Fonte de alimentação sem transformador:maneira aprovada de superar custo e espaço

Geralmente, um transformador abaixador ou uma fonte de alimentação comutada converte a alta tensão da rede CA em uma baixa tensão CA. Em seguida, ele promove a conversão para uma baixa tensão CC desejável. Embora seja eficiente, o processo é caro e precisa de mais espaço ao projetar ou fabricar um produto. E assim, para reduzir os desafios, usamos uma fonte de alimentação sem transformador. Hoje, vamos explorar mais sobre uma fonte de alimentação sem transformador. Assim, discutiremos seus tipos de trabalho e forneceremos projetos simples de circuitos de fonte de alimentação sem transformador que você pode experimentar.

Um transformador abaixador

O que é uma fonte de alimentação sem transformador?

De acordo com o nome, uma fonte de alimentação sem transformador produz baixa tensão CC a partir de alta tensão CA sem transformadores ou indutores.

(indutores)

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento de uma fonte sem transformador é a conversão de uma tensão monofásica CA de alta tensão para uma tensão CC baixa. O conceito usa um circuito divisor de tensão trabalhando sem indutores ou transformadores. Além disso, o circuito de alimentação incorpora processos como limitação de inrush, divisão de tensão, regulação e retificação.

Agora, o diagrama acima funciona da seguinte forma;

• Nosso objetivo é converter a CA monofásica de alta tensão (230 V/120 V) em uma tensão CC baixa necessária (5 V/3 V/12 V).
• Os diodos retificam e regulam a alta tensão CA para baixa tensão CC.
• Além disso, o capacitor (em uma conexão em série com a CA) limita o fluxo CA devido à sua reatância. Dessa forma, o fluxo de corrente atinge um valor específico conforme o tipo de fonte de alimentação sem transformador. Em todos os momentos, um capacitor de classificação X é preferível na fonte de alimentação.
• Além disso, o resistor ajuda no excesso de corrente e na dissipação de calor.
• Então, o retificador de ponte livra o circuito de uma tensão e, por meio de um processo de retificação, estabiliza a tensão de pico.
• Conectar a uma lâmpada LED finalmente testa o funcionamento do circuito.

Tipos de fonte de alimentação sem transformador

Os dois tipos básicos de fonte de alimentação sem transformador incluem;

Fonte de alimentação resistiva sem transformador

A fonte de alimentação resistiva sem transformador usa um resistor de queda de tensão. Sua resistência ajuda ainda mais na remoção do excesso de calor. Muitas vezes, um resistor de potência dupla é recomendável, pois dissipa mais potência.

Fonte de alimentação capacitiva sem transformador

Por outro lado, uma fonte de alimentação capacitiva sem transformador tem baixa perda de energia e dissipação de calor. Aqui, um capacitor de classificação X (de 400V, 230V ou 600V) é o capacitor de queda de tensão e diminui o excesso de tensão.

4. Vantagens e desvantagens de usar um circuito de fonte de alimentação sem transformador

Vantagens

• Em primeiro lugar, seu design é barato e se adapta a aplicações de baixa potência em comparação com circuitos baseados em transformadores.
• Além disso, é menos volumoso e compacto e, portanto, requer menos espaço.

Desvantagens

• Um circuito de fonte de alimentação sem transformador não pode gerar saída de alta corrente (1 Ampere). Assim, só favorece aplicações que requerem corrente menor ou igual a 1 Ampere.
• Então, não há isolamento do circuito do potencial da rede CA, o que é um perigo para o manipulador.
• Além disso, suas dissipações de calor excessivas interferem na tensão de saída.
• Por último, permite picos de tensão que podem destruir o circuito de alimentação e o circuito energizado.

Felizmente, os exemplos de circuitos abaixo fornecem soluções para alguns dos desafios. Então, continue lendo.

Quatro circuitos simples de fonte de alimentação sem transformador explicados

Design básico sem transformador

Um projeto básico de circuito sem transformador

Operação e projeto do circuito

• C1 reduz a alta CA (rede elétrica de 120 V ou 220 V) para uma CC mais baixa para uma melhor carga de saída CC.
• Em segundo lugar, sempre que você desconectar o circuito da entrada principal, R1 fornece um caminho de descarga para a alta tensão C1. Como tal, você evita qualquer choque de tensão dos pinos do plugue quando C1 não está na fonte de alimentação principal.
• Então, D1 a D4 são retificadores de ponte. Eles convertem baixo AC de C1 para baixo DC.
• A tensão CC resultante agora é alta para a maioria dos dispositivos de baixa tensão, exceto um relé. Um diodo Zener desviará a alta tensão para um valor recomendado conforme necessário.
• Além disso, temos R2 como resistor limitador de corrente. C1 oferece apenas um curto-circuito por milissegundos na primeira entrada de rede CA da aplicação. Os poucos milissegundos permitem a entrada de alta corrente CA no circuito, mas podem destruir a carga de saída. R2, portanto, evita o dano.
• Finalmente, C2 atua como capacitor de filtro. Ele gera ondulações suaves de 100Hz de retificadores de ponte para um DC mais limpo.

Atualização para fonte de alimentação sem transformador estabilizada por tensão

Aqui, vamos formar um circuito de fonte de alimentação capacitiva para uma fonte de alimentação sem transformador estabilizada com tensão variável ou livre de surtos.

O circuito na atualização para fonte de alimentação sem transformador de tensão estabilizada.

Projeto/operação de circuito

• Os diodos IN4007 retificam a tensão da rede enquanto o capacitor de 10uF/400V a filtra. Então, a tensão de pico resultante, retificada da rede, chega a 310V.
• A base do TIP122 (você também pode usar o MJE13005) configura a rede divisora ​​de tensão, mantendo assim uma tensão de saída necessária. Além disso, você pode obter 12V configurando o potenciômetro de 10k no terra/emissor do TIP122.
• O capacitor de 220uF/50V cria uma tensão zero momentânea na base para ligar se OFF em um circuito ligado.
• Além disso, no período de chaveamento, o indutor, através da bobina, restringe a entrada de correntes de inrush no circuito. Além disso, oferece alta resistência, evitando assim a ocorrência de danos.

Para viagem; você também pode usar um regulador de tensão, IC7805, para obter uma tensão reduzida anexada ou 5V.

Circuito de fonte de alimentação sem transformador de cruzamento zero

Nosso terceiro projeto se aplica principalmente a uma fonte de alimentação capacitiva sem transformador para detecção de cruzamento zero. É porque os capacitores agem como curtos por alguns milissegundos quando recebe uma tensão de alimentação. Depois, ele carrega e volta ao seu nível de saída especificado.

Projeto e operação de circuito

Circuito de alimentação sem transformador de cruzamento zero

Cruzamento zero na rede elétrica

Um potencial principal CA inclui ciclos de tensão que sobem e descem de zero ao máximo ou vice-versa com polaridades.

Então, quando a tensão da rede se aproxima do pico do ciclo, ela tem alta corrente e tensão. Ligar a fonte de alimentação capacitiva faz com que a alta tensão atravesse a carga CC e a fonte de alimentação.

Por outro lado, em um cruzamento de zero da rede, a rede recebe uma tensão e corrente fracas à medida que se aproxima da fase zero. Portanto, ligar qualquer dispositivo agora é seguro e não pode sofrer nenhuma corrente de pico.

Resumidamente, ligar uma fonte de alimentação capacitiva à medida que a entrada CA passa pela fase zero evita a corrente de pico.

Como funciona

• Ligar a alimentação inicialmente mantém um triac DESLIGADO devido à falta de um driver de portão. Além disso, a carga conectada à rede da ponte permanece no estado DESLIGADO.
• Então, a tensão de alimentação da saída do capacitor de 105V/400V passa pelo pino 1/2 do Octoacoplador IC para chegar ao LED IR. Uma resposta de luz LED IR ajuda no monitoramento e processamento da entrada. Portanto, quando o circuito detecta o ciclo CA se aproximando de um ponto de cruzamento zero, a chave interna alterna.
• Por último, ele aciona o triac, mantendo assim um estado ligado na unidade até que você o LIGUE/DESLIGUE novamente.

Alternar fonte de alimentação sem transformador usando IC 555

A solução final envolve o uso do IC 555 em seu modo monoestável para regular o pico de pico. Além disso, o IC 555 incorpora o conceito de circuito de comutação de cruzamento zero.

555 temporizador IC

Definição de comutação zero-crossing

Uma onda senoidal em uma rede CA começa a partir de uma marca de potencial zero. Em seguida, sobe progressivamente até um ponto de tensão de pico (120 ou 220). Depois, ele reverte para a marca provável de zero inicial. Denominamos o ciclo como um ciclo positivo.

Assim, após o ciclo positivo, a forma de onda mergulhará e passará pelo processo acima novamente. No entanto, está em uma direção negativa até chegar à marca zero. Dependendo dos requisitos da rede elétrica, o ciclo do circuito pode ocorrer de 50 a 60 vezes por segundo.

À medida que a forma de onda entra no circuito, qualquer ponto sem zero interrompe a oscilação do interruptor ON. A razão imediata é devido à alta corrente da forma de onda. A carga deve enfrentar o interruptor ON durante o cruzamento zero para evitar qualquer problema. Dessa forma, um aumento gradual não representará um perigo.

Alternar circuito sem transformador usando IC555

Operação do circuito

Do nosso diagrama de circuito acima;

• Os quatro diodos 1N4007 operam como uma configuração de retificadores de ponte padrão, com a junção catódica produzindo uma ondulação de 100 Hz.
• O divisor de potencial de 47k/20K reduz a frequência de 100 Hz, que mais tarde chega ao trilho positivo do IC555. O potencial recebe regulação, então C1 e D1 o filtram.
• Através de um resistor de 100k, a base Q1 também recebe o potencial.
• Quando a rede CA está além de (+) 0,6, Q1 mantém um estado desligado. No entanto, a forma de onda AC ficando abaixo de (+)0,6 Volts liga Q1. Além disso, ele aterra o pino 2 e produz uma saída positiva no pino 3 do IC.
• Depois, a saída IC liga a carga e o SCR e mantém o estado até que o período MMV passe. Então, um novo ciclo se inicia.
• Um tempo de LIGADO estável gera corrente extra para a carga, contribuindo para um LED brilhante. Você também pode variar a predefinição de 1M para definir o tempo de ativação do seu monoestável. O circuito IC555 recebe uma restrição em uma CA próxima de zero, portanto, não há surto de tensão no tempo ON.

Aplicações da fonte de alimentação sem transformador

As aplicações de uma fonte de alimentação sem transformador compreendem principalmente dispositivos de baixo custo e baixa potência como;

• Conversores analógicos para digitais,
• Lâmpadas LED,

(Lâmpadas de LED)

• Sistemas de comunicação digital,
• Carregadores de celular,
• Brinquedos eletrônicos,
• Receptores de TV,
• Luzes de emergência,

(luzes de emergência)

• Sistemas de telecomunicações e
• Circuitos reguladores e divisores de tensão.

Conclusão

Em suma, os circuitos de fonte de alimentação sem transformador substituíram, sem dúvida, as fontes de alimentação baseadas em transformador. Sua produção de baixa corrente beneficia aplicações de baixa tensão. Além disso, eles são baratos e compactos.

O artigo elabora maneiras pelas quais você pode fazer seus circuitos sem transformador com as etapas necessárias. No entanto, se você ainda quiser fazer mais perguntas, entre em contato conosco.