Carga Eletrônica Ajustável

 Carga Eletrônica Ajustável

Figura 1 - Carga Eletrônica. Fonte: do Autor.

    Antes de prosseguir com o conteúdo de fonte linear, vou dar uma pequena pausa para apresentar um circuito que também é muito importante para uma bancada de trabalho. Uma carga eletrônica ajustável.

    Este equipamento é, como o próprio nome diz, uma carga ajustável para testes de circuitos. Anteriormente eu utilizava aparelhos que drenavam uma alta corrente dos circuitos que eu apresento para vocês, mas não tinha um controle preciso. Eu usava motores DC de maiores potência, lâmpadas incandescentes, etc.

    Uma carga eletrônica ajustável é pura aplicação da primeira Lei de Ohm, onde variando a uma tensão aplicada em um banco de resistores, obtemos a corrente desejada.

    I = V/R

    Como todo circuito que eu apresento para vocês, este também será confeccionado com componentes que tenho disponível no estoque da minha oficina. E para este caso, como é um circuito que quero tê-lo como aparelho de teste de bancada, confeccionarei uma placa em fenolite.

    Este circuito que apresento para vocês já é bem conhecido na internet. Mas eu proponho algumas mudanças para melhor adequá-lo. A primeira foi a adição de um potenciômetro de 10K em série com o de 100K para ajuste fino. Para a tensão na porta não inversora do ampop, será utilizado um 7805 e a alimentação dele virá de uma fonte de 12V. Esta fonte externa também fornecerá tensão para uma ventoinha que auxiliará na dissipação de calor do Mosfet. Fiz este arranjo para poder testar fontes com tensões diferentes.

    A corrente será drenada por um banco de resistores que possuem resistência e potência equivalentes de 0,975Ω por 40W. Serão quatro resistores de 3R9Ω por 10W cada. A tensão que estes resistores receberão será de até 5V, vindo da linha do ampop que será controlada pelo feedback da realimentação negativa. A tensão variará de 5V até perto de 0V em cima dos resistores e com isso controlamos a corrente que será drenada.

    Circuito bem básico de realimentação negativa com Ampop. Eu utilizei um LM324, amplificador bem comum. Na porta não inversora dele iremos variar a tensão de 0 a 5V (linha do 7805). A porta inversora receberá tensão do pino source do Mosfet, e o pino gate está ligado a saída do Ampop. Ou seja, setando uma tensão na porta não inversora, a saída do ampop irá gerar uma tensão no gate do mosfet para se ter a mesma tensão da porta não inversora na porta inversora que está conectada ao source do mosfet. Simplificando ainda mais, a saída do ampop irá gerar uma tensão para igualar as tensões da porta inversora com a da não inversora.

    Tudo isso para ter uma tensão de até 5V aplicada ao banco de resistores, pois eles dissiparão muita energia em forma de calor.

Um pouco de matemática e leis de Ohm

No banco de resistores:

Tensão 5V, Resistor equivalente de 0,975Ω por 40W.

I = V/R = 5/0,975 = 5,13A

P = V x I = 5 x 5,13A = 26,65W

No Mosfet com tensões exemplos de 12V, 18V, 24V:

Vmosfet = Vfonte – Vresistor = 12 – 5 = 7V

Pmosfet = Vmosfet * Corrente = 7 x 5,13 = 35,91W

Vmosfet = Vfonte – Vresistor = 18 – 5 = 13V

Pmosfet = Vmosfet * Corrente = 13 x 5,13 = 66,69W

Vmosfet = Vfonte – Vresistor = 12 – 5 = 19V

Pmosfet = Vmosfet * Corrente = 19 x 5,13 = 97,47W

    Obtidos estes valores, temos que encontrar um mosfet que suporte corrente, tensão e potência. Inicialmente eu tinha previsto o uso do IRFZ44N mas segundo o datasheet ele suporta até 94W. Eu cheguei a utilizá-lo mas o mesmo entrou em colapso já com 74W dissipados. Mesmo utilizando um dissipador com ventoinha.

    Então eu corri para o Mosfet mais potente que eu tinha em bancada. Um 7N95 que estava esquecido no meu estoque. Este mosfet veio de uma sucata de uma fonte ATX. Segundo o datasheet ele suporta até 150W no encapsulamento TO247 que é o deste modelo.

Figura 2: Mosfet 7N95 no encapsulamento TO-247. Fonte: do Autor.

    Por causa da alta corrente da queda e da tensão em cima do mosfet, é necessário um bom dissipador de calor. Eu recorri a minha sucata novamente e escolhi um conjunto cooler (dissipador e ventoinha) de computador. Um antigo cooler para os socket 775 de processadores. E também resolvi colocar um dissipador de calor em cima do banco de resistores.

    O esquemático e a placa de circuito impresso foram criados no software Kicad. O circuito e a serigrafia foram transferidos para o fenolite através de passagem térmica. A placa foi colocada em percloreto de ferro para relevar os circuito. Após isso fiz a etapa de furação para a passagem dos terminais dos componentes e por fim feito a solda.

 

Figura 3: Esquemático do circuito. Fonte: do Autor.

Figura 4: Circuito transferido para o fenolite. Fonte: do Autor.

Figura 5: Serigrafia dos componentes no fenolite. Fonte: do Autor.

    O gabinete eu resolvi construir desta vez. Geralmente eu compro caixas para montagens de circuito. Eu utilizei tampas plásticas de tela de notebook. Cortei o plástico e moldei dois perfis em "U". Depois fixei a placa com porcas e parafusos também vindos da sucata de notebook. Na frente coloquei o controle da carga: chave liga e desliga, chave para liberar a saída da carga, led de sinalização, potenciômetros de controle e bornes banana para conectar a fonte para teste. Atrás há um terminal para conexão de um fonte de até 15V para alimentar o ampop e a ventoinha de refrigeração.

Figura 6: Carga eletrônica. Fonte: do Autor.

Figura 7: Carga eletrônica. Fonte: do Autor.

Figura 8: Interior da carga eletrônica. Fonte: do Autor.

    

    No canal da Eletricidade Elétrica no Youtube (https://www.youtube.com/channel/UCTZ2AZlBDnCw4-kQO9J3czw) trará um vídeo sobre este projeto. Se curtiram este conteúdo usem o campo de comentários para se manifestarem. Deixam lá suas críticas, dicas e sugestões de conteúdos que queiram ver aqui no blog e no Youtube.

Se quiserem podem entrar em contato comigo pelo e-mail eletricidadeeletrica@gmail.com

Sou Luiz Cherem, técnico de informática e eletrônica.

Até a próxima postagem.