Fonte 12V 1A


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Esse é um dos circuitos mais simples de fonte linear, com apenas alguns componentes se consegue 12V estabilizados, sem ruído algum.


Componentes:

SW1 - Chave on/off, pode ser qualquer chave que sirva para esse fim.
SW2 - Chave HH para a seleção da tensão.
FU1 - Fusível 250V 250mA
TR1 - Transformador 7.5V+7.5V 1A
D1 a D5- Diodos 1N4002
D6 - LED verde
R1 - Resistor 1K 1/2W
C1 - Capacitor eletrolítico de 2200uf 35V
C2 - Capacitor disco de cerâmica 100n
C3 - Capacitor disco de cerâmica 220n
C4 - Capacitor de tântalo 47u
U1 - LM7812

A primeira chave é a chave de on/off (liga/desliga) e pode-se utilizar qualquer chave que sirva para esse fim.
A segunda é para a seleção da tensão da rede (110 para um lado, 220 para outro) e uma chave HH serve muito bem para esse fim.
Os estágios básicos da fonte são os seguintes:
1- Transformação
2- Retificação
3- Filtragem
4- Regulagem

A transformação é feita pelo transformador, que tem a função de diminuir a tensão e aumentar a corrente fornecida.
Esse fator é determinado pela eficiência do transformador, por exemplo, se um transformador de 12W (12W @ 1A) tem uma eficiência de 100% isso significa que a potencia extraída da rede é a mesma entregue em seu secundário. Não vou entrar em detalhes quanto a isso.
Também não entrarei em detalhes quanto a tensão do transformador agora, leiam a pagina inteira e saberão porque. Agora entrarei em detalhes apenas quanto a corrente do transformador.
Para saber a potencia do transformador deve - se fazer a seguinte equação:
Ptr = Pout x FUT

Onde Ptr é a potencia do transformador
Pf é a potencia da fonte, lembrando, para calcular potencia basta multiplicar tensão por corrente (V x I).
FUT é um valor meio que padrão para essa formula, conhecido com fator de utilização do transoformador, que para retificação em ponte é de 1.23.
Então nossa fonte terá uma potencia de 12W (12 x 1). Então é só aplicar a formula:
Ptr = 12 x 1.23
Ptr = 14.76

Com isso temos a potencia e a tensão do transformador (7.5 + 7.5 = 15V). Então basta aplicar a formula:
14.76 / 15 = 0.98

Arredondando para um valor comercial: 7.5V + 7.5V @ 1A
O transformador tanto faz um de 7.5 + 7.5 quanto um de 15V.

Agora vem o processo de retificação.
Esse é feita por uma ponte retificadora de diodos (D1 a D4), que a função o próprio nome já diz, retificadora, ela retifica a corrente AC, tornando ela uma corrente DC pulsante, que pulsa, em retificação em ponte, a 120hz.
Bom, a amplitude do sinal (tensão) não continua o mesmo, ele aumenta, para o valor da tensão de pico da corrente AC retificada. Para saber esse valor é fácil, basta aplicar a formula:
Vp = Vtr x 1.41
Onde Vp é a tensão de pico, Vtr é a tensão do transformador.
Com essa formula temos o valor da tensão de pico, porém ainda não é a tensão que teremos depois da retificação, pois temos de considerar a queda de tensão dos diodos, que em retificação em ponte conduzem dois diodos ao mesmo tempo.
V = Vtr x 1.41 - Qd
V = 15 x 1.41 - 2V
V = 19.1V

Qd é a queda de tensão dos diodos, que nos 1N4002 se aproxima dos 1V (somando, 1+1 = 2). Sempre olhem no datasheet  do componente para saber essa tensão, que varia de diodo para diodo.

Agora vem a filtragem, essa parte é parte em que a tensão pulsante, vamos dizer assim... fica menos pulsante, isso é complicado de se explicar em poucas palavras, aconselho a leitura desse material:
http://www.mspc.eng.br/eletrn/fontes_110.shtml
Essa parte é feita pelo capacitor C1, de 2200u. Esse sem mal dimensionado pode fazer o ripple ser muito alto e acabar prejudicando a nossa fonte.
Para dimensionar o mesmo basta aplicar a seguinte formula:
C = I/(Ohz x Vrpp)

Onde C é o valor o capacitor, o valor dado pela fórmula é em farad (F) e não em microfarad (uf), por tanto temos de converter esse valor.
I é a corrente consumida pela fonte, dada em Ampere (A)
Ohz é a oscilação em que a tensão pulsa como já sabemos, em retificação em ponte, 120hz.
Vrpp é o valor de ripple pico a pico, esse, veremos também mais a frente, o valor para nossa fonte é de 4.1, mas se quiserem saber o porque de 4.1 leia o resto da pagina.
Sabendo isso podemos calcular o valor do nosso capacitor:
C = 1/(120 x 4.1)
C = 0.002032

Como já dito esse valor é em F (farad) então convertendo esse valor para microfarads: 2032u
Agora arredondando para um valor maior (sempre arredonde para um valor maior) e para um valor comercial: 2200u

Para a tensão de trabalho do capacitor considere sempre 20% de "folga", no nosso caso, 19.1 + 20% = 23, como cuidado nunca é demais, coloquei uma capacitor de 35V.


