Esta é uma fonte de alimentação muito semelhante à fonte FAU200, cujo projecto foi apresentado no post de 18 de Novembro do ano passado. De facto, convém frisar que este novo projecto derivou do projecto acima mencionado, tendo sido feitas modificações no sentido de melhorar a exactidão no que concerne à tensão de saída. Por conseguinte, a FAU201 ostenta uma exactidão muito superior, podendo mesmo ser considerada uma fonte de precisão. Não obstante, as restantes características são idênticas, tendo as mesmas protecções contra curto-circuitos e corrente excessiva.
Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 4,92V
– V d. nom. = 5V
– V d. máx. = 5,25V
– I L máx. = 200mA
Características eléctricas:
– I d. (V out = 2V, I L = 0mA) = 74,26mA
– I d. (V out = 2V, I L = 200mA) = 492,9mA
– P (V out = 2V, I L = 0mA) = 371,3mW
– P (V out = 2V, I L = 200mA) = 2,464W
Características da saída:
– Tensão máxima: 4,09V
– Incremento em tensão: 1mV
– Ruído (V out = 2V, I L = 0mA): 1,37mVrms
– Ruído (V out = 2V, I L = 200mA): 1,43mVrms
– Exactidão: ±(0,154% + 2,5mV)
– Regulação de carga: 1,72mV/A
– Corrente em curto-circuito (I SC): 258mA
Outras características:
– Coeficiente de temperatura da referência de tensão: 6ppm/°C
– Resolução do controlo de tensão: 12bit
O circuito é sui generis no que diz respeito à topologia da etapa de saída. A salientar, os resistores R7, R8, R9 e R10 possibilitam a compensação da resistência dos fios que ligam aos terminais de saída. Note que estes resistores constituem dois divisores de tensão: um para o terminal positivo, e outro para o terminal negativo. A tensão efectivamente medida nos terminais de saída retorna através de J2. Por si só, cada divisor de tensão tem o efeito de compensar a queda de tensão verificada no respectivo fio de ligação. Desta forma, a tensão medida nos terminais de saída permanece bem regulada e independente da corrente de carga.
Porém, mesmo considerando a topologia da etapa de saída e somando-se o facto de os resistores R7 a R10 serem de grande precisão, a exactidão desta fonte de alimentação deve-se à escolha de outros componentes. O conversor digital-analógico em IC9, do tipo LTC2640ACTS8-HZ12, foi escolhido por ter uma exactidão excepcional. Note que este integrado está preparado para utilizar o REF3440 (IC8) ao invés da sua referência de tensão interna, menos exacta. Por seu turno, o amplificador operacional OPA703 (IC10) apresenta uma tensão de offset de entrada muito reduzida.
De resto, o circuito implementa soluções similares às empregues no circuito da fonte de alimentação FAU200. A protecção contra curto-circuitos à saída é exercida pelo transístor em Q3, cuja base fica polarizada quando se verifica uma queda de tensão superior a cerca de 0,65V no resistor R12. Quando o transístor anterior conduz, limita a tensão na base de Q2, o que faz com que a corrente de saída da fonte fique também limitada. Note que o valor limite da corrente da saída, de 258mA, é ditado pelo valor do resistor em R12.
Porém, mesmo considerando a topologia da etapa de saída e somando-se o facto de os resistores R7 a R10 serem de grande precisão, a exactidão desta fonte de alimentação deve-se à escolha de outros componentes. O conversor digital-analógico em IC9, do tipo LTC2640ACTS8-HZ12, foi escolhido por ter uma exactidão excepcional. Note que este integrado está preparado para utilizar o REF3440 (IC8) ao invés da sua referência de tensão interna, menos exacta. Por seu turno, o amplificador operacional OPA703 (IC10) apresenta uma tensão de offset de entrada muito reduzida.
