Fonte - 12V x 20A

Equipamentos móveis, alimentados por baterias de carro ou mesmo veículos mais pesados, podem apresentar consumos altos o suficiente para difi­cultar sua alimentação por fontes comuns. Para empregar tais equipamentos com alimentação a partir da rede de energia, podem ser necessárias fontes potentes cujo projeto nem sempre é fácil de obter. Da mesma forma, existem equipamentos industriais que funcionam com altas correntes sob tensão de 12 V e que, eventualmente, precisam de uma fonte para reparos numa bancada. Neste artigo trazemos o projeto de uma fonte de 20 A, o que, com uma alimentação de 12 V, significa uma potência da ordem de 240 watts.

Muitos leitores possuem equipamentos de som superpotentes em seus carros, o que dificulta sua utilização com fontes de alimentação comuns quando em casa. Da mesma forma, muitos transceptores para as faixas de VHF e outras, podem ter potências suficientemente elevadas de modo a exigir correntes acima de 10 A, o que também implica na necessidade de fontes especiais quando alimentados a partir da rede de energia. 

Finalmente, há o caso do profissional da manutenção industrial que precisa fazer reparos em equipamentos de alta potência alimentados por 12 V em uma bancada, sem poder contar com as fontes originais ou uma bateria. 

Neste artigo, damos o projeto de uma potente fonte para aparelhos de 12 V a 14 V que, normalmente, são usados com baterias de carro ou veículos mais pesados. 

Esta fonte possibilita ao profissional trabalhar com tais equipamen­tos em sua bancada, e ao usuário operar o equipamento em casa ou em outro local a partir da rede de energia. 

Evidentemente, visto que correntes elevadas estão presentes em alguns pontos do circuito, será preciso tomar cuidado com a fiação, utilizando-se fios de espessura apropriada, nos locais onde eles sejam exigidos. 

Por outro lado, o uso do transformador na entrada torna a fonte total­mente segura, sem qualquer perigo de choques em caso de contatos nos equipamentos alimentados. 

Lembramos que, como tais equipamentos se destinam ao uso em veículos onde o chassi é ao mesmo tempo terra, suas carcaças ou caixas fazem parte do circuito. 

COMO FUNCIONA 

A redução da tensão da rede de energia e o isolamento são feitos por um transformador. Dada a corrente exigida neste transformador, seu tamanho é razoável, consistindo na principal peça de nossa fonte tanto em termos de tamanho quanto de custo. 

A retificação é feita por quatro diodos ou uma ponte que tenha capacidade de pelo menos 15 ampères. Eventualmente, podem ser usados apenas dois diodos se o transformador for dotado de tomada central. 

Também é possível. usar um transformador com menor corrente, caso em que as características da fonte ficarão então reduzidas à ca­pacidade desse componente. Nesta situação também é possível diminuir o número de transistores de potência de forma proporcional. 

Por exemplo, se o transformador que o leitor conseguir for de 15 am­pères, poderão ser usados apenas três transistores. Evidentemente, neste caso, a capacidade máxima da fon­te passará também a ser 15 amperes, mantendo-se os 12 V de tensão de saída. 

A referência de tensão é dada por um circuito integrado 7812, que pode fornecer em sua saída uma corrente de 1 A. Essa corrente irá controlar os quatro transistores de potência que fazem o "serviço pesado" controlando a corrente principal. 

Como cada transistor manifesta uma queda de tensão entre o emissor e a base de 0,6 volts, aproximadamente, se o circuito integrado 7812 fosse ligado diretamente a eles, a tensão de saída ficaria reduzida a 11,4 volts, o que não é interessante. 

Uma maneira de se obter uma ten­são maior no circuito integrado e com­pensar essas perdas, elevando a tensão na saída para uns 13 volts (que é a tensão normal de uma bateria de carro carregada), é ligar o terminal de controle a uma bateria de diodos. 

Cada diodo mais o trimpot P1 somam aproximadamente 0,6 volts à tensão de saída do circuito integrado, conforme mostra a figura 1. 

Assim, pela posição de S2 e pelo ajuste de P1 podemos somar alguns volts à saída do circuito, obtendo-se então algo entre 12 e 14 volts ou mesmo um pouco mais. 

Para que a corrente total da fonte seja dividida de forma igual entre os transistores precisamos ter meios de compensar suas diferenças de características, principalmente o ganho. 

Isso é feito com a ligação de resistores de 0,22 ohms nos emissores dos transistores de potência. Com eles, a divisão dos 20 A de forma que a corrente em cada transistor fique o mais próximo possível de 5 ampères é conseguida. 

Veja que os transistores 2N3055, na verdade, podem operar com uma corrente máxima maior, segundo as especificações dos fabricantes. No entanto, a corrente máxima do 2N3055 é especificada para uma tensão coletor/emissor menor do que a que aparece no circuito (e na maioria das aplicações). Assim, o projetista deve estar atento para os limites SOAR (Safe Operation Area Region) que mostram que a corrente máxima com que um transistor trabalha varia com a tensão de coletor. 

Finalmente, para uma proteção final da fonte temos um fusível na saída, o qual queimará se ocorrer algum problema de curto no aparelho alimentado. 

MONTAGEM 

Na figura 1 temos o diagrama completo da fonte de alimentação. 

A disposição real dos componentes é mostrada na figura 2. 

Observe que os transistores de potência devem ser montados em excelentes radiadores de calor. A caixa para a montagem pode ser pro­jetada de tal forma que esses transistores com os seus radiadores fiquem do lado de fora. Em funcionamento, deve-se posicionar a caixa de modo a facilitar a ventilação desses componentes. Dependendo das condições de operação, não seria demais utilizar-se ventilação forçada por meio de ventoinhas. 

Com uma corrente tão elevada na saída, os transistores aquecem-se bastante e esse calor precisa ser dissipado. 

O circuito integrado regulador de tensão também esquenta quando em funcionamento, precisando de um radiador de calor. No entanto, o radiador de calor deste componente pode ser bem menor. 

O valor do conjunto de capacitores eletrolíticos usados na filtragem depende da intensidade da corrente. Nos projetos deste tipo é comum que, para fontes de 12  volts sejam em­pregados 1000uF por cada ampère. Assim, com 20 ampères de saída precisamos de pelo menos 20000uF para uma boa filtragem, que não introduza roncos nos equipamentos de áudio. Isso pode ser conseguido com dois capacitores de 10000uF ligados em paralelo, mas na dificuldade de sua obtenção podem ser ligados quatro capacitores de 4700uF em paralelo, ou mesmo cinco deles. 

Os resistores de R2 a Rs são de fio com pelo menos 5 watts de dissipação. Neste caso, também, em caso de dificuldade para sua obtenção podem ser ligados dois resistores de 0,47 ohms em paralelo. 

A chave seletora de tensões pode ser rotativa ou mesmo de teclas, e, não precisa ter capacidade elevada de corrente, pois neste ponto do circuito a intensidade é muito pequena. Para as saídas podem ser utilizados bornes capazes de suportar a corrente da fonte. 

PROVA E USO 

Para provar a fonte, ligue em sua saída uma carga de boa corrente com pelos menos 3 ou 4 ampéres (um farol de carro, por exemplo) e um multímetro na escala de tensões contínuas (DC Volts 0-15 ou 0-30). 

Ajuste a chave S, para verificar a sua atuação no sentido de selecionar as tensões de saída. Anote os valores obtidos ou ajuste-os por meio de P1 conforme o desejado para as cargas alimentadas. 

Comprovado o funcionamento, basta usar a fonte. Tome cuidado com as conexões, que devem ser bem isoladas. 

Esta fonte possui como única proteção os dois fusíveis. 

Mantenha alguns fusíveis disponíveis. Se os fusíveis tenderem a se queimar com muita frequência, ou se notar muito aquecimento nos transistores com queda de tensão na saí­da, verifique se o equipamento alimentado realmente exige menos de 20 ampères. 

LISTA DE MATERIAL

Semicondutores: 

CI1 - 7812 - circuito inte­grado regulador de tensão 

Q1 a Q4 - 2N3055 - transistores NPN de potência 

D1 a D4 - Diodos de 15 A x 50 V ou ponte retificadora 

D5 a D8 - 1 N4002 ou equivalentes - diodos de silício 

LED - LED vermelho comum 

Resistores:

R1 - 4,7 k ohms x 1/2W 

R2, R3, R4, R5 - 0,22 ohms x 5W - fio 

R6 - 1,5 k ohms x 1/2W 

P1 - 470 ohms - trimpot

Capacitores: 

C1, C2 - 10OO uF/25V - eletrolíticos 

C3 - 10 uF/16V - eletrolítico 

Diversos: 

S1 - Interruptor simples 

F1 - 25A - fusível 

F2 - 5A - fusível 

T1 - Transformador com primário de acordo com a rede de energia e secundário de 12 V com 20 A.

S2 - Chave comutadora de 1 pólo 4 posições

Placa de circuito impres­so, radiadores de calor para os transistores de potência, suporte para os fusíveis, cabo de força, bornes de saída, radiador de calor para o circuito integrado, fios, solda, etc.