Mini-Fuente Regulada de Voltaje con LM317 II – Fuente de Corriente controlada

Para construir una fuente de corriente regulable con el regulador LM317 es necesaria una ligera modificación al esquema utilizado en la mini-fuente de voltaje, que permitirá obtener una fuente con valor de voltaje constante dependiente del valor de voltaje de entrada VIN y una corriente regulable de 5mA a 1.5A.

[caption id="attachment_199" align="alignnone" width="1047"]Esquema mini-fuente en modo fuente de corriente Esquema mini-fuente en modo fuente de corriente[/caption]

 

La principal modificación es que ahora la regulación de corriente depende del valor de la resistencia R3, por tanto es necesario desactivar los potenciómetros mediante un jumper para evitar que se dañen debido a una corriente muy grande. La carga irá conectada donde indica el esquema, es decir en la terminal X4-1(+) y X4-2(-), y no en la terminal X2.

Con los potenciómetros desactivados mediante el jumper, la corriente que circula por la carga es:
Iload = IR3+0.1mA
Iload = (1.25/R3)+0.1mA
R3 = 1.25/(Iload-0.1mA)

De esta manera podemos variar el valor de la corriente en la salida con solo variar R3. En el montaje final hemos incluido dos salidas con terminales X3-1 y X3-2 por si la resistencia que calculamos no es de un valor exacto. En este caso desactivaríamos la resistencia R3 retirándola del montaje y añadiendo el arreglo de resistencias necesario en las terminales X3-1 y X3-2.

[caption id="attachment_202" align="alignnone" width="800"]Mini Fuente con LM317 Mini Fuente con LM317[/caption]

Ejemplo

Queremos obtener una corriente de 250mA, para esto debemos hallar la resistencia R3 adecuada, utilizando la ecuación R3 = 1.25/(Iload-0.1mA) que da como resultado una resistencia R3=5.002Ω. Como el voltaje en Load es constante de 1.25 V, la carga que se debe poner para recibir la corriente de 250mA es de: RL= (1.25/250mA) = 5Ω.

Existen en el mercado diferentes tipos de baterías recargables, así como métodos de recarga. Las que nos interesan en esta ocasión son la baterías que se recargan mediante un voltaje y corriente fijos.

  • Baterías Níquel-cadmio (NiCd). Se cargan con corriente constante.
  • Baterías Níquel-hidruro metálico (NiMH). Se cargan con corriente constante.
  • Baterías Iones de litio (Li-Ion) y Polímero de litio (Li-Poli). Se cargan usando voltaje constante, con una limitación de corriente para evitar el sobrecalentamiento en la etapa inicial del proceso de carga.

En cada caso debemos conocer la corriente y el voltaje de carga de cada batería para ajustar nuestra fuente a esos valores. El valor de voltaje necesario en la entrada de la fuente será: valor carga de la batería + 1.25 V. Para obtener la corriente adecuada se calcula la resistencia R3 mediante el método anterior y así obtendremos la limitación de corriente necesaria para no dañar nuestra batería.

Tipo Potencia/ peso Tensión por elemento (V) Duración(número de recargas) Tiempo de carga Auto-descargapor mes (% del total)
Ni-Cd 48-80 W/kg 1,25 V 500 10-14h * 30 %
Ni-Mh 60-120 W/kg 1,25 V 1000 2h-4h 20 %
Li-ion 110-160 W/kg 3,16 V 4000 2h-4h 25 %
Li-Po 100-130 Wh/kg 3,7 V 5000 1h-1,5h 10 %

* Las baterías de Ni-Cd se pueden cargar hasta en 30 minutos, con cargas rápidas, pero disminuye su vida, y se calientan en exceso, siendo las únicas que admiten este tipo de cargas.

