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!