Projeto de Fonte de Alimentação em Corrente Contínua (conversor CA/CC) Com Regulador Linear – Parte VIII

Esse é um limitador do tipo “Foldback” que permite definir duas correntes de limite, uma para curto-circuito (I_cct, para U_CC =0) e outra para sobrecarga, (I_lim, para U_CC≠0), I_cct< I_máx.

Quando ocorre um curto-circuito, U_CC = 0, a V_ce vai ser máxima e próxima do valor de U_f, a tensão retificada de alimentação. A potência dissipada no transistor Q4 nessa condição vai ser aproximadamente:

P_D = U_f * I_cct

A potência dissipada nessa condição será a máxima e tem que ser suportada continuamente ou pelo tempo necessário à atuação de um interruptor térmico ou magnético (disjuntor) que interrompa a circulação de corrente. A proteção do transistor de saída Q4 vai ser feita pela limitação de sua corrente de coletor num valor seguro quando apareça uma situação anormal de funcionamento.

A limitação acontece quando o transistor Q1 começa a conduzir, desviando corrente de base do par Darlington formado por Q3 e Q4. Olhando mais de perto, pode-se identificar a formação de um laço de realimentação negativa que transforma Q1, Q3 e Q4 numa fonte de corrente constante, isso para uma corrente I_O que faça a junção base-emissor de Q1 conduzir, quando a tensão sobre R1 ultrapassar 0,7V. Para analisar o circuito vamos escrever as leis de Kirchoff para os elementos do circuito. Antes convém colocar algumas condições necessárias e que vão facilitar as contas:

i_LIM * R_E > 0,7 para transistores de silício; i_LIM=corrente limite.

Podemos escrever então:

Quando i_o = i_LIM

Usando a LKT em torno de R1, R3 e D2

Se

Isso mostra que aparece uma tensão sobre R3 igual à tensão de saída, gerando uma corrente i₃ que vai aumentar a queda de tensão sobre R2, reduzindo a tensão sobre R1 e afastando Q1 da condução. Como consequência, será necessária uma corrente maior para iniciar a limitação quando RL ≠ 0 (curto-circuito).

i₃ = U_cc/R₃

Agora, usando a LKC no nó A:

i_b1 + i₁ – i₂ + i₃ = 0

Lembrando que ib1 tem que ser muito menor que as outras 3 correntes:

i₂ ≈ i₁ + i₃

Substituindo as equações obtidas anteriormente:

Mas:

Quando I_o=I_lim, em qualquer condição:

Então I_cct = I_lim (U_cc=0) será a corrente de curto-circuito:

A expressão acima mostra que I_lim vai ser diretamente proporcional à tensão de saída.