[caption id="attachment_203" align="alignnone" width="800"]Montaje final mini fuente con regulador LM317. Montaje final mini fuente con regulador LM317.[/caption]

 

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Mini-Fuente Regulada de Voltaje con LM317

Al momento de desarrollar cualquier práctica en electrónica, siempre nos enfrentaremos con el problema de la alimentación. Ya sea con una batería, un cargador o una fuente regulada, es recomendable contar con una fuente de energía que nos brinde una capacidad de corriente adecuada sin tener miedo a que se dañe por una demanda excesiva. Sin embargo, muchas veces, para prácticas sencillas y que requieran poca demanda de corriente, una fuente profesional seria innecesaria y sencillamente muchos de nosotros no la poseemos.

Hoy te proponemos la construcción de una mini fuente de voltaje, que requerirá de pocos costos, práctica y portable.

Una de las aplicaciones más frecuentes del circuito integrado LM317 es la regulación de tensión en un circuito eléctrico. El LM317 consta de sólo 3 terminales y opera con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 V hasta 37 V. La corriente máxima que puede entregar es de 1.5 A y es necesaria la utilización de un disipador para evitar la excesiva temperatura. Este integrado cuenta con tres terminales dispuestas así: Entrada (VIN), Salida (VOUT) y Ajuste (ADJ).

[caption id="attachment_55" align="alignnone" width="600"]LM317 y esquema de regulación LM317 y esquema de regulación[/caption]

 

Como vemos, para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable, que puede ser, de acuerdo a la necesidad un potenciómetro o un preset). El voltaje de salida depende de la posición que tenga la patilla variable del potenciómetro, patilla que se conecta a la terminal de AJUSTE del integrado.

Análisis de funcionamiento

La tensión entre la terminal ADJ y VOUT es siempre de 1.25 V (tensión establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25 V / R1.

Esta misma corriente circula por la resistencia R2 más la corriente de ajuste, que comúnmente es de 100µA. Entonces la tensión en R2 es: VR2= R2*Iadj+ R2*IR1.

Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene: VR2 = R2*Iadj+ R2*(1.25/R1).

Como la tensión de salida es:

Vout = VR1 + VR2
Vout= 1.25 + R2*Iadj+ (1.25*R2/R1)
Vout=1.25 + (1+R2/R1)+ Iadj*R2

Para ejemplo, queremos que nuestro voltaje de salida sea de 5V, entonces la resistencia del potenciómetro tendría que ser de 706.43Ω, calculado según la ecuación anterior:

R2=(Vout*240Ω)/(1.25+0.1mA*240Ω)

No es necesario calcular la resistencia de ajuste cada vez que utilicemos la fuente, basta con ir tomando la medición y girar gradualmente el potenciómetro hasta obtener el valor exacto de voltaje deseado.

Esquema de la mini-fuente terminada

Con el propósito de optimizar el funcionamiento del regulador se pueden incorporar al diseño algunos elementos adicionales como parte final de nuestra fuente.

[caption id="attachment_56" align="alignnone" width="696"]Esquema mini-fuente voltaje con LM317 Esquema mini-fuente voltaje con LM317[/caption]

 

Se utilizan varios capacitores que tienen como función mejorar la calidad de la señal de salida reduciendo el ruido que se pueda presentar. Además añadieron varios diodos D1, D2 y D3 (1N4004) para proteger el regulador contra posibles cortos circuitos.

R1= 500Ω (para ajuste fino), R2=5KΩ y R3 = 240Ω (recomendada en la especificaciones del regulador).

Como entrada de voltaje VIN se utilizará un adaptador común de 12V o más si es posible y de 1A o más (según especificaciones del regulador), aunque comúnmente estos adaptadores vienen solo hasta 1A. Si es así podemos conectar dos o más adaptadores en paralelo mediante diodos para garantizar los 1.5A, que es el límite de funcionamiento del regulador LM317.

Como te habrás dado cuenta, en el esquema se añadieron un par de terminales extra, que nos permitirán usar este sencillo montaje como fuente de corriente y un sencillo cargador de baterías.

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