De resto, o circuito implementa soluções similares às empregues no circuito da fonte de alimentação FAU200. A protecção contra curto-circuitos à saída é exercida pelo transístor em Q3, cuja base fica polarizada quando se verifica uma queda de tensão superior a cerca de 0,65V no resistor R12. Quando o transístor anterior conduz, limita a tensão na base de Q2, o que faz com que a corrente de saída da fonte fique também limitada. Note que o valor limite da corrente da saída, de 258mA, é ditado pelo valor do resistor em R12.
O conversor digital-analógico (IC9) é controlado por SPI, por via do isolador digital ADuM1310 em IC7. Tal controlo é feito pelo interface CP2130 em IC4, um conversor USB-SPI, situado a montante do referido isolador. É importante salientar que a massa da etapa final está galvanicamente isolada da massa que é comum ao anfitrião USB, para que a fonte possa ser utilizada como referência flutuante. Vem daí a necessidade do isolador digital.
A alimentação da totalidade do circuito é feita por USB. O conversor DC-DC em IC5, do modelo RI3-0509S da Recom, converte os 5V provenientes do anfitrião para os 9V necessários à etapa de regulação final. Este conversor DC-DC tem isolamento galvânico, sendo necessário o condensador em C10 para acoplar as massas em AC por forma a minimizar o ruído à saída da fonte. À saída do dito conversor, o filtro constituído por C11, C12 e L2 reduz o ruído de comutação.
Esta fonte de alimentação inclui as habituais medidas de protecção contra sobre-tensões e descargas electrostáticas. O dispositivo PolyZen em IC1 protege o circuito contra sobre-tensões vindas da alimentação USB, para além de actuar em caso de corrente excessiva. Por sua vez, IC2 e IC3 oferecem protecção contra transientes nas linhas de dados do barramento USB. À saída da fonte, D5 suprime transientes originados por cargas de natureza indutiva. Por outro lado, D4 providencia um caminho de descarga quando a carga é predominantemente capacitiva.
A alimentação da totalidade do circuito é feita por USB. O conversor DC-DC em IC5, do modelo RI3-0509S da Recom, converte os 5V provenientes do anfitrião para os 9V necessários à etapa de regulação final. Este conversor DC-DC tem isolamento galvânico, sendo necessário o condensador em C10 para acoplar as massas em AC por forma a minimizar o ruído à saída da fonte. À saída do dito conversor, o filtro constituído por C11, C12 e L2 reduz o ruído de comutação.
Esta fonte de alimentação inclui as habituais medidas de protecção contra sobre-tensões e descargas electrostáticas. O dispositivo PolyZen em IC1 protege o circuito contra sobre-tensões vindas da alimentação USB, para além de actuar em caso de corrente excessiva. Por sua vez, IC2 e IC3 oferecem protecção contra transientes nas linhas de dados do barramento USB. À saída da fonte, D5 suprime transientes originados por cargas de natureza indutiva. Por outro lado, D4 providencia um caminho de descarga quando a carga é predominantemente capacitiva.
Lista de componentes:
C1/2/4-6/16/17/20-23 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/13/18 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M006 (NOJA475M006RWJ ou equiv.);
C8/9 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M010 (NOJA475M010RWJ ou equiv.);
C10 – Condensador cerâmico multi-camada 470pF 1KV (1206);
C11/12/15 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C14 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C19 – Condensador cerâmico multi-camada 470nF 10V (0805);
C24 – Condensador electrolítico de nióbio NOJC476M010 (NOJC476M010RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/ID;
D2 – LED WP1503CB/YD;
D3 – LED WP1503CB/GD;
D4 – Díodo rectificador S1A;
D5 – Díodo de comutação rápida MMSD4148;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/3 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG;
IC4 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC5 – Conversor DC-DC isolado RI3-0509S;
IC6 – Regulador de tensão LP2985-50 (LP2985-50DBV);
IC7 – Isolador digital ADuM1310 (ADuM1310ARWZ);
IC8 – Referência de tensão REF3440 (REF3440IDBV);
IC9 – Conversor digital-analógico LTC2640ACTS8-HZ12;
IC10 – Amplificador operacional OPA703 (OPA703NA);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Conector header macho de 2 pinos;
J3 – Bloco de terminais de 2 bornes;
L1 – Indutor de potência XFL3012-103ME (XFL3012-103MEB ou XFL3012-103MEC);
L2 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Transístor MOSFET de potência FDN327N;
Q2 – Transístor bipolar de potência MJD31C;
Q3 – Transístor bipolar MMBT3904;
R1 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/3 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R7-10 – Resistor de filme fino 1KΩ±0,05% 1/8W (0805);
R11 – Resistor de filme espesso 470Ω±5% 1/8W (0805);
R12 – Resistor de filme espesso 2,7Ω±5% 1/2W (1210).
Como de costume, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Aconselho a que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, uma vez que o seu desenho foi concebido tendo em conta as especificações deste serviço. Contudo, pode utilizar outro serviço de fabrico, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação a partir de 0,5mm. O stackup e materiais não têm de corresponder aos especificados pelo OSH Park.
A montagem do projecto necessita de equipamento especializado. A soldadura de todos os componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, utilizando pasta de solda e stencil. Em primeiro ligar são soldados os componentes SMD da face superior, e só depois os da face interior, tendo sempre o cuidado de aplicar a quantidade de calor adequada. Os componentes through-hole são soldados em último lugar, servindo para tal um simples ferro de soldar. Por fim, é necessário fazer as ligações da placa aos terminais, seguindo as indicações constantes nas notas do projecto.
A montagem do projecto necessita de equipamento especializado. A soldadura de todos os componentes SMD deve ser feita por refusão com ar quente, utilizando pasta de solda e stencil. Em primeiro ligar são soldados os componentes SMD da face superior, e só depois os da face interior, tendo sempre o cuidado de aplicar a quantidade de calor adequada. Os componentes through-hole são soldados em último lugar, servindo para tal um simples ferro de soldar. Por fim, é necessário fazer as ligações da placa aos terminais, seguindo as indicações constantes nas notas do projecto.
À semelhança de outros projectos, a caixa recomendada é a Hammond 1457C801. Trata-se de uma caixa em alumínio anodizado e com tampas lacadas a pó preto. Em alternativa, pode optar pela caixa 1457C801BK do mesmo fabricante, que apenas difere da anterior por ter o corpo inteiramente lacado a pó preto. Em todo o caso, as tampas devem ser trabalhadas de acordo com o guia de furação. É importante referir que a furação do painel frontal foi feita para os bornes da série TP1 da Cliff.
Montada a fonte de alimentação, deve-se proceder à configuração do seu interface CP2130. Tal só é possível em Linux, após ter instalado o programa de configuração fornecido no pacote "fau201-r0-conf-1.0.tar.gz". Consulte as notas do projecto para saber mais detalhes. Todos os ficheiros e pastas relevantes, incluindo software, estão disponíveis na pasta do projecto.
Montada a fonte de alimentação, deve-se proceder à configuração do seu interface CP2130. Tal só é possível em Linux, após ter instalado o programa de configuração fornecido no pacote "fau201-r0-conf-1.0.tar.gz". Consulte as notas do projecto para saber mais detalhes. Todos os ficheiros e pastas relevantes, incluindo software, estão disponíveis na pasta do projecto.
Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/fjsw...v9at
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/lour...rqfm
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/9ybu...251k
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/vhbp...wbgo
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/q683...h7ua
Guia de furação: https://app.box.com/s/5itb...8413
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/q5oy...yxjv
Software (Linux): https://app.box.com/s/q7oc...6z7c
Notas do projecto: https://app.box.com/s/r6z9...14gi
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/sc7c...1jkz
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/H12W2hUs
