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Fuente de alimentación variable de 10 amperios

 


Con el ya conocido regulador de tensión LM338K y un transistor de elevada potencia, el 2N6031, hemos construido una potente fuente de alimentación variable de 10 amperios. La potencia máxima de salida dependerá de la diferencia de tensión que apliquemos entre la entrada de nuestro transistor y regulador, y la salida que queramos tener.
A mayor diferencia de tensión mayor potencia (calor) tendrán que disipar. Aquí puedes ver el datasheet del LM338K, y en este otro enlace el del 2N6031. De las hojas de características (datasheet) del transistor de potencia 2N6031 vemos que su corriente máxima está entorno a la nada despreciable cifra de 16 Amperios con corrientes de
pico de 20 amperios. La máxima temperatura que puede alcanzar antes de su destrucción es de 200 grados y la resistencia térmica JC, es decir la unión al encapsulado es de 0,875 ºC/W.

Con estos datos en la mano podríamos decir que estamos hablando de una fuente de alimentación regulable de 16 Amperios. Esto es en condiciones ideales.

Como norma conviene siempre sobredimensionar la fuente de alimentación y no superar el 70% de la potencia máxima del fabricante. En nuestro caso el 70% de 16 es 11,2 Amperios.

El circuito eléctrico tiene poco que comentar.
Los condensadores electrolíticos y el rectificador no están incluidos en el esquema y se fijarán aparte.
Para los condensadores electrolíticos hemos elegido dos condensadores de 4.700 uF en paralelo, lo que hacen una capacidad total de 9.400 uF.
Los hemos situado al lado de la placa del circuito impreso y en posición vertical.

 

 

 

 

Los condensadores en posición vertical

 

En cuanto al rectificador se puede fijar, bien a la aleta de refrigeración, o bien a la base de la caja metálica. Nosotros hemos optado por fijarla a la base de la caja metálica debajo de la aleta de refrigeración donde hemos colocado el integrado LM338K y el transistor de potencia 2N6031. Hay que conectar también el polo negativo del rectificador con el chasis de la caja para evitar zumbidos.

 

Detalle de la colocación del rectificador

 

El integrado regulador y el transistor de potencia no están como tales en el esquema pero sí sus conexiones. Por lo tanto en el diseño de la placa aparecen sus agujeros para colocarlos por debajo de la placa del circuito impreso.

 

Detalle de la colocación de los componentes debajo de la aleta de refrigeración

 

Capítulo aparte merece la resistencia sensora de corriente (situada en el centro de la aleta de refrigeración). Si no vais a usar nuestro voltímetro amperímetro vatímetro con pic, podéis no conectar ésta resistencia. La misión de dicha resistencia es crear una diferencia de potencial entre sus extremos dependiendo de la corriente a entregar por la fuente de alimentación.

Es absolutamente imprescindible fijar el cuerpo de la resistencia a una aleta de refrigeración, sino se destruirá con el calor. El valor de la resistencia es de 0.10 ohmios y 30 vatios de potencia, con una tolerancia de 1%, una joya vaya. Puedes ver aquí las características de la resistencia.

 

Resistencia sensor de corriente

 

Imaginemos que la fuente de alimentación está entregando 1 amperio. Según la fórmula: diferencia de potencial (V)=Intensidad (I) x resistencia (R). Entre los extremos de la resistencia habrá un voltaje de V=1x0.1, V=0.1 voltios. Ese 0.1 voltios es el que nuestro pic lo interpreta como 1 Amperio.
Claro, alguna desventaja tenía que tener, y es que los voltios que da la fuente de alimentación se tienen que medir antes de pasar por la resistencia, por lo que el error en la medida de los voltios será de 0.1 voltios por amperio. Si en vez de 1 Amperio medimos 10 Amperios, V=10x0.1, V=1Voltio. Y ese es el error de medida máximo sobre la medida real los voltios de la fuente de alimentación 1 Voltio cuando estamos sacando 10 Amperios.

Echemos un vistazo al esquema eléctrico.

