FAST (Transformerless power supplies) sources

As fontes FAST (Fontes de alimentação sem transformador)

Fontes sem transformadores são ideais  para alimentar circuitos eletrônicos em que o isolamento da rede não é fator importante no projeto. Ocorre quