O que é uma fonte de bancada?

Em Eletrônica por André M. Coelho

O termo bancada gera uma imagem mental de uma fonte de alimentação CC usada na bancada de um engenheiro ou técnico para inúmeras tarefas de energia. Podem ser fontes de alimentação variáveis de bancada CC que parecem ser instrumentos relativamente simples, mas os engenheiros confiam neles para fornecer tensões e correntes estáveis, precisas e limpas, independentemente da carga.

O que é uma fonte de bancada?

Para identificar a fonte de alimentação de bancada apropriada para uma aplicação específica, é preciso encontrar respostas para várias perguntas importantes e entender o básico de como as fontes de alimentação são especificadas. Temos que considerar os seguintes pontos para economizar tempo e dinheiro substanciais posteriormente no processo de configuração do sistema.

Requisitos de energia, tensão e corrente para uma fonte ajustável de bancada

Diferentes tipos de fontes de alimentação podem ter diferentes estruturas de energia. Em um tipo de fonte retangular de estrutura de energia, qualquer corrente de carga pode ser fornecida em qualquer nível de tensão.

Outro tipo possui vários envelopes retangulares para vários intervalos que oferecem a opção de valores mais altos de um parâmetro em detrimento do outro.

Depois, existem aqueles que podem fornecer uma estrutura hiperbólica que fornece uma transição mais contínua do que as fontes de alimentação de várias faixas. Nesse tipo de suprimento, um parâmetro é inversamente proporcional ao outro.

Fontes de saída de alta potência tendem a ter uma estrutura multi-faixa ou hiperbólico. Para fazer a seleção correta, reserve um tempo para avaliar os níveis de energia exigidos pela aplicação.

Parâmetros a serem considerados em um projeto de fonte de bancada

Embora muitos parâmetros importantes da fonte de alimentação variem dependendo de cada aplicação, os seguintes parâmetros são críticos em todos os casos:

1. Precisão

Determina quão perto o parâmetro regulado está do seu valor teórico. A incerteza de saída deve-se principalmente a termos de erro no caso de um conversor digital-analógico (DAC). A precisão da configuração é testada medindo a variável regulada com um sistema de medição de precisão rastreável conectado à saída da fonte de alimentação. É indicado como ± (% da configuração + deslocamento).

2. Resolução

É a menor alteração nas configurações de tensão ou corrente que podem ser selecionadas na fonte de alimentação. A especificação da resolução limita o número de níveis discretos configuráveis. Um DAC com mais bits produz uma resolução mais fina. Mas, com correções para erros de deslocamento e ganho, a resolução será menor que o número de bits no DAC. A definição da resolução pode ser expressa como um valor unitário absoluto ou como uma porcentagem da escala completa.

3. Precisão de readback

Determina a proximidade dos valores medidos internamente com o valor teórico da tensão de saída (após a aplicação da precisão da configuração).

4. Resolução de readback

É a menor alteração na tensão ou corrente de saída medida internamente que é discernível pela fonte de alimentação. Geralmente é expresso como um valor absoluto, mas também pode ser dado como uma porcentagem da escala completa.

5. Estabilidade

O desempenho de uma fonte de alimentação muda inevitavelmente devido ao envelhecimento. Manter a estabilidade a longo prazo exige verificação e calibração regulares.

6. Estabilidade de temperatura

A precisão da fonte de alimentação geralmente é especificada em uma faixa de temperatura, geralmente entre 20 ° C e 30 ° C.

7. Regulação de carga

É uma medida da capacidade da tensão ou corrente de saída permanecer constante durante as mudanças na carga. Esse formato familiar é fácil de entender e verificável através de testes. É indicado como ± (% da configuração + deslocamento).

8. Regulação da linha

É uma medida da capacidade da fonte de alimentação de manter sua tensão ou corrente de saída, enquanto a tensão e a frequência de entrada da linha CA variam em toda a faixa permitida. Isso oferece uma imagem da pior das hipóteses, fornecida como ± (% da configuração + deslocamento).

As fontes de alimentação de corrente contínua não produzem saídas CC perfeitas. O ruído CA de saída e a resposta transitória alteram a carga e as configurações. Algumas das características da CA são descritas abaixo.

9. Ondulação e ruídos

Componentes CA espúrios na saída de um suprimento de CC também são freqüentemente chamados de desvio periódico e aleatório (PARD). O termo ondulação refere-se a CA periódica na saída. Quando visualizado no domínio da frequência, o ripple aparece como respostas falsas. Ao contrário do ripple, o ruído é aleatório. O ruído abrange um amplo espectro e, quando visto no domínio da frequência, manifesta-se como um aumento na linha de base.

10. Resposta transitória

Ele é testado aplicando alterações significativas nas etapas das configurações de impedância de carga e fonte de alimentação e medindo o tempo para se estabelecer em um valor CC estável.

A fonte de bancada pode ajudar muito quem tem dispositivos eletrônicos e precisa testar com uma certa frequência. (Foto: Hackaday)

Nível de precisão de saída necessário para uma fonte de bancada

É importante revisar a precisão da saída da fonte de alimentação e as especificações de leitura em caso de controle preciso da tensão na carga para experimentação de pesquisa ou caracterização do dispositivo.

As fontes de alimentação programáveis estão equipadas com capacidade de detecção remota. O sensoriamento remoto é necessário em aplicações em que a carga está localizada a alguma distância, geralmente> 3 m (10 pés) dos terminais de saída da fonte de alimentação. Ele resolve o problema de queda de tensão nos condutores estendendo o loop de feedback da fonte de alimentação até a entrada da carga.

A diferença de tensão é baseada na quantidade de corrente e no tamanho e comprimento do cabo de carga. Ele usa uma conexão de 4 fios para garantir que a tensão definida na fonte seja a tensão obtida no dispositivo em teste (DUT), apesar da queda de tensão nos cabos que transportam corrente entre a fonte de alimentação e o DUT.

Nível máximo aceitável de ruído na saída da fonte

Para alimentar um circuito de baixa voltagem ou um circuito que usa ou mede correntes muito baixas, como um detector de transdutor que deve captar sinais de milivolt ou microampere, o ruído de fontes externas pode causar problemas.

A fonte de alimentação em si é uma fonte de ruído. Esse ruído é dividido em dois componentes: modo normal e modo comum. O ruído no modo normal, gerado pelos terminais de saída da fonte de alimentação, exala do circuito interno da fonte de alimentação.

O ruído no modo comum é o ruído com referência à Terra, originário da linha de energia e da capacitância perdida no transformador principal.

Hoje, dois tipos de fontes de alimentação CC de bancada são comumente usados, a saber, linear e comutador.

Os suprimentos lineares são simples e mais pesados porque o transformador de 50Hz ou 60Hz e os filtros associados são fisicamente maiores. A topologia linear gera ruído mínimo na saída da fonte de alimentação.

As fontes de alimentação de modo comutado (SMPS) são significativamente menores, mais leves e mais eficientes do que as fontes de alimentação lineares; portanto, elas substituíram as fontes lineares por requisitos de energia mais altos.

No lado negativo, a alta frequência de comutação do SMPS gera de cinco a dez vezes mais ruído do que uma fonte linear. Sempre que ele comanda a minimização de ruídos, escolha uma fonte linear (se houver uma disponível) com base nos requisitos de energia.

Número de saídas necessárias

Em muitos casos, uma única saída será suficiente; no entanto, suprimentos com várias saídas podem às vezes oferecer várias vantagens importantes.

As fontes de alimentação de saída tripla normalmente contêm duas saídas de alta voltagem para circuitos analógicos (para alimentar circuitos de multi-voltagem ou para criar fontes de alimentação bipolares para testar circuitos analógicos bipolares) e uma terceira saída destinada a alimentar um circuito digital. Para maior flexibilidade, verifique se as três saídas são programáveis.

Se o DUT exigir seções individuais isoladas de fonte de alimentação, é necessário tomar uma decisão para configurar várias fontes isoladas ou comprar uma fonte com várias saídas. O problema é que os suprimentos de várias saídas podem ter saídas isoladas ou canais de saída vinculados a um ponto comum no lado inferior. Quando as saídas são conectadas ao mesmo ponto comum, elas não são adequadas para circuitos de energia isolados um do outro.

Para aplicações que exigem alimentação de circuitos para cima e para baixo em uma sequência específica, uma fonte de várias saídas com saídas controláveis independentemente é geralmente melhor do que um conjunto de fontes individuais.

Para aplicações que exigem fornecimento de mais voltagem ou corrente além da capacidade de uma única saída, algumas fontes de alimentação com várias saídas permitem que as saídas sejam combinadas em série ou em paralelo. Fontes de alimentação de saída múltipla não isoladas não podem ser paralelas às duas saídas. Para garantir flexibilidade, procure uma fonte de alimentação com várias saídas com saídas isoladas.

Interfaces necessárias na fonte de bancada

Ao longo dos anos, houve vários tipos de interfaces de computador com instrumentação. Dois dos mais populares foram o IEEE-488, também conhecido como GPIB (General-Interface Interface Bus), e as comunicações seriais RS232. Interfaces de rede (por exemplo, Ethernet) e interfaces USB também foram usadas.

Uma questão a considerar é: uma interface de E / S digital facilitaria a geração de saídas de status de falha ou o controle de um relé externo ou lâmpada de status?

Colocação de conectores de saída

As conexões do painel frontal simplificam o acesso frequente e são mais comuns nas fontes de alimentação de bancada. Os conectores do painel traseiro são geralmente considerados superiores para sistemas de teste automatizados baseados em rack – raramente requerem alterações após a instalação. No entanto, agora mais fabricantes oferecem fontes de alimentação equipadas com conexões nos painéis frontal e traseiro. Isso simplifica a transição da experimentação em bancada para o teste automatizado de alta velocidade, porque a mesma fonte de alimentação se adapta aos dois ambientes.

Fonte de alimentação de bancada feita em casa

Uma boa fonte de alimentação é muito útil ao trabalhar com eletrônicos, mas pode ser cara. Qualquer fonte de alimentação ATX (Advanced Technology eXtended) pode ser conectada ao adaptador e pode produzir 3.3V, 5V, 12V e -12V. (ATX é uma placa-mãe desenvolvida pela Intel em 1995 para aprimorar os padrões de fato anteriores.) Ela pode ser convertida em uma fonte de alimentação de bancada variável. Você pode adicionar cabeçalhos femininos e banana jack (para dispositivos que consomem mais corrente) como saída ou até mesmo uma porta USB.

Para alimentar alguns motores CC, você pode adicionar uma saída variável com um LM317, controlado por um medidor de potenciômetro. Embora uma fonte de alimentação ATX deva ter uma proteção contra curto-circuito integrada, você pode adicionar fusíveis de saída como medida de segurança. Faça um estojo com plexiglass, pois é bom ver o gerenciamento de cabos no interior.

Da mesma forma, você pode combinar o LTC3780, que é um poderoso conversor step-up / step-down de 130 W, com uma fonte de alimentação de 12V 5A para criar uma fonte de alimentação ajustável de bancada de laboratório na faixa de 0,8V-29,4V e 0,3A- 5A aproximadamente.

Você pode adicionar qualquer microcontrolador padrão e LCD para parecer uma fonte de alimentação moderna.

Estão usando uma fonte de bancada? Qual? Por que escolheram essa fonte?

Sobre o autor

André é formado em pedagogia e gosta de educar e aprender. Encontrou através do blog Palpite Digital BR uma maneira de repassar seus conhecimentos e aprender mais sobre diversos tópicos. Além disso, ele também é um entusiasta de jogos digitais, tendo começado com um Master System 3 no início da década de 90 e indo pro mundo dos computadores ao final da década. Desde então, não parou mais e continua jogando, aprendendo, e ensinando.

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