 

Esquema fuente de alimentación variable 10 Amperios

 

Lo que más llama la atención de esquema eléctrico es la parte de abajo del mismo. Hemos diseñado un sistema de "preset" o de selección del tres voltajes mediante un pulsador. Para ello hemos adaptado nuestro circuito on-off secuencial de tres relés con pulsador.
Hemos sustituido del mismo, la salida de los transistores a los relés por un conector molex de cuatro contactos, tres para cada uno de los relés y el cuarto para el positivo de la alimentación. Conectados a los relés encontramos 2 resistencias variables (R5 y R9) y un conector que irá al potenciómetro de mando situado en el frontal de la caja para variar el voltaje.
Con las resistencias variables R5 y R9 ajustaremos a nuestro gusto la tensión que queramos obtener cuando activemos el pulsador. Nosotros hemos hecho un "preset" con 12 y 5 voltios, que son las tensiones que más utilizamos. De esta manera al pulsar una vez tenemos (sin necesidad de variar el potenciómetro del frontal de la caja) 12 voltios, otra pulsación 5 voltios, otra pulsación y variamos la tensión con el potenciómetro.

Si no vais a utilizar el "preset" y sólo queréis variar la tensión con el potenciómetro tenéis que conectarlo ente C3,R4,D1 y la masa.

El diseño de la placa de circuito impreso.

 

Circuito impreso fuente de alimentación 10 Amperios

 

Hemos hecho un plano de masa para que se cubra con el polo negativo la mayor parte posible de cobre. En fuentes de alimentación es conveniente hacerlo para evitar zumbidos. Si no sabes cómo se hace, consulta nuestro tutorial como crear un plano de masa con el Eagle.
Aparentemente sólo hay dos líneas alrededor del circuito, roja en la cara "top", y azul en la cara "bottom". Cuando pinchéis sobre el icono Crear plano de masa se creará el plano de masa en ambas caras.

 

Circuito con el plano de masa

 

El esquema y el circuito han de estar en la misma carpeta y llamarse igual, sólo cambia la extensión sch para el esquema y brd para la placa, de esta manera son reconocidos y asociados por el Eagle.

El circuito realizado.

 

Placa del circuito impreso terminada

 

La fuente de alimentación que hemos descrito está integrada y adaptada para el voltímetro amperímetro vatímetro con pic . Dicho circuito nos permite controlar la temperatura de la fuente de alimentación y activar un ventilador cuando la sonda supere los grados que hemos programado.
Para la medición de la temperatura podemos colocar la sonda (LM35) o en el interior de la caja, midiendo la temperatura ambiente, o mejor aún, en contacto (con pasta de silicona de por medio) con la aleta de refrigeración. De ésta manera detectará el calor generado por el integrado LM338K, el transistor de potencia 2N6031 y la resistencia sensora de corriente.

 

Colocación de la sonda de temperatura

 

Además, y como hemos colocado el rectificador debajo de la aleta de refrigeración también ventilará éste. Y por supuesto el mover el aire del interior al exterior también enfriará el resto de componentes.

 

Detalle del ventilador

Parte trasera de la fuente de alimentación con el ventilador colocado detrás de la aleta de refrigeración

 

El montaje no quedaría completo sin un encendido y apagado "elegante". Y que mejor que nuestro circuito on-off con un pulsador. El diseño de éste circuito y el del control de "preset" (circuito on-off secuencial de tres relés con pulsador) están integrados en la placa del voltímetro amperímetro vatímetro con pic.

Por último hemos colocado dos fusibles para proger los componentes sobre posibles cortocircuitos o sobretensiones. Uno de 10 Amperios, para la corriente de salida, y otro de 0.8 amperios para la entrada de corriente alterna a la fuente de alimentación. Algunas fotos del montaje terminado.

 

Foto de la parte trasera de la fuente de alimentación variable de 10 amperios
Trasera de la fuente de alimentación variable de 10 amperios ya terminada.

 

Foto delantera de la fuente de alimentación variable de 10 amperios

Delantera de la fuente de alimentación ya terminada, con el display del voltímetro, amperímetro, vatímetro funcionando.

 

Detalle del display
Detalle del display multifunción

Si no sabes hacer circuitos impresos pincha aquí.