Pequenos projetos eletrônicos

Fonte sem transformador – não isolada – com capacitor

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:

Vantagens

Baixo custo – utiliza poucas peças;

Montagem compacta e leve – não utiliza transformador.

Desvantagens

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.

O circuito

Descrição

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.

Como calcular o circuito para outros valores

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.

Planilha para calcular facilmente o capacitor

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.

Lista de material

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