Fuente de alimentación 13.8V y 20A

 Fuente de alimentación 13.8V y 20A

Este desarrollo fue para aprovechar un transformador disponible para construir una fuente que pueda alimentar una base VHF. Además el resto de los elementos, gabinete, disipador, eran los que tenía disponibles de rejuntes, por ejemplo el gabinete era de un estabilizador quemado, etc. El gabinete le di una mano de pintura en aerosol ya que estaba en muy mal estado la pintura.

El transformador disponible no tenía suficiente tensión para hacer un circuito regulador clásico y además la regulación con carga no es muy buena, al sacarle corriente la tensión cae bastante.

Los circuitos reguladores clásicos usan un margen alto de diferencia entre la tensión de entrada y la tensión de salida, esto les permite utilizar menos capacidad en el filtro, ya que el ripple queda muy por arriba de la tensión mínima del circuito regulador. También se pueden dar el lujo de utilizar los transistores a altas corrientes sin importar la caída de tensión entre colector y emisor, o la caída de tensión en el puente rectificador.

Este esquema si bien simplifica la fuente también trae un problema asociado, que es cuando los transitrores de salida fallan entrando en cortocircuito la tensión de entrada pasa directamente a la salida, y en lugar de 13.8V pasamos a tener cerca de 24V o más, si vemos algunas especificaciones de equipos de radio no aguantan más de 20v sin dañarse.

Pasa solventar esto las fuentes más elaboradas traen un circuito denominado "crowbar" que al detectarse un exceso de tensión cortocircuitan la salida con un SCR de alta corriente para hacer saltar un fusible.

Este desarrollo lo hice durante la cuarentena obligatoria, y fue todo un desafío exprimir al máximo las características de cada componente para obtener una fuente funcional, utilizando solo lo disponible en casa.

Esto me llevó a estudiar hasta el más mínimo detalle el circuito integrado regulador LM723, los transistores de salida, los transistrores de driver, filtro, etc. y todo esto solo con lo disponible en mi casa, sin salir a comprar ningún componente. Con el tema fuentes he trabajado anteriormente, he reparado algunas por lo que elementos para trabajar tenía.

El transformador utilizado entrega 16V a la salida del puente rectificador en CC bajo carga, subiendo hsta los 20v en vacio, dejando un márgen de 2.2V para el regulador, obviamente muy insuficiente para un diseño clásico.

Los parámetros más importantes para tener en cuenta son las caídas de tensión en los transistores de paso, un transistor ideal necesitaría solo 0.7V más en la base respecto del colector, bien, pero en la realidad existe una caída de tensión entre colector y emisor que se incrementa con el aumento de corriente. Esto es la VCE de saturación y acá es donde hay que buscar el transistor que cumpla con la menor VCE a la mayor corriente posible.

El regulador también posee sus limitaciones entre tensión de entrada y tensión de salida, y estas se van sumando, dejando pocas  posibilidades, una es un transformador extra, que en mi caso no cabe en el gabiente disponible, y la otra que fue la elegida, usar un conversor DC-DC conmutado que eleve la tensión.

Con la popularización de arduino, han aparecido multitud de módulos, entre ellos fuentes conmutadas de muchos tipos, esta es una elevadora de tensión "Step Up" de 3A de salida.

En un diseño tradicional con un solo transistor se puede obtener 20A de salida, pero a mayor corriente de salida hay más corriente de base para lograr la conducción entre colector y emisor, lo cual no es lineal, y también mayor VCE.

en este diseño se usan 3 transistores en paralelo para aumentar la eficiencia en la regulación y disminuir las corrientes de base y la VCE.

La fuente de alimentación conmutada alimenta al circuto regulador LM723 el cual según las medidas que realicé necesita un mínimo de 17V para regular 13.8v a la salida final de los transistores de paso, igual se deja ajustada en 22V para disponer de un buen márgen de seguridad.

El otro parámetro a ajustar es la limitación por sobrecorriente que dispone el LM723, este límite no es muy preciso, no es conveniente usarlo como limitador, mas bien es una protección para evitar destruir los transistores ante un cortocircuito. Esta protección se dejo ajustada para que corte a 28A, de modo que no se active a los 20A de salida deseados.

Para el filtro se utilizó un banco de capacitores compuesto por 6 capacitores de 10000uF x 25V, acá se usaron más capacitores de lo necesario para reducir la pérdida de tensión por ripple y evitar que se obtenga ripple de 50Hz a la salida. Además en la placa del regulador se montaron 2 más de 2200uF. Para el puente rectificador se usó uno de 30A.

Los transistores de paso de salida se usaron 3 en paralelo del tipo 2N3772, para la resistencias  de ecualización de usó 0.05 Ohm (dos de 0.1 Ohm en paralelo) también para reducir las pérdidas por caída de tensión.

Transistores Falsificados:

A la hora de adquirir transistores se presenta el problema de los transistores falsificados. Lamentablemente es un problema en aumento y cada vez se hace más dificil, al menos por estos lados, conseguir transistores originales.

2N3772 abierto, no tengo uno original como referencia, pero 2 transistores en paralelo con moco blaco suena mucho a "no lo se Rick, parece falso"

Los utilizados en esta fuente tienen pinta de ser falsificaciones, pero por las pruebas funcionaron bien.

Los 2N33055 que se consiguen por estos lados, no aguantan ni la cuarta parte de lo que debieran.

Un 2N3055 original al lado de uno falsificado, notese la diferencia en el tamaño de la pastilla de silicio, o sea el transistor propiamente dicho.

 

Para probar la fuente se uso una carga compuesta por 5 lámparas de auto de 55W c/u, al conectar todas las lámparas en paralelo se obtiene una muy baja resistencia en frío, lo cual fuerza la protección contra cortos, una vez en caliente las lámparas, se testea la caída de tensión bajo máxima carga.

Pasó las pruebas con solo 100mv de caída a plena potencia, entregando 13.7V

Así quedo el circuito impreso ya construido con el método de la plancha

Finalmete la fuente quedó terminada. Esta fuente se la regalé a un colega y amigo que comenzó hace poco con el hobby de Villa Carlos Paz, el tira una FT-2600 con esta fuente sin problema.

Para el diseño de circuitos impresos yo uso el Eagle PCB en su versión gratuita que permite placas de 2 capas de 8x10cm, para lo que yo hago me es suficiente.

Todo lo relacionado a los transistores o el LM723 lo pueden encontrar en Google, yo lo saque de ahí. en los blog no se puede compartir archivos, solo fotos.

Si alguien desea los archivos para hacer el PCB, me manda un mail a LW7HRM@gmail.com y se los envío.

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