Introduction: Projeto De Uma Fonte CC Isolada

Esse roteiro faz parte do projeto Laboratório Cooperativo, do Grupo PET Engenharia Elétrica da Universidade do Estado de Santa Catarina - Brasil.

Olá pessoal!

Nesse roteiro, mostraremos os passos para projetar e montar uma fonte isolada de corrente contínua a partir de uma fonte de corrente alternada. 

Começaremos com o esquemático geral e os componentes necessários e, passo a passo, mostraremos o funcionamento de cada componente dos circuito e seu papel nesse projeto.

O protótipo final seu deve ficar parecido com o da figura. De preferência, mais bonito.

Vamos nessa então!

Step 1: Esquemático E Componentes

A imagem traz o esquemático do circuito. Através da análise dele, verificamos os seguintes estágios principais:

1. Abaixamento de tensão
2. Retificação de onda completa
3. Nivelamento de tensão contínua


Para a montagem do protótipo, serão utilizados os seguintes componentes:

• 1 transformador 220V-24V de 1A.
• 4 diodos 1N4007
• 2 capacitores de 100µF - 25V
• 1 circuito integrado LM7812
• 2 conectores para cabo flexível
• 1 plugue macho de tomada
• 1 plugue fêmea de tomada
• 1 placa de prototipagem (placa ilha)
• 1 cabo de 1,5 mm² de seção (o tamanho depende da sua fonte, 30 centímetros foram suficientes no nosso caso)
• 1 caixa

Step 2: O Transformador

O transformador é composto basicamente por duas bobinas. A tensão alternada aplicada em uma bobina (primário) gera uma corrente elétrica nas espiras, gerando um campo magnético. Este campo magnético, ao encontrar a segunda bobina, gera nela uma corrente, tendo assim a tensão no secundário do transformador. A tensão gerada na saída depende da relação de transformação do transformador, que é dado pela relação entre suas espiras.

Portanto T= Ns/Np;

    Ns: número de espiras do secundário
    Np: número de espiras no primário.

A tensão gerada no secundário (Vs) é proporcional à tensão no primário, ponderado por T. Ou seja:

Vs = T*Vp

Para o nosso circuito, utilizamos um transformador com tap central. Isso significa que podemos utilizar, dos 24 V que ele proporciona, apenas 12 V. E é isso que faremos, a fim de não abusarmos muito do nosso circuito.

No caso desse roteiro, a relação T desse transformador é 12/220 (algo do tipo 60 espiras por 1100 espiras). A tensão de saída será de 12 V RMS (Root Mean Square), alternada.

Step 3: A Ponte De Diodos

A configuração de diodos mostrada na figura é chamada de ponte de diodos.

A entrada de tensão alternada se dá nos nós entre os diodos D1 e D3 e D2 e D4. A saída de tensão contínua será entre os diodos D3 e D4 (potencial positivo +) e D1 e D2 (potencial negativo -).

O formato da onda será senoidal, porém com todas as "curvinhas" apontando para cima. Esse formato já caracteriza a tensão contínua, porém com um nível inferior ao desejado e extremamente perigoso de ser utilizado para alimentar outros circuitos. Por isso, necessitamos de outros estágios para adequar nosso nível de tensão de saída da fonte.

Step 4: O Capacitor

O capacitor é um carinha bem legal, que nesse circuito agira como um redutor de ripple. Ripple é o nível de oscilação de um nível de tensão em uma saída. Lembra que no passo anterior falamos que não era legal utilizar a tensão retificada que sai da ponte de diodos para alimentar outros circuitos? Isso porque o ripple dela é muito elevado: aquela tensão varia de 0 a 12 volts, o que é muito!

A inserção do capacitor em paralelo na saída do circuito permite que esse nível de ripple caia consideravelmente. Considerando que a tensão de 12 V oscila em uma frequência de 60 Hz e que estamos utilizando capacitores de 100 µF, reduzimos o ripple para menos de 1% do valor nominal de tensão de entrada.

Step 5: O CI LM7812

Essa parte do circuito não tem segredo.

O circuito integrado LM7812 crava a saída em 12 V contínuo. Apenas isso.
Basta colocar a tensão que vem do capacitor no pino de entrada, a referência no pino central e os 12 V estarão disponíveis no pino de saída.

Para maiores informações sobre o circuito, considere visualizar o datasheet do componente.

Step 6: Montagem Do Circuito

Agora que já entendemos o que cada pedaço do circuito faz, procedemos à montagem. Para esse roteiro, consideramos que você já compreende direitinho como montar um circuito a partir da leitura de um esquemático. 

Importante: sempre monte seu circuito, primeiramente, em uma protoboard, a fim de ter certeza de que está tudo funcionando de boa.

Primeiro passo é montar o circuito na placa ilha, com os conectores, a ponte de diodos, os capacitores e o LM7812.

Step 7: Montagem Do Protótipo

A partir daí, basta conectar os fios que vem da saída do transformador nos conectores de entrada (mais abaixo) e os cabos de 1,5mm² no conector de saída (mais acima). Esses cabos devem ser soldados no plug fêmea, enquanto o plug macho deve ser ligado aos fios de entrada do transformador.

Ao fim, todos os componentes podem ser fixados em uma caixinha pra ficar mais bonito. No nosso caso, utilizamos a carcaça de uma fonte chaveada velha. Fique à vontade para escolher a sua!

Comments

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EmcySquare (author)2013-10-15

I'd try to write to you in portughese, but it's over 30 years I don't talk in it anymore, let alone writing it...

I was wondering: does a normal PSU provide 12 volt DC? so you needed to rectify it properly, right?
I was tring to use the same approach to make a mobile phone charger for 5 volts CC output. can I copy from this?
Can I use this same project to feed my CB-Radio?

Obrigado ;)

author
Reddyco (author)EmcySquare2013-10-15

Hy EmcySquare,

All PSUs provide DC voltage, but not all of them provide it in the level of 12V. If you wanna use this project to make it a 5V phone charger, it's not a problem at all. All you have to do is to change the IC to a 7805, which provides this voltage.

In the case of the CB-Radio, it depends. You have to check which is the voltage input to supply it, and then use the integrated circuit that fits it. If there are none, you would have to project a different circuit in the last stage to make it provide the exact voltage you need.

It's worthy to remind that this is a very, very simple circuit, used to teach beginner electrical engineerring students. So be careful when using it to provide power supply for complex devices.

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EmcySquare (author)Reddyco2013-10-15

Thanks a lot !!

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carlos66ba (author)2013-10-14

Uma recomendacao e utilizar um dissipador de calor para o regulador de tensao.

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Reddyco (author)carlos66ba2013-10-15

Perfeita sua colocação, Carlos.
Realmente dissipadores são uma excelente ideia, pricipalmente em circuitos de potência. Nesse caso, optamos por não utilizar por se tratar de um circuito de baixa potência (apenas 1A na saída).

Mas valeu pela dica, e obrigado pelo comentário!

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