As vezes temos alguns projetos pequenos que não exigem grande quantidade de corrente e poderiam ser perfeitamente alimentados por uma pequena fonte sem transformador diretamente na rede elétrica.
Esse projeto vem de encontro com essa ideia.
Como tudo na vida, temos os prós e contras:
Baixo custo – utiliza poucas peças;
Montagem compacta e leve – não utiliza transformador.
Não é isolado – como não utiliza transformador, a fase está ligada diretamente na eletrônica, podendo provocar choque elétrico independente da polaridade da tomada!;
A regulação de tensão é pobre – pode ser necessário utilizar um regulador;
Não é conveniente para correntes acima de 1A – o capacitor fica grande demais, inviabilizando o projeto.
Como pode ser visto no diagrama, são necessárias muito poucas peças.
C1 é o coração da ideia. A tensão é limitada através da reatância capacitiva (resistência interna que depende da frequência). Ele fica em série com o retificador e consequentemente com a carga. Não pode ser polarizado, recomendo poliéster metalizado.
R1 tem a única finalidade de descarregar o capacitor quando o circuito é desligado, oferecendo segurança ao operador, já que a tensão pode chegar a mais de 300Vcc quando ligado em 220Vca.
D1 a D4 formam uma ponde retificadora e C2 é o filtro de saída.
Este circuito exemplo é capaz de fornecer 12Vcc para uma carga de 20mA. Para outros valores, vejamos abaixo como pode ser calculado.
Tenha em mente que este projeto não é isolado e que funciona bem se a carga tiver corrente constante. Caso contrário um regulador de tensão será necessário na saída.
Inicialmente, tenha os valores de tensão de entrada e saída, corrente de saída e frequência da rede, sabendo que a partir de 1A o capacitor ficará gigante, inviabilizando a montagem.
§ Vamos exemplificar com os seguintes valores:
Tensão de entrada: 127V
Tensão de saída (carga): 12V
Corrente da carga: 20mA
Frequência da rede (Brasil): 60Hz
§ Primeiro vamos calcular a tensão no capacitor:
A queda de tensão que ele deve provocar não respeita as leis de Kirchhoff porque é um componente reativo que devolve tensão na descarga fora de fase com a rede. Por esse motivo temos que utilizar o triângulo da reatância:
Dessa forma, a tensão no capacitor será calculada com a seguinte equação:
Colocando valores:
§ A seguir calculamos a reatância capacitiva pela lei de ohm:
Calculando: (20mA = 0,02A)
§ Finalmente, o valor do capacitor é calculado pela equação da reatância capacitiva, em Farad:
Com valores:
O valor comercial mais próximo escolhido foi de 470nF ou 0,47uF.
§ Um último fator importante é o valor da tensão de isolação do capacitor. Este componente está sujeito à tensão de pico da rede, não só a RMS (medida com o multímetro). Dessa forma, temos que saber qual é a tensão máxima:
Assim,
Por motivos de segurança do componente, sua tensão deve ser aproximadamente 50% maior que o pico:
Calculando:
Dessa forma, o componente escolhido deve ter isolação de 250V ou mais. Comercialmente existe o capacitor de poliéster metalizado de 470nF x 250V.
Para aquelas pessoas que não são amigas da matemática, preparei uma planilha onde é necessário apenas digitar os valores desejados e o capacitor é calculado automaticamente. Resta apenas encontrar um valor comercial aproximado com o resultado das equações. Esta planilha pode ser baixada clicando aqui.
Semicondutores
D1, D2, D3 e D4 = diodos retificadores comuns = 1N4007 ou similares
Resistores
1 – 1MΩ x 1/8W
Capacitores
1 – poliéster metalizado *veja texto – (no exemplo, 470nF x 250V)
1 – eletrolítico 470uF com pelo menos 1,5 vezes mais tensão de isolação que a saída (no exemplo, 470nF x 25V)
Diversos
2 – conectores para 2 cabos (1 para a entrada e outro para a saída)
Em eterna construção