Fuentes de alimentación estabilizada

INDICE
• DESCRIPCION DEL PROYECTO.
• DIAGRAMA DE BLOQUES.
• DESCRIPCION DE LA FUENTE.
3.1.FUENTE ESTABILIZADA DE TENSIÓN.
3.2. LA ESTABILIZACIÓN.
3.3. CALCULO DEL FILTRO.
• LISTADO DE COMPONENTES.
• PRESUPUESTO.
• DESCRIPCION DEL PROYECTO.
El objetivo del presente proyecto es el diseño y montaje de una fuente de alimentación estabilizada, que nos
proporcione una tensión de alimentación a la carga de 24 Voltios en continua y una intensidad máxima de
salida de 10 Amperios, para poder dar alimentación a la célula flexible que supuestamente veremos cómo
funciona y trabajaremos con ella en este curso.
La fuente de alimentación se puede dividir en cuatro bloques fundamentales, en los que se distribuyen las
diferentes fases en las que se trata la señal de entrada para proporcionar la tensión y corriente de alimentación
que deseamos en la salida.
El primer bloque sería el que realizaría la transformación de la señal que nos proporciona la red a una señal en
alterna pero de tensión similar a la que nosotros queremos utilizar para alimentar nuestra carga. Esta fase
estará compuesta básicamente por un transformador de 220 V en el primario y con una salida de secundario de
24 V.
El segundo bloque se encargaría de la rectificación de esa señal obtenida en el secundario del transformador,
que tratará de proporcionar una señal pulsante de la señal alterna proporcionada por la etapa anterior.
El tercer bloque es el encargado de convertir la señal pulsante obtenida de la rectificación en una señal más
próxima a una señal continua, esta etapa la realizamos con un filtro.
El cuarto bloque será el encargado de estabilizar la señal, es decir, se encargará de mantener constante la
tensión de alimentación de salida frente a posibles variaciones de la tensión de entrada o de la carga.
• DIAGRAMA DE BLOQUES.
• DESCRIPCION DE LA FUENTE.
• FUENTE ESTABILIZADA DE TENSIÓN.
La conexión de la fuente a la red se realizará con una base de enchufe estándar, después y en serie con la fase,
se dispondrá de un fusible F1 de 12 A, que tendrá como función la de proteger la fuente de un exceso de
corriente provocado por un cortocircuito. Se dispondrá de un interruptor de un polo conectado a la fase de
entrada del primario del transformador S1. El transformador T1, es un transformador toroidal con un primario
de 220 V y dos secundarios de 30 V 5,5 A, al cual se le han quitado espiras en el secundario, para obtener una
tensión de secundario de 26 V, que es la que nosotros necesitamos para alimentar la célula (24"2 V).
1
Una vez obtenida la señal deseada, se rectificará con el puente rectificador P1 KBPC 15/800V, el cual
proporcionará una señal pulsante que será filtrada por el condensador electrolítico C1 de 6800 F. Filtrada la
señal, se puede considerar que es una tensión continua, pero para obtener una señal lo más exacta posible, y
que sea independiente de la red y la carga a la que se conecte, se procede a su estabilización, esta parte se
explicará más detalladamente en el siguiente apartado.
La parte encargada de la estabilización de la señal tiene como principal objetivo el proporcionar una corriente
suficiente para alimentar a todos los componentes de la célula, esta parte, debe de suministrar una corriente de
salida de 10 A, por lo que el montaje del sistema estabilizador de tensión se realizará con dos reguladores
LM338, un amplificador operacional LM308 y un transistor Q1 2N2905.
La tensión rectificada y filtrada, llegará a las entradas de los reguladores de tensión LM338, y la tensión de
salida de ellos vendrá determinada por el transistor Q1, el cual estará controlado por la base por el
Amplificador Operacional LM308, que al recibir una corriente de sobrecarga, hará que el transistor se corte y
no deje proporcionar tensión a la salida.
3.2. LA ESTABILIZACIÓN.
El regulador de tensión es un circuito que a partir de una tensión rectificada, produce tensión de salida estable
frente a posibles variaciones de la tensión de entrada y del valor de la carga.
Los reguladores de tensión fija proporcionan en la salida una tensión estabilizada de un valor constante, para
proporcionar esa tensión de salida constante es necesario disponer de una tensión de referencia constante.
La patilla de Entrada (E), recibe la tensión positiva a estabilizar.
La patilla de Regulación (R), se utiliza para cambiar la tensión de salida al valor deseado.
La patilla de Salida (S), es de la que se obtiene la tensión estabilizada.
3.3. CALCULO DEL FILTRO.
Para el funcionamiento de la célula es necesaria una tensión continua de alimentación de 24V y capaz de
suministrar una corriente de 10 A, proporcionada a partir de la señal de red, una señal continua y estabilizada
de 12 V.
Fórmulas:
Vmaxt= 24"2 = 33,44V
VmaxA= 24"2 − 1,4 = 33,44 − 1,4 = 32,54 V
Vin min ref = Vout + 3 = 24 + 3 = 27 V
Vr = 2 ( 32,54 − 27,73 ) = 9,62 V
Como el condensador electrolítico que no sale es muy grande, calcularemos un 15% de rizado:
Vin min ref = Vout + 3 = 24 + 3 = 27 V
Vr = 2 ( 32,54 − 25,82 ) = 13,44 V
2
Lo que normalizado nos da un valor de C1 = 6.800 F.
Vr = Tensión de rizado, pico a pico.
I = Corriente continua en la carga.
f = frecuencia de la tensión de rizado.
C = Capacidad, valor de condensador para evitar rizado.
Después del rectificador con el condensador para eliminar la tensión de rizado, está el regulador de tensión,
cuya función es la de proporcionar una tensión de salida estable sobre la carga, frente a variaciones de la
tensión de entrada y del valor de la carga.
Las principales características del regulador son:
• Limitación interna de la corriente.
• Protección contra sobrecargas térmicas.
• Etapa de salida protegida frente a sobrecargas.
4. PLACA PCB
• LISTADO DE COMPONENTES.
Clavija toma de corriente monofásica de dos polos 16 A.
Fusible de cristal de 12 A.
Porta Fusible para fusible de 12 A.
Interruptor de 10 A.
Cable de 1,5mm2 de sección, 2,5 metros.
T1= Transformador toroidal de 12 A y 220V a 30−0−30V.
P1= Puente rectificador KBPC 15/800V.
C1= Condensador electrolítico 6800 F.
C2= 200 pF.
R01= 0,1
R02= 0,1
R03= 5 k
R04= 5 k
R05= 150
3
R06= Potenciómetro de 1,5 k
R07= 100
U01= LM338
U02= LM338
U03= LM308
Q1= 2N2905
Radiador modelo 18230−100.
Placas de mica 2 para LM338.
Separadores de plástico (arandelas aislantes) 4.
Tornillos y tuercas de 2,5 mm. 4
• PRESUPUESTO.
En el siguiente presupuesto sólo se contempla el precio de los materiales empleados y se estima el tiempo de
realización de las placas, del mecanizado y del montaje en unas 16 horas, de un oficial de primera electrónico,
los precios incluyen el 16% de IVA.
CANT.
1
1
1
1
1
1
1
4
2,5
1
2
1
1
2
2
1
1
1
PRECIO UNIT.
PRECIO TOTAL
( pesetas)
3200
150
220
150
15
200
5
18
120
(pesetas)
3200
150
220
150
15
200
5
72
120
5500
5500
80
170
20
25
3
3
140
3
160
170
20
50
6
6
140
3
DESCRIPCION
Caja de plástico con frontal metálico
Toma de corriente monofásica 16A
Interruptor monofásico 220V 6 A
Portafusibles para fusible 12 A
Fusible 12 A de cristal
Cable con clavija de red 220V 16 A
Goma para pasar cable de red
Tacos de goma para caja
Cable de 1,5mm2 de sección
Transformador toroidal de 12 A y 220V a
30−0−30V
Diodos BY255
Condensador electrolítico 6800 F
Condensador 200 pF
Resistencia de 0,1 4 W
Resistencia 5 k 1/4 W
Resistencia 150 1/4 W
Potenciómetro de 1,5 k
Resistencia 100 1/4 W
4
2
1
1
1
2
4
4
Regulador tensión LM338
Amplificador Operacional LM308
Transistor 2N2905
Radiador modelo 18230−100
Placas de mica 2 para LM338
Separadores de plástico
Tornillos y tuercas de 2,5 mm
150
170
225
3500
160
30
30
300
170
225
3500
320
120
120
4
Horas de montaje y verificación
2.000
8.000
TOTAL
22.942
El precio total de la realización de la fuente de alimentación estabilizada con una corriente de 10 A, asciende a
un total de VEINTIDOS MIL NOVECIENTAS CUARENTA Y DOS PESETAS.
7− ESQUEMA
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
1−13
TRANSFORMADOR
TOROIDAL
220V 50Hz
26V 50Hz
CARGA
ALIMENTACIÓN 24V DC
CORRIENTE 6 A
ESTABILIZADOR
LM 338/LM 308
5
2N2905
FILTRO
CONDENSADOR
6.800 F
RECTIFICADOR
KBPC 15/08
15 A / 800 V
6
SEÑAL DE RED
7
220 V 50 Hz
8