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Fontes sem transformador para PICs (MIC004)

 

Existem muitas aplicações com microcontroladores de baixo consumo que podem ser alimentadas diretamente pela rede de energia sem a necessidade de um transformador, que é um componente caro. As fontes sem transformador (FAST – Fonte de Alimentação Sem Tranbsformador) consistem numa solução interessante por serem menores e mais baratas. Veja neste artigo como implementar uma fonte deste tipo para alimentar seu projeto com PIC.

 

 

Elaboramos este artigo com base na documentação disponível pela Microchip (www.microchip.com) que em seu TB008 apresenta idéias para se obter tensões negativas e positivas diretamente a partir da rede de energia, em valor apropriados para a alimentação de projetos de baixo consumo usando PICs.

Evidentemente, a eliminação do transformador, que além de abaixar a tensão também isola o circuito da rede de energia, exige cuidados especiais com a segurança. Assim, os projetos que usem este tipo de transformador ficam restritos àqueles em que não existe o contacto do operador de modo constante ou ainda que possa estar sujeito a um contacto acidental com partes vivas do circuito.

 

A Fonte Sem Transformador

Num circuito de fonte de alimentação comum de baixa tensão DC, é usado um transformador para abaixar a tensão da rede. Essa tensão é depois retificada, filtrada e eventualmente regulada para poder ser usada pelos circuitos que devem ser alimentados.

Numa fonte sem transformador, o que se faz é abolir o transformador e fazer um divisor de tensão que abaixa a tensão da rede aproveitando a reatância capacitiva de um capacitor, conforme mostra a figura 1.

 

 

 

Um valor apropriado de C1 permite obter a tensão desejada sobre a carga ou ainda para um circuito retificador e um regulador de tensão.

A principal desvantagem desse tipo de configuração está no fato de que, quanto maior a corrente exigida pela carga, maior deve ser o capacitor usado. Para correntes da ordem de algumas dezenas de miliampères, capacitores de 1 ou 2 uF servem para as redes de 110V e 220 V, mas para correntes maiores, o custo e tamanho do capacitor começa a fazer peso no projeto.

De fato, os capacitores usados devem ser do tipo despolarizado (poliéster) com tensões de trabalho que sejam pelo menos uma vez e meia o pico da tensão de entrada. Isso significa capacitores com tensões de pelo menos 200 V para a rede de 110/120 V e pelo menos 400 V para a rede de 220/240 V. Esses capacitores já são componentes grandes e caros.

Para as aplicações práticas, de modo a poderem ser usados capacitores pequenos (até 1 uF, aproximadamente), a corrente máxima fica limita a uns 10 mA, que é mais do que o consumo de um microcontrolador numa aplcação de muito baixa potência.

Na verdade, podemos dizer que, para efeitos práticos, podemos obter correntes de aproximadamente 10 mA para cada 1 uF usado no capacitor de entrada. Assim, para um circuito completo, podemos ter tanto a retificação dos semiciclos positivos como dos negativos, de modo a se poder obter da rede de energia diretamente +5 V e – 5V, com um circuito como o mostrado na figura 2.

 

 

Evidentemente, este circuito não tem uma tensão fixa de saída, pois ela depende da corrente na carga. Quanto menor a corrente na carga, mais elavada será a tensão sobre RL1, RL2. Para aplicações críticas, como as que envolvem a alimentação de microcontroladores, precisamos agregar uma etapa de regulagem. Uma maneira simples de fazer isso, usando diodos zener comuns é a mostrada na figura 3.

 

Como medida de proteção, o neutro (N) é ligado ao terra através de um fusível. Isso evita a conexão imprópria do circuito que pode levar um perigo potencial a quem o tocar. Para a rede de 220 V pode ser usado um capacitor de 470 uF x 400 V. A dissipação do diodo zener usado é de 400 mW ou mais e os diodos retificadores admitem equivalentes, podendo ser usado o 1N4004 em 110/120/127 V e o 1N4007 em 220/240 V. Observe a polaridade dos capacitores eletrolíticos.

Para uma alimentação de apenas uma tensão positiva de 5 V, podemos usar o circuito da figura 4, valendo as mesmas recomendações feitas para o caso do circuito anterior. Este circuito também pode funcionar em 220/240 V com a redução do capacitor para 470 nF.

 

O resistor ligado em paralelo com o capacitor de 1 uF tem por finalidade provocar sua rápida descarga quando a fonte é desconectada. Isso é importante para se evitar um choque acidental deste componente no caso de um trabalho de manutenção ou diagnóstico de problemas da fonte.

Finalmente, pode ser levada em conta a possibilidade de se modificar o circuito retificador utilizando-se uma ponte de diodos, caso em que os dois semiciclos da corrente alternada podem se retificados.

 

 

Conclusão:

Para aplicações de muito baixo consumo que devam ser ligadas á rede de energia e não existe o problema da segurança, uma fonte sem transformador pode ser uma solução a ser analisada. O custo dos capacitores é menor do que o de um transformador e além disso, os capacitores são menores e mais confiáveis que os transformadores.

 

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