Transformador sem fonte de alimentação CA para CC (Parte 10/13)

Os capacitores usados ​​para reduzir a tensão CA são capacitores de classificação X não polarizados. Esses capacitores com classificação X são projetados para passar CA de alta tensão de acordo com sua classificação de tensão (por exemplo, 250 V, 400 V, 600 V). Qualquer capacitor eletrolítico normal não funcionará para esse propósito. O capacitor eletrolítico tem uma polaridade fixa em suas placas. Portanto, quando a CA é aplicada às suas placas, as placas do capacitor obterão duas polaridades opostas pela metade positiva e negativa da CA. Portanto, em qualquer um dos ciclos CA, as placas do capacitor obterão polaridade reversa gerando buracos no dielétrico do capacitor. Portanto, um capacitor eletrolítico normal irá quebrar devido ao sinal CA ao passar pelo capacitor. O capacitor não polarizado com classificação X pode ser colocado na rede elétrica para reduzir 230 Vca. Esses capacitores precisam ser conectados linha a linha e são construídos para serem usados ​​em circuitos CA de alta tensão.

O circuito de fonte de alimentação projetado neste projeto recebe 220-230 V CA da rede elétrica e reduz para 5,67 V CC. O circuito tem limite máximo de corrente de 7,2 mA na saída.

Nome dos componentes	Especificação	Quantidade
Capacitor C1	0,1uF, 400V cerâmico	1
Capacitor C2	2200uF 25V	1
Capacitor C3	0,47uF 25V	1
Resistor R1	200k 1W	1
Resistor R2	100 ohms 1W	1
Diodo D1-D4	1N4007	4
Diodo Zener D5	5,6V 500mW	1

A linha de fase da rede elétrica é conectada a um capacitor cerâmico de 0,1 uF 400V e um resistor de purga (mostrado como R1 nos esquemas) é conectado paralelamente ao capacitor. Este circuito RC está conectado em série a um retificador de onda completa. O retificador de ponte completa é construído conectando quatro diodos 1N4007 entre si designados como D1, D2, D3 e D4 nos esquemas. O cátodo de D1 e o ânodo de D2 são conectados à linha de fase via circuito RC e o cátodo de D4 e o ânodo de D3 são conectados ao fio neutro. Os cátodos de D2 e ​​D3 são conectados, dos quais um terminal é retirado para saída do retificador e os ânodos de D1 e D4 são conectados, dos quais outro terminal é retirado para saída do retificador de onda completa.

Um capacitor de 2.200 uF é conectado aos terminais de saída do retificador de ponte completa para suavização do pulso DC e um diodo zener de 5,6 V é conectado aos terminais de saída do circuito para regulação de tensão.

O funcionamento do circuito pode ser interrompido nas seguintes operações –

1. Conversão AC para AC

2. Conversão AC para DC – Retificação de Onda Completa

3. Suavização

4. Regulação de tensão

A tensão da rede elétrica é de aproximadamente 220-230 V, que deve ser reduzida para 5,6 V CA antes de ser convertida para CC na saída. Para reduzir os 220 Vca, um capacitor de classificação X de 0,1 uF 400 V é usado em série com a linha de fase. O resistor R1 de 200 k ohms e potência nominal de 1 W é conectado em paralelo ao capacitor. O resistor R1 é um resistor de sangria usado para fins de segurança. O resistor de sangria descarrega o capacitor quando o circuito é desconectado e evita qualquer choque elétrico. A queda de tensão no capacitor depende do valor da carga na saída e da reatância do capacitor.

Reatância do capacitor

X= 1/ (2*π*f*C);

Tomando π=3,14

frequência de alimentação de CA (f) = 50 Hz

Capacitância (C) = 0,1 uF

Reatância (X) = 31,8 k ohm

A corrente máxima fornecida pela fonte é derivada da seguinte forma –

I(teórico) = V/X (V = 230V CA)

I(teórico) = 230/31800

I(teórico) = 7,2 mA

A tensão CA reduzida precisa ser convertida em tensão CC por meio de retificação. A retificação é o processo de conversão de tensão CA em tensão CC. Existem duas maneiras de converter um sinal AC em DC. Uma é a retificação de meia onda e a outra é a retificação de onda completa. Neste circuito, uma ponte retificadora de onda completa é usada para converter a tensão CA em tensão CC. A retificação de onda completa é mais eficiente do que a retificação de meia onda, pois fornece uso completo dos lados negativo e positivo do sinal CA. Na configuração do retificador de ponte de onda completa, quatro diodos são conectados de tal forma que a corrente flui através deles em apenas uma direção, resultando em um sinal DC na saída. Durante a retificação de onda completa, dois diodos ficam polarizados diretamente e outros dois diodos ficam polarizados reversamente.

Durante o meio ciclo positivo da alimentação, os diodos D2 e ​​D4 conduzem em série enquanto os diodos D1 e D3 são polarizados reversamente e a corrente flui através do terminal de saída passando por D2, terminal de saída e D4. Durante o meio ciclo negativo da alimentação, os diodos D1 e D3 conduzem em série, mas os diodos D1 e D2 são polarizados reversamente e a corrente flui através de D3, terminal de saída e D1. A direção da corrente em ambos os sentidos através do terminal de saída em ambas as condições permanece a mesma.

Os diodos 1N4007 são escolhidos para construir o retificador de onda completa porque possuem corrente direta máxima (média) de 1A e, em condição de polarização reversa, podem sustentar tensão inversa de pico de até 1000V. É por isso que diodos 1N4007 são usados ​​neste projeto para retificação de onda completa.

Suavização é o processo de filtragem do sinal DC usando um capacitor. A saída do retificador de onda completa não é uma tensão CC constante. A saída do retificador tem o dobro da frequência das fontes principais, mas contém ondulações. Portanto, ele precisa ser suavizado conectando um capacitor em paralelo à saída do retificador de onda completa. O capacitor carrega e descarrega durante um ciclo, fornecendo uma tensão CC constante como saída. Portanto, um capacitor de 2.200 uF (mostrado como C2 no esquema) é conectado à saída do circuito retificador. Como a CC que deve ser retificada pelo circuito retificador tem muitos picos de CA e ondulações indesejadas, para reduzir esses picos é usado um capacitor. O capacitor atua como um capacitor de filtragem que desvia toda a CA através dele para o terra. Na saída, a tensão CC média restante é mais suave e livre de ondulações.

O capacitor C2 é de alto valor e um capacitor C3 de pequeno valor é conectado paralelo a ele, de modo que o capacitor C3 diminui a impedância equivalente do capacitor C2.

Para fornecer 5,6 V regulados na saída, um diodo zener de 5,6 V 500 mV é conectado em série à resistência R2. O diodo fornece tensão regulada e estabilizada na saída, independentemente da flutuação na tensão de entrada e da variação na corrente de carga. O diodo zener fornece corrente de 7,2 mA na saída. Se for necessário um nível de corrente diferente de 7,2 mA no circuito de carga, o capacitor C1 com valor diferente poderá ser substituído pelo existente.

As fontes sem transformador só podem ser usadas para cargas de baixa corrente. Para extrair a corrente em amperes, um valor mais alto do capacitor com classificação X precisa ser usado para que a impedância do circuito possa ser reduzida. Mas durante a descarga do capacitor, a corrente fluirá através do resistor de sangria. Portanto, um resistor de watt muito alto é necessário, pois o resistor de sangria e um resistor com uma potência de watt tão alta não é viável. É por isso que este tipo de alimentação pode ser projetado apenas para circuitos com baixa demanda de corrente.

As seguintes precauções devem ser tomadas durante a montagem do circuito –

 Para reduzir o nível de tensão CA, apenas um capacitor de cerâmica não polarizado com classificação X deve ser usado.

 A corrente nominal de um diodo de ponte deve ser maior ou igual à corrente necessária na saída. Caso contrário, não será capaz de fornecer a corrente necessária na saída.

 Sempre use um capacitor após o circuito retificador para que ele possa lidar com o ruído da rede elétrica.

 O capacitor usado no circuito deve ter uma tensão nominal mais alta que a tensão de alimentação de entrada. Caso contrário, os capacitores começarão a vazar corrente devido ao excesso de tensão em suas placas e explodirão.

 Utilize sempre resistor de alto watt de acordo com a dissipação de potência do circuito.

 A potência nominal do diodo zener deve ser maior ou igual à potência dissipada pelo circuito.

 O diodo zener começa a aquecer e fica danificado se a corrente que flui através dele for maior que seu valor limite de corrente (Iz = Pz/Vz = 0,5/5,67 = 88mA).

Depois de montado o circuito, conecte-o à rede elétrica e use um multímetro para fazer as leituras na saída. Durante o teste, a tensão no diodo zener foi medida 5,67 V e a tensão na resistência R2 foi medida 0,69 V. A corrente através do diodo zener e da resistência R2 é calculada da seguinte forma –

Eu = V/R2

Eu = 0,69/100

Eu = 7mA

A dissipação de energia através do diodo zener é calculada da seguinte forma –

P = Vz*I

P = 5,67*0,007

PL = 39mW

O circuito projetado neste projeto pode ser usado para fornecer energia para cargas e aparelhos de baixa corrente, como brinquedos eletrônicos, lâmpadas LED e aparelhos eletrônicos.

Diagrama de Circuito-Transformador-Menos-AC-DC-Fonte de Alimentação