2020-08-13

Electronica Practica Aplicada

Fuente Corriente Constante Ajustable.

INTRODUCCIÓN.

Las fuentes de laboratorio suelen tener la facultad de disponer de una fuente de corriente contante, la limitación en corriente es una característica que tienen casi todas las fuentes de alimentación de laboratorio que habitualmente usamos en electrónica es muy útil tener un control tanto de tensión como de corriente.

Las fuentes de corriente constante se construyen de forma muy parecida a las de tensión constante, en las fuentes de tensión hay que conocer de antemano el margen de corriente de carga necesario, en cambio en las de corriente constante se debe conocer el margen de tensiones disponibles. Y lo más relevante entre ellas es que la fuente de tensión ideal tiene una resistencia interna cercana a 1Ω, en cambio la fuente de corriente constante ideal debe tener una resistencia interna muy elevada (entre 10MΩ y 100MΩ).

LIMITADOR DE CORRIENTE.

En la fuente de laboratorio que se describe en estas páginas, usted puede ver que dicha fuente es regulable y ajustable en tensión y corriente, es decir, tiene incorporado un control de corriente constante que le permite limitar la corriente de salida.

Cuando tratábamos una fuente de tensión, el factor más importante era que su resistencia interna tenía que ser cuanto más baja mejor, en cambio en una fuente de corriente contante la resistencia interna debe ser muy grande, de manera que la resistencia de carga (que suele ser baja) no influya. En otras palabras, que la corriente de salida no dependa de la resistencia de carga.

Un limitador de corriente permitirá aplicar cualquier tipo de tensión a la carga con una corriente que cambiará hasta llegar a la corriente prefijada, motivo por el cual el valor de corriente no aumentará.

Supongamos que tenemos el limitador de corriente conectado en serie con una fuente de 5V, a la salida del limitador la tensión en teoría seguirá siendo de 5V. Si el limitador lo hemos configurado para alimentar un LED de 18mA y estamos alimentando una resistencia 330Ω, aplicando la Ley de Ohm nos indicará que la corriente que circulará por la resistencia es de:

                     IR = VI / RL = 5V / 330Ω = 15.15mA

Por lo tanto el limitador no actuará porque está configurado para 18mA y esta consumiendo 15mA.

Ahora, aumentamos la tensión de entrada a 9V, esto nos exigirá una corriente mayor, veamos:

                       IR = VI / RL = 9V / 330Ω = 0.027A = 27mA

Como vemos nos demanda una mayor corriente de la configurada por el limitador, y por lo tanto el limitador actuará dejando pasar solamente los 18mA y no deja pasar los 27mA que demanda la carga.

Si por el contrario, cambiamos RL a 180Ω, la resistencia ofrecerá una corriente mayor, veamos:

                      IR = VI / RL = 5V / 180Ω = 0.0277A = 27mA

Como vemos de nuevo demanda una mayor corriente de la configurada por el limitador, y por lo tanto el limitador actuará dejando pasar solamente los 18mA y no deja pasar los 27mA que demanda la carga.

Con un ejemplo daremos luz a lo descrito, un circuito de una batería conectada a una resistencia en serie de 100MΩ y una carga de 1KΩ, si cerramos el circuito la intensidad que atraviesa el circuito sería:


Fig. 1

  • IL = Vs / Rs + RL
  •  Is = Vs / (Ri + RL), es decir, Is = 12V / (100MΩ + 1KΩ) = 12 / (100,001MΩ) = 0,12µA
  • Ahora si la carga vale 100Ω Is = 12V / (100MΩ + 0,1KΩ) = 12 / (100,0001Ω) = 0,11µA

Como se puede apreciar el valor de la carga se puede considerar que no influye en la corriente de paso, también podemos decir que la corriente por la carga es del 99 % de lo que podemos deducir que en una fuente de corriente constante ideal, la resistencia interna debe ser de al menos 100 veces mayor que la resistencia de carga. Rs > 100 RL

Si nos fijamos en las hojas de instrucciones del LM317, podemos ver la sencillez del esquema que se muestra como ejemplo, ver la siguiente figura.


Fig. 2

En la figura 2 vemos que la resistencia Rs en serie, limita la salida de corriente del LM317, reduciendo el posible daño por calor a la célula de la batería en este caso. Según el propio fabricante, el modo de operación de corriente límite se puede usar para cargar lentamente una batería a una corriente constante.

Es decir ICHG = 1.25 V / 24 Ω = 0.052 A corriente constante de carga de 52 mA.

Vi  debe ser mayor que VBAT + 4.25 V.  O sea,  (1.25 V [VREF] + 3 V [tensión .])

La R1 = 1.2Ω debe disipar una potencia de: WRL = (IO)2 * R1 = 12 * 1.2 = 1.2W

Si no disponemos de un LM317, es posible que tengamos un regulador fijo estándar como LM78XX, donde XX es la tensión de salida.


Fig. 3

Si disponemos de un regulador de 5V (Vxx = 5V) y una corriente de salida de 1A (como en el caso anterior del LM317), con estos parámetros determinaremos los valores de los componentes a utilizar. Según los fabricantes, la corriente de IQ de los reguladores fijos es de 0.006A = 6mA.

Despejando R1 de la formula de la figura, obtendremos: R1 = Vxx / IO – IQ = 5V / 1 – 0.006 = 5 / 1 = 5Ω

Y la potencia de R1: W = I2 * R1 = 12 * 5Ω = 5W

Al comparar ambas resistencias vemos que, disipa mucha más potencia esta R1 que la del LM317, el motivo es debido a que la tensión de referencia del 7805 es de 5V y la del LM317 es 1.25V.

La tensión de entrada en ambos reguladores la debemos aumentar para compensar la caída de tensión en RL que puede variar hasta 10Ω.

La caída de tensión en RL :   VL = IO * RL = 1A * 10Ω = 10V

Por lo tanto, deberemos aumentar a 10V la tensión de entrada para compensar la caída de tensión en el regulador.

Recapitulando para alimentar un LED de alto rendimiento con un LM317 se puede necesitar una corriente de 30 mA o incluso algo más, en ese caso, debemos calcular la resistencia R según la formula Iout=Vref/R, de lo que deducimos que Iot depende de la R ya que Vref suele ser fija.

En los cargadores de baterías Li-ion se debe utilizar una fuente de corriente constante para no dañar la batería ya que se calentaría por el exceso del paso de una corriente superior a la establecida por el fabricante que por norma suele ser del 10% de la corriente máxima que entregue, es decir, una batería que entregue 1A/H, debe cargarse con 0,1A o sea 100mA.

También podemos realizar una fuente de corriente constante como el mostrado en la siguiente figura 4, Vcc puede ser los mismos 5V u otra tensión, la intensidad será 20 mA o 35mA según elija..


Fig. 4

Mediante un amplificador operacional como el LM358 y un NMOS IRLZ44.

Esto es todo por este artículo.