Fuente de laboratorio de pobre 2.0

[Rovellat]

Anteriormente realicé lo que pomposamente llamé Fuente de laboratorio de pobre

Pero solo era una fuente variable, muy sencilla, con muy pocos componentes, pero le faltaban algunas cosillas para ser realmente una fuente de laboratorio.

Ahora he dado un pasito mas; esta nueva versión ya se parece mas a una fuente de laboratorio, y sigo llamándola de pobre por el poco costo de los componentes, habida cuenta que la mayoría son reciclados; y los que no lo son son de muy bajo costo.

Poco a poco iré informando del proyecto; todavía inconcluso, pero con buenas perspectivas, e intentaré exponerlo de la forma mas didáctica posible, por si alguien se anima.

Como esto va despacio, una primera fase es la recopilación de materiales; algunas de las cosas que se necesitan son:

-Un transformador de halógena BiPin; como ahora se desmontan para montar leds, se encuentran en cualquier lado tirados; cualquier electricista nos lo puede regalar, o podemos aprovechar alguno que tengamos en casa, y pasar la luz a LED.

-Una fuente de oredenador ATX; también andan tiradas por la calle, o la sacamos de un ordenador viejo, o la pedimos a una tienda de reparación de PCs.

[Rovellat]

Un pequeño comentario sobre fuentes analógicas, y digitales:

Aunque no viene a cuento, voy a exponer porque la fuente es analógica, y no digital. Aunque todas convierten una tensión (generalmente la de la red) en otra aislada y utilizable, las diferencias son muy grandes; así brevemente:

Las digitales son mas eficientes, pesan menos, son mas baratas. En una palabra son mas modernas

Las analógicas tienen mucho menos ruido eléctrico; quizás sea su única ventaja.

Pero es que tengo mucho material apropiado para construir fuentes analógicas, y además es que me gustan; y como ahora estoy reorganizando mi taller, he caido en la cuenta que tengo muchas fuentes digitales, unas compradas, y otras recuperadas, pero muy pocas analógicas, y todas adolecen de poca corriente, por lo que voy a ampliar un poco el parque, en especial creo que voy a prepararlas para ponerlas en paralelo, y tener asi algo mas de intensidad; 40 o 50 A es lo que necesitaría.

[Rovellat]

Otra cosa que se necesita es un aparato de medida como este:



Esto ya es casi media fuente. Nos informa de la tensión y de la corriente, y además nos da una salida de 3V estabilizados que aprovecharemos, y además usaremos la resistencia shunt que lleva incorporada para el limitador de corriente.

Aparatos de estos hay varios, pero este en concreto hay que buscarlo como "Digital 100V 10A DC Voltmeter Ammeter Blue + Red"; lo digo para que sea igual al mío; ya que es básico en este montaje. No son caros; andan por los 2€.

Y además un LM1084 ADJ; que es un regulador integrado, parecido al popular LM317, pero que da mas amperios.

Luego si puedo pongo unos enlaces, de los que no me hago responsable.

[Rovellat]

También usaremos un TL431; son muy baratos, y fáciles de encontrar, además muchas fuentes ATX llevan uno dentro.

Y también un LM358, que es un operacional doble; también muy barato, y facil de encontrar, incluso de desguace; hay que buscar una cucaracha de 8 patitas.

Los potenciómetros no los tengo todavía muy definidos; porque me faltan algunas pruebas, pero siempre podemos ir cogiendo los que encontremos de desguce.

[Rovellat]

Un poco de historia....

La base es un regulador integrado; lo utilizo por comodidad, pero sobre todo porque está protegido contra cortocircuitos, Y sobre todo, lo mas interesante, es que está protegido contra sobretemperatura.

La regulación analógica se puede realizar en paralelo, o en serie; en paralelo es consumir artificialmente lo que no consume el circuito alimentado, de forma que a este le llegue solo lo que necesita. Es como si queremos mantener el nivel de agua de un recipiente al que entra un chorro de agua, tirando el agua que sobra.