O ultimo processo é o de regulagem.

Primeiro devemos saber a tensão de Vin-Vout do regulador, fornecido também pelo datasheet, como isso varia de fabricante para fabricante, colocaremos um valor de 3V como Vin-Vout.
Depois precisamos saber qual a tensão de Vrpp que poderemos ter. Veja como podemos calcular Vrpp:

Vrpp:
O valor de Vrpp é fácil de obter, ele é o valor, como já sabem, tensão de ripple pico a pico, e com um valor de 3V como VinVout podemos deixar até 4.1V, esse valor é diferença entre a tensão mínima para que o regulador trabalhe corretamente e a tensão que você tem depois de retificada. Se temos 15.6V como tensão de trabalho do regulador e temos 19.1 depois de retificado, então podemos ter um valor de 3.5V como Vrpp:
Vrpp = V1 - V2
Vrpp = 19.1 - 15
Vrpp = 4.1

Onde V1 é a tensão que temos depois da retificação e V2 Seria a tensão de trabalho do regulador.

Desculpem os termos V1 e V2 ,é que não encontrei nenhuma "sigla" para indicar a tensão de trabalho e tensão depois da retificação.
Isso explica o fato de termos um transformador de 7.5 + 7.5V, com ele podemos ter uma tensão de Vrpp maior e assim podemos usar um capacitor de capacitancia rasoavel para nossa fonte (se tivessemos um transformador de menor tensão o Vrpp que poderiamos ter seria menor, tendo assim que usar capacitores de maior capacitancia. E ai vai um exercio pra vocês, coloque o valor do transformador com 14V, façam todas as contas e saberam do que estou falando!)


O capacitor C3 filtra ruído de alta freqüência antes do regulador.
C2 filtra os que podem acabar passando pelo regulador.
E o capacitor C4 acaba por completo com o ripple dessa fonte.

O diodo D5 é usado por causa do capacitor C4, que em um curto pode descarregar, levando a queima do regulador.

FU1 é para proteger a fonte contra curtos que possam ocorrer antes do regulador ou no primário do transformador.

O LED indica que a fonte esta ligada

OBS: Utilize um dissipador rasoavel no CI regulador (LM7812).

Gustavo Henrique Erlich

2 Response to "Fonte 12V 1A"

  1. Anônimo

    O cálculo de tuf está errado .
    tuf= VA/ pdc , em que pdc e o valor da potência dc (Total) que o transformador alimenta.
    Note que sob o ponto de vista do transformador a carga não é apenas o valor da saída 12x1, mas sim também a potência dissipada no regulador.

    No caso com 15v teria aprox. 20V no condensador logo como a corrente é de 1A seriam 20W. E com este valor que deve entrar no cálculo.

    20 x 1,23= 24,6VA seria o valor para o transformador.

    Boa tarde , há um tempo estou pensando em projetar uma fonte para um projeto de uma Laminadora de Placa.

    Nela terei:

    Tensão de 5V
    Arduino UNO = +/- 100mA(chutando alto)
    Display LCD = +/-300mA(chutando alto)
    Outros periféricos = = +/-150mA
    Total = 700mA(com bastante folga)

    Tensão de 9V
    Motor de Passo Unipolar, NEMA23 = 2A por fase, acredito que se eu der um passo e meio acionando duas bobinas totalizam 4A correto? Me corrijam se eu estiver enganado
    Total = 4,5A(folga)

    Tensão de 15V
    Cooler's para ventilação, vou usar uns 3 = 400mA ao total
    Total = 500mA(folga)


    Totalizando tudo = 6A

    Utilizando o seu tutorial que encontrei e com os conhecimentos que adquiri, comecei a projetar a fonte.


    Fiz a conta Ptr = Pout x FUT

    Pout= 5*0,7 + 9*4,5 + 15*0,5 = 52W
    FUT = Ponte Retificadora = 1,23

    Ptr = 64W


    Dai para achar o trafo, apenas bastava eu descobrir qual a tensão do trafo eu iria utilizar, no caso. Fiz uma pesquisa e achei um site bom, que vende transformadores comerciais à ótimos preços, porém a minha intenção era pegar um de 18V, só que não tinha, então parti para um de 24V.

    Corrente Trafo = 54/24 = 2,5A
    Aqui esta minha primeira duvida, este calculo esta coerente? Pois vou reduzir de 32Vp(depois retificador) para 18V utilizando um capacitor para deixar o ripple alto me fornencendo apenas os 18V e passar pelo primeiro regulador tensão de 15V.

    Certo, depois disto tinha os seguintes valores:

    Tensão de Ondulação= 13,94V
    Tensão de Pico depois Retificador = 31,94
    Tensão VDC desejada = 18V

    Encontrei o Capacitor, o mesmo seria então:
    C = I/(120 x Vrpp)
    C = 3000uF

    Depois disto teoricamente esta terminado a minha fonte, você utilizou um capacitor em paralelo à do filtro, como faço pra calcular este capacitor?

    E gostaria de saber se estou indo no caminho correto.

    Obrigado.

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