29/10/2019

Fonte de alimentação FAU200 (Rev. 1)

Trata-se é uma revisão correctiva ao projecto apresentado no post de 18 de Novembro do ano passado. Antes de mais, é importante referir que a versão original desta fonte de alimentação mostra demasiado ruído, que não é condizente com a topologia em questão. Para além do mais, é susceptível a latch-up em determinadas condições, sobretudo quando a natureza da carga é fortemente indutiva. Esta nova revisão visa corrigir os problemas acima mencionados. Por conseguinte, a nova versão da fonte FAU200 apresenta-se bastante mais estável.

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) = 71,91mA
– I d. (V out = 2V, I L = 200mA) = 490,5mA
– P (V out = 2V, I L = 0mA) = 359,5mW
– P (V out = 2V, I L = 200mA) = 2,453W


Características da saída:
– Tensão máxima: 4,09V
– Incremento em tensão: 1mV
– Ruído (V out = 2V, I L = 0mA): 880µVrms
– Ruído (V out = 2V, I L = 200mA): 918µVrms
– Exactidão: ±(0,782% + 7,5mV)
– Regulação de carga: 9,72mV/A
– Corrente em curto-circuito (I SC): 258mA


Outras características:
– Coeficiente de temperatura da referência de tensão: 10ppm/°C
– Resolução do controlo de tensão: 12bit


As modificações ao circuito foram feitas apenas ao nível da etapa de regulação, conforme evidenciado no diagrama da imagem abaixo. A sublinhar, o resistor R7 limita a corrente na entrada inversora do amplificador operacional em IC9. Deste modo, impede-se que um transiente residual cause o latch-up da referida entrada. Desta forma, previne-se a destruição do amplificador operacional. O mesmo resistor, em conjunção com o condensador em C20, forma uma malha de compensação que confere mais estabilidade ao circuito.

Circuito da etapa de regulação.

O díodo em D5 é agora do tipo TVS. Este tipo de díodo oferece protecção contra picos de tensão que sigam a polaridade da fonte de alimentação, para além da protecção contra transientes de origem indutiva que o MMSD4148 já oferecia. Para finalizar, o resistor de descarga (R10) assume um valor mais baixo, de 2,2KΩ ao invés de 4,7KΩ.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/15-19/21 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/12 – 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);
C11/14 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C13 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C20 – Condensador cerâmico multi-camada 3,3nF 10V (0805);
C22 – 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 TVS SMBJ5.0A;
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 – Conversor digital-analógico LTC2640CTS8-HZ12;
IC9 – Amplificador operacional OPA705 (OPA705NA);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Bloco de terminais de 2 bornes;
L1 – Indutor de potência XFL3012-103ME (XFL3012-103MEB ou XFL3012-103MEC);
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 – Resistor de filme espesso 1KΩ±5% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 470Ω±5% 1/8W (0805);
R9 – Resistor de filme espesso 2,7Ω±5% 1/2W (1210);
R10 – Resistor de filme espesso 2,2KΩ±5% 1/8W (0805).


Como é usual, o layout da placa está disponível nos formatos .brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Novamente, sugiro que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, uma vez que o respectivo desenho foi feito com as especificações deste serviço em mente. Porém, pode opter por outro serviço de fabrico, desde que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm. No que diz respeito à montagem do projecto, aplicam-se as recomendações dadas aquando a apresentação do projecto original.

Por fim, é sempre necessário configurar o interface CP2130 da fonte de alimentação. Como anteriormente, só é possível fazê-lo em Linux, após a instalação do programa de configuração incluso no pacote "fau200-r1-conf-1.0.tar.gz", que por seu turno está disponível na pasta "Software". Para mais informações, deverá ler as notas do projecto. Todos os ficheiros e pastas podem ser encontrados na pasta do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/b7b8...ghso
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/nsp4...3ggh
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/f2wq...895g
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/sw42...kl72
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/vh8r...f2h5
Guia de furação: https://app.box.com/s/m0tc...0ki1s
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/ju8l...qlzm
Software (Linux): https://app.box.com/s/33fj...ahqo
Notas do projecto: https://app.box.com/s/c9ev...pufm
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/vwgb...gptr
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/s9RPSoFT

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