La regulación serie es limitar la energía que llega a la carga; en el ejemplo anterior en vez de tirar el agua que sobra, ponemos un grifo a la que entra. A todas luces parece mas eficiente que la regulación paralelo; aun así se utiliza la paralelo para casos determinados, y la regulación en serie no es tan buena como parece, aunque es mucho mejor que la paralelo.

La razón de esto es que en el regulador cae la tensión que le sobra a la carga, y pasa la corriente que pasa por la carga; esto es calor; calor que genera el elemento regulador, y que hay que disipar convenientemente.

O sea, que el regulador se calienta; y si aumenta la temperatura por encima de un máximo se estropea. Por eso los reguladores integrados, suelen estar protegidos contra sobretemperatura.

Uno de los mas utilizados es el LM317, un clásico, su esquema básico es el siguiente:

[Rovellat]

Básicamente el transformador cumple dos misiones; nos aisla de la red eléctrica, y reduce la tensión a un valor apropiado a nuestras necesidades. Además el rendimiento es muy alto, y son muy duraderos, El transformador de BiPin da una tensión de 11,5V, y aunque lo veamos muy viejo, si funciona seguro que lo hara durente muchos años mas.

La tensión se rectifica con un puente de diodos, y se filtra con un condensador. Tanto uno como otro deben ser adecuados a la tensión y a la corriente que vamos a sacar. La tensión en el condensador es de unos 15V, esto es debido a que se carga con la tensión de pico, pero como esto no es un curso de electrónica, no voy a continuar por aquí.

Pero lo que conviene saber es que al aumentar el consumo, la tensión baja, por la resistencia del bobinado del transformador, y por la caida en el puente rectificador; además aumenta el rizado, que es la diferencia entre la tensión del condensador recién cargado, y la que tiene cuando se va descargando antes de que le llegue una nueva carga. La tensión mas baja del condensador en el momento mas adverso, disminuida por la caida de tensión en el elemento regulador, es la tensión máxima que podremos sacar a la fuente.

[Anilandro]

Hola Rovellat. Me admira como consigues sacarles usos y rendimientos insospechados a circuitos y módulos económicos. Tus trabajos con estas "fuentes" está muy bien. Yo necesito actualizar mi taller en este aspecto, ya que en fuentes variables sólo tengo una Sales-Kit de 20 V 2A, y otra autoconstruida hace casi cincuenta años de 30 V 3 A, que tiene la mala costumbre de dispararse de tensión cuando se calienta... Así que tomo buena nota de tus experiencias.

Un saludo

[Rovellat]

Gracias Anilandro, espero que las ideas que expongo puedan ser de alguna utilidad; para mi por descontado, porque tengo varias cosas inacabadas; a ver si esta vez lo consigo, pero si alguien las utiliza, por mi encantado, al fin y al cabo, para esto lo escribo.

Bueno sigamos un poquito en el tema....

El regulador es totalmente clásico; aquí no hay nada de mi cosecha; cientos de esquemas, digo miles, haylos por la red, asi que vamos a ir poniendo mis excentricidades.

Lo primero es cambiar el regulador, me he decantado por el LM1084 ADJ, que es practicamente idéntico al LM317, salvo en dos pequeños detalles; uno que puede suministrar 5A, y el otro es que tiene menos dropout, (que en cristiano significa que caen menos voltios entre entrada y salida para la misma regulación), lo que se traduce en 1V mas a la salida. Como que de los 15V ya quedan muy pocos para regular digamos 12V que es lo que me he propuesto, cuanto menos se pierda, mejor.

Otro punto que pienso atacar es la caida en el puente; el que he puesto es solo poque lo tenía a mano para dibujarlo, pero ya contaré como lo consigo.

Evidentemente ahora vienen los problemas, el transformador puede dar unos 4A, el regulador limita a 5A, hay un pequeño desajuste, pero es que toda fuente de laboratorio que se preste, (o incluso si no la prestamos), tiene que tener un limitador de intensidad, y ahí es donde realizaré la limitación total, del conjunto

[Rovellat]

Aquí ya se ve el nuevo regulador; el esquema es el mismo, (Hasta las patitas son las mismas), pero ha habido que aumentar la capacidad de los condensadores de entrada. Como no tenía de mas capacidad, he puesto tres en paralelo.

Poner condensadores en paralelo, no es mala idea, las capacidades se suman, y para ciertas capacidades son caros, por lo que es mas barato poner varios de capacidad menor en paralelo. Otro efecto es que se disminuye la resistencia interna, cosa que es buena como ya he dicho, cuando andamos justitos de tensión.

Además tiene un efecto rebote, si falla uno, solo hay que cambiar el estropeado, en este caso 1/3, que siempre es mas barato que cambiar uno mas gordo.

Y además es mas facil obtener condensadores de menos capacidad de desguace, y al fin y al cabo, esto es una fuente de pobre, ¿No?.

Para ello podemos poner no tres, sinó bastantes mas condensadores, siempre que la capacidad total sea mayor que la suma de los tres indicados, (es un mínimo); y ni siquiera tienen que ser iguales. Pero eso si, la tensión de cualquiera de ellos 25V, (16V es un poco justita).

Ahora bien, el condensador es un tema delicado, no es como los diodos, o el transformador; sufren de envejecimiento y estres; sobre todo los de las fuentes conmutadas; yo no los usaría salvo que se vea que la fuente es nueva y ha ido al desguace por algún motivo; se ve facilmente por la porquería que suele tener acumulada. Y por descontado, ningún condensador que esté con el culo (1) abombado, o se le vea que ha sufrido derrame.

Los condensadores almacenan la carga justo cuando la red alcanza el máximo de tensión, y la mantienen, es un decir, el tiempo que la red tiene una tensión mas baja.

Y digo que es un decir, porque como la carga va chupando, la tensión va bajando, y mas baja cuanto mas chupa la carga, esto es lo que se conoce como rizado. Tiene dos efectos, uno es el ruido eléctrico, y otro peor en nuestro caso, que la tensión mínima es menor; y de la tensión mínima del condensador depende la tensión máxima de salida de la fuente.

Por lo tanto, no se puede poner menos capacidad de la indicada. Sin haber hecho medidas, la supongo suficiente para una corriente máxima de 3A, que es lo que quiero que de la fuente, con picos prolongados de unos 4A, e instantaneos de unos 5A. Si ponemos mas capacidad mejora, pero sin pasarse, que luego sufre el transformador, el puente de diodos, y hasta puede saltar el fusible.

Y lo que queda es el disipador, que no se ve, pero que está. Como es una fuente de pobre, voy a utilizar una caja de fuente ATX, pero sobre todo porque ya lleva toma de corriente, interruptor, y ventilador, y está casi mecanizada. Se utilizará también el disipador, y el ventilador.

Al estar el regulador protegido contra calor excesivo, no hay que hacer cálculos engorrosos, solo poner un disipador grande, que si es pequeño, no dará la corriente máxima que esperábamos, pero no se estropeará, y funcionará correctamente a corrientes mas pequeñas. el ventilador lo pondremos a 12V directos; a través de un termostato, o a través de un circuito automático, (es lo mas sensato).

El regulador va atornillado al disipador, pero separádo electricamente mediante aislantes que dejan pasar el calor; de esto hay cientos de explicaciones en la red; o sea que ha de pasar el calor, pero no la electricidad. Otra solución es no aislar el regulador, y aislar el disipador; ambos métodos tienen sus ventajas e inconvenientes.

El calor disipado no es trivial, supongamos que ajustamos la salida a 1V y pretendemos sacar 3A. En el regulador caen unos 14V, lo que hacen unos 42W en forma de calor, este calor hay que irlo extrayendo al aire, o la fuente no funcionará. Este es el peor inconveniente de las fuentes analógicas con regulador en serie.

(1) léase extremo posterior

[Rovellat]

Estoy viendo un error en los esquemas, el punto medio del potenciómetro va a masa, a ver si lo corrijo...