FONTE DE ALIMENTAÇÃO LINEAR DE CORRENTE CONTÍNUA
Fontes de alimentação são usadas durante quase todo o nosso dia a dia. Se você não concorda deixe eu citar alguns exemplos onde você usa uma fonte de alimentação e não sabia: seu carregador de celular, seu carregador do notebook, dentro da sua televisão tem uma, para ligar seu roteador ou modem da internet, e assim por diante. Pois, a maior parte dos eletrônicos que possuímos são alimentados por corrente contínua provida destas fontes.
Existem dois tipos muito utilizados de fontes: as chaveadas e as lineares. Falaremos sobre fontes lineares nesta postagem. Por ser um circuito fácil de criar ela será apresentada aqui primeiro.
Uma fonte linear consiste em um transformador isolador abaixador de tensão, uma ponte retificadora e filtro. Este transformador diminuirá a tensão da rede elétrica, que no Brasil é de 127VAC ou 220VAC, para a uma tensão alternada menor. E também fornecerá uma proteção por isolamento galvânico, não tendo ligação física entre a rede elétrica residencial e o circuito eletrônico a ser alimentado por ele.
O funcionamento do transformador é simples. Aplicando uma corrente elétrica alternada na bobina do primário do transformador induzirá um campo magnético variável no núcleo de ferro. Este campo percorrerá a bobina do secundário e em seus terminais aparecerá uma corrente elétrica com forma e frequência iguais a corrente no primário.
A relação de transformação (a) se dá por: a = tensão do primário / tensão no secundário.
Exemplo:
Tensão do primário (Vp) = 220V e Tensão do secundário (Vs) = 22V
a = Vp/Vs
a = 220/22 = 10
Geralmente no mercado os transformadores trazem os valores de tensões no primário e secundário, e também a corrente no secundário. Com esses valores em mãos, podemos encontrar a corrente máxima no primário através da seguinte fórmula matemática.
Vp / Vs = Is / Ip , note que os valores de corrente são inversamente proporcionais aos valores de tensão.
Para fins matemáticos, muitos “livros” representam um transformador como modelo ideal, sem perdas, lembrando somente para fins de cálculos, pois não existem um modelo real sem perdas. Bom em um modelo ideal então consideremos a potência do primário igual à potência no secundário, ou Pp = Ps. Usando a segunda lei de Ohm onde P=V x I, no transformador ideal teremos:
Vp x Ip =Vs x Is
Ip = (Vs x Is) / Vp
Is = (Vp x Ip) / Vs
Então, resumindo após o transformador teremos uma tensão alternada de menor amplitude com uma corrente elétrica maior. Para ter uma tensão contínua estabilizada temos que retificar a onda senoidal e filtrá-la.
A retificação é feita por meio de diodos, ou uma ponte retificadora completa em um único encapsulamento. Após a ponte retificadora, o semiciclo negativo da senoide passa para o lado positivo.
A escolha dos diodos dependem da corrente máxima na saída da fonte. O mesmo vale para o uso de uma ponte retificadora completa pronta. Eu recomendo colocar um componente, com pelo menos, o dobro do valor máximo de corrente para dar uma margem de segurança e também assim estender a vida útil do componente.
FILTRAGEM
A filtragem da tensão resultante após a ponte retificadora é feita com o uso de capacitores. A escolha do capacitor depende do valor do ripple, quando menor o ripple melhor. Por convenção o valor do ripple equivale a 10% do valor máximo de tensão atingido após a retificação. Então:
Vripple = 10% x (Vrms x √2)
Para calcular o valor do capacitor corretamente para a sua fonte basta preencher a seguinte fórmula:
O valor da frequência é de 60Hz.
Com o valor do capacitor calculado, procuraremos um valor de capacitor comercial acima do calculado. Vale ressaltar que, quanto maior o valor do capacitor escolhido for em relação ao valor calculado menor será o ripple da fonte e mais estabilizada será a tensão contínua. Mas também quando maior a capacitância do componente, maior será o seu custo.
Para dar continuidade ao circuito, eu arbitrarei valores dos componentes de acordo com o que tenho atualmente no estoque da minha bancada.
Bom para 1 Ampére na saída, temos o diodo retificador da família 1N400X que possui essa corrente como valor máximo suportado. Teoricamente serve, mas usando este retificador no limite sua vida útil reduzirá. Vou utilizar uma ponte retificadora completa modelo D3SB que suporta até 4A.
Usarei também um transformador de 16VAC Rms e 1,5A, valores de seu secundário. O valor de ripple será:
V ripple = 10% x (16 x √2) = 2,26V
O capacitor será de:
Uma curiosidade sobre o capacitor, há uma convenção errônea de usar um capacitor de 1000µF pra cada 1Ampére de corrente. Vamos descobrir o valor do ripple caso eu aderisse a essa convenção equivocada:
Bom, o valor do capacitor calculado é de 3687 µF, eu utilizarei dois capacitores de 2200µF em paralelo, somando 4400µF, com isso meu ripple será menor que 10% do valor máximo. Ah sim, o valor de tensão dos capacitores deve ser maior que o valor máximo de tensão.
Vmax = (V rms x √2) = 16 x √2 = 22,6V
Então, os capacitores serão dois de 2200µF/50V, resultando em um capacitor equivalente de 4400µF/50V. Nosso novo valor de ripple será:
Até agora nosso valor de tensão na saída da fonte é definido por:
Vsaída = Vmáximo – (Vripple/2) = 22,6 – (1,89/2) = 21,6V
Pronto, já temos uma fonte fixa que pode ser empregada no circuito regulador com LM317 da postagem passada. Mas eu quero uma fonte fixa com saída de 18V. Para isso vamos ter que criar um circuito regulador de tensão diferente e esse será o tema da nossa próxima postagem.
Espero que tenham gostado do conteúdo de hoje. Tem bastante matemática, muito legal para brincar com ela e adaptar o circuito com o que você tem ao seu alcance. No Youtube terá um vídeo referente a este conteúdo, vão até lá e vejam esse circuito na prática. Lá terá até proteção do circuito por fusível.
Usem o campo de comentário abaixo para deixarem suas sugestões, dúvidas e ou críticas. Sou grato pela atenção de vocês, e nos encontramos na próxima postagem.
Comentários
Postar um comentário