Fuentes sin Transformador
 

www.geocities.ws/danielperez    www.qsl.net/lw1ecp   Ing. Daniel Pérez    LW1ECP   

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Octubre 2018

En los grupos de estudiantes y experimentadores de electrónica se consulta frecuentemente sobre fuentes de alimentación desde la red sin transformador. La advertencia número CERO es el peligro de electrocutarse, ya que según cómo se enchufe, la salida puede quedar conectada al vivo (fase). Todos lo sabemos, pero el tener sólo 5 o 12V de salida de CC entre terminales a menudo nos hace olvidarlo. O tal vez extremamos la precaución de no tocar, pero terminamos conectándola al chasis de una PC o un osciloscopio.

El esquema más simple es el de un rectificador de media onda:

- C1 de 1uF tiene una reactancia de 3183 ohm a 50Hz, un valor relativamente alto. Pero 'alto' comparado con qué? Si a la salida de continua no se conecta nada, o si se pone un cortocircuito, la corriente que se toma de la red es prácticamente la misma. Por eso decimos que tiene un valor alto en comparación con la circuitería que 've' a continuación: decimos que alimenta al rectificador como si fuese una fuente de corriente constante.

C1 debe aguantar la tensión pico de red, en este caso es de 311V, por lo que se pedirá de 400V por lo menos, de mylar (poliéster). Una decisión más segura es elegirlo de 630V, o mejor aún, pedir un modelo especial para estar conectado a la red, en ese caso son de polipropileno (MKP) y la tensión que tienen impresa es la de alterna (250Vca), pero también tienen mayor tamaño.

- R1 casi no influye en el funcionamiento. Está sólo para limitar el pico de corriente de carga de C1 en el instante de conectar a la red. Sin R1, este pico tendería a infinito, con peligro para C1 y los diodos. Aun así, con R1, si justo se enchufa cuando la red está en su valor pico de 311V, la corriente será de 3,1A.

- Zener: lo más intuitivo es colocarlo del lado de la salida. Sin embargo es correcto ponerlo antes del rectificador: la tensión de salida será aprox. 0,6V menor, y se ahorra un diodo. Se graficaron ambas posibilidades. Un punto a favor del zener antes es que la ondulación baja menos que el valor medio, porque el zener no consume corriente de salida.

- Fusible: lo único que puede hacerlo abrir es un corto en C1. Con los valores de este ejemplo, la corriente es de menos de 70mA. Pero debido al pico inicial no puede colocarse demasiado justo. Desconociendo la velocidad del fusible, probablemente un valor adecuado esté en el orden de 250mA.

Esta tabla sugiere valores para las redes de distintos países, considerando un peor caso de baja tensión sin que deje de regular el zener (se eligió conectarlo a la salida):

La RL (R de carga) mínima se decidió tanteando de modo que Izener no baje de 1mA en el pico negativo de la ondulación de salida (ripple). De todos modos, debido a que el zener tiene aplicada bastante ondulación, no es muy notorio si deja de conducir en una parte del ciclo, por lo que RL puede ser hasta -20% de los valores indicados.

Qué hay que variar si se desean otros valores?

- Variando el valor de C2 se obtiene mayor o menor tensión de ondulación (mVpp en la tabla). Como muy probablemente la fuente alimentará a un regulador, si se decide tolerar una gran ondulación para economizar en C2, hay que prestar atención al pico negativo de la ondulación por si hace que deje de regular.

- Para doble corriente de carga hay que duplicar C2 y dividir por 2 a C1 y R1.

- Para otras tensiones de salida, simplemente cambiar el zener. Personalmente no usaría un zener de 5V en este circuito (o cualquier otro en que trabaje como regulador paralelo), los zeners con tensión nominal inferior a 6,2V tienen un codo demasiado suave, realmente no se sabe cuándo regulan o dejan de regular.

Un problema práctico de este tipo de fuentes es que C1 se vuelve cada vez más grande cuanto mayor corriente se pida a la salida. P. ej. cuando hay que alimentar relés. Por ese motivo es preferible diseñarla para usar relés de 24V, o mejor de 48V, y bajar a 5 sólo para la lógica.

En breve agregaremos el análisis de onda completa, permite reducir C1.

Las simulaciones se hicieron con el programa Simetrix versión personal (ADIsimPE), ofrecido por Analog Devices.

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