relação de espiras.

A figura abaixo apresenta o transformador ideal agora com uma carga Z2 conectada ao secundário.

Figura 3 - Transformador Ideal com Carga

O fato de se colocar a carga Z2 no secundário fará aparecer uma corrente I2 tal que: .

Esta corrente irá produzir uma força magnetomotriz (FMM) = N I no sentido mostrado na figura 3. Uma força magnetomotriz (FMM)= N I de mesmo valor, mas contrária a FMM2 deve aparecer no enrolamento 1 para que o fluxo não varie. Desta maneira tem-se:

o que indica que as correntes no primário e secundário de um transformador ideal estão entre si, na relação inversa do número de espiras. Levando-se em consideração o princípio da conservação de energia, se desprezarmos todas as perdas podemos calcular a carga Z2 em relação ao primário do transformador sabendo que .

Então: