Describimos el diseño de una fuente de corriente constante ajustable y tensión ajustable con características muy interesantes para la bancada de proyectos. El rango de corrientes constantes puede ajustarse entre 12 mA y cerca de 3 A y la tensión entre 1,2 V y 25 V. El circuito está protegido contra cortocircuitos y utiliza componentes de bajo costo y fácil obtención.
Encontrar un proyecto que al mismo tiempo pueda funcionar como fuente de tensión ajustable y fuente de corriente constante también ajustable no es muy simple. Sin embargo, si tomamos como base las características de un circuito integrado regulador de tensión como el LM350T el diseño de tal fuente se vuelve simple.
Así, presentamos en este artículo un circuito que puede funcionar como una excelente fuente de tensión variable con la llave selectora en una posición y luego, por el simple accionar de una llave, transformarse en una fuente de corriente constante.
Se trata de un diseño excelente para las siguientes aplicaciones:
a) como fuente de tensión:
* Alimentación de circuitos en la bancada
b) como fuente de corriente constante:
* Carga de baterías
* Prueba y alimentación de circuitos que exijan esta modalidad de fuente
Características:
* Tensiones de salida: 1,25 a 22 volts (tip)
* Corriente de salida: 12 mA a 3 A (tip)
* Posee protección contra cortocircuito en la salida
* Posee protección térmica
* Regulación de carga mejor que el 0,1%
* Regulación de línea mejor que 0,005% / V
* Tensión de entrada: 110/220 V
COMO FUNCIONA
Un transformador baja la tensión de la red de energía a 18 + 18 V rms bajo corriente de hasta 3 A. El lector puede utilizar transformadores de corrientes o incluso tensiones menores pero la salida de corriente y tensión máxima de la fuente quedará condicionada a las características de este transformador. No se recomienda el uso de transformadores de mayor corriente o tensión ya que esto puede sobrecargar el circuito integrado usado.
La rectificación de la corriente alterna obtenida en el secundario del transformador es hecha por los diodos cargando así el capacitor C1 prácticamente con la tensión de pico de este componente. Así, la tensión en el capacitor puede llegar a cerca de 26 volts.
La filtración del capacitor garantiza una tensión de alimentación para el circuito del regulador de tensión de excelente calidad. Sin embargo, el circuito integrado sólo puede entregar en su salida una tensión máxima que sea 2 V menor que la tensión de entrada.
El circuito integrado regulador de tensión LM350T es muy simple de usar, pues utiliza pocos componentes externos que programan tanto su corriente como su tensión.
Para operar como regulador de tensión el pasador 1 se conecta a un divisor de tensión formado por R3 y P1 a través de la llave S1.
En estas condiciones cuando la resistencia de P1 es mínima y el pasador 1 del circuito integrado es conectado a tierra tenemos la conexión directa de un zener interno de 1,25 V que determina entonces la tensión de salida. Esta es la tensión mínima que la fuente puede proporcionar.
Cuando la resistencia de P1 aumenta se suma una tensión al diodo zener interno haciendo que la tensión de salida también suba hasta alcanzar el máximo que es dado por la resistencia máxima de 4,7 k ohms. En estas condiciones con los valores de componentes indicados en el circuito la tensión de salida de la fuente estará entre 20 y 22 volts. Este valor depende en cierto modo de la calidad del transformador usado.
Cuando pasamos la llave S1 a la posición fuente de corriente entran en el circuito el resistor R2 y el potenciómetro de ajuste P2.
La intensidad de corriente que la fuente va a mantener en la carga, en estas condiciones, y que no depende de la tensión dentro del rango de 0 a 18 volts aproximadamente, es dada por las características del zener externo y por la resistencia de P2 más R2.
Para el valor mínimo, cuando P1 está en la posición de resistencia nula esta corriente será:
I = 1,25 / R2
I = 1,25 / 0,47
I = 2,65 A
Para llegar a los 3 A el lector puede disminuir un poco el valor de R2 conectando en paralelo un resistor de aproximadamente 100 ohms.
Con P2 en la resistencia máxima, la corriente establecida en la carga será:
I = 1,25 / 100
I = 0,0125 A
Se observa que la corriente pasa por R2 y P2 exigiendo que estos componentes sean de buena disipación. En el caso P2 debe ser un potenciómetro de hilo.
En la figura 1 tenemos los modos de conexión del circuito integrado LM350T para funcionar tanto como regulador de corriente como regulador de tensión.
El lector, sobre la base de los cálculos indicados, puede calibrar las escalas de los potenciómetros como puede alterar las características del aparato.
En el proyecto original sugerimos también el uso de un voltímetro y un amperímetro en la salida, pero una alternativa económica es usar un multímetro de bajo costo para este propósito. En algunos casos multímetros pequeños de 1 000 ohms por voltio de sensibilidad cuestan más baratos que amperímetros o voltios comunes.
MONTAJE
En la figura 2 tenemos el diagrama completo de la fuente.
En la figura 3 tenemos la disposición de los componentes para el montaje en una placa de circuito impreso.
El circuito integrado deberá montarse en un buen radiador de calor y las pistas así como los cables de alta corriente deben tener dimensiones compatibles. Las pistas finas pueden comprometer el rendimiento de la fuente.
El capacitor C1 puede tener valores entre 3 300 uF y 4 700 uF con tensión de trabajo a partir de 40 V y el indicador LED es opcional.
El potenciómetro P2 debe ser obligatoriamente de hilo mientras que el resistor R2 debe ser de al menos 2 W de disipación.
El transformador es un componente importante en el montaje de esta fuente pues de su calidad y características van a depender las corrientes y tensiones máximas obtenidas.
Sugerimos el uso de transformadores que tengan secundarios de 15 + 15 V hasta 20 + 20 V con corrientes de 2 a 3 ampères. El devanado primario debe tener tensión de acuerdo con la red local o dos tensiones. En este caso se debe incluir una llave conmutadora para la tensión de entrada.
La salida se puede realizar con bornes aislados con una diferenciación de color para la corriente y la tensión.
Tenga cuidado al conectar la llave conmutadora S1. Se trata de una clave HH común.
PRUEBA Y USO
Para la verificación de la tensión de salida basta conectar un resistor de carga, por ejemplo 22 ohms x 10 W y con la ayuda de un multímetro o tomando como base el propio voltímetro de la fuente verificar si la tensión varía dentro de la banda esperada.
Para la verificación de la corriente utilice como carga el mismo resistor y con base en las indicaciones del amperímetro vea sus variaciones.
En el uso es importante respetar las limitaciones tanto de corriente y de tensión. si hay calentamiento excesivo de los componentes es señal de que la carga puede estar requiriendo más de lo que la fuente puede proporcionar.
Semiconductores:
CI-1 - LM350T - circuito integrado, regulador de tensión
D1, D2 - 1N5404 o equivalente - diodo rectificador
LED1 - LED rojo común
Resistores:
R1 - 4,7 k ohms x 1/2 W
R2 - 0,47 ohms x 2 W
R3 - 240 ohms x 1/2 W
P1 - 4,7 k ohms - potenciómetro común
P2 - 100 ohms - potenciómetro de hilo
Capacitores:
C1 - 4 700 uF / 40 V - electrolíticos
Varios:
S1 - Llave 2 polos x 2 posiciones
S2 - Interruptor simple
F1 - Fusible de 1 A
T1 - Transformador con primario según la red local y secundaria de 18 + 18 V x 3 A - ver texto
V - Voltímetro 0-30 V
A - Amperímetro 0-3 A
Placa de circuito impreso, caja para montaje, cable de fuerza, soporte de fusible, radiador de calor para el circuito integrado, bornes de salida, hilos, soldadura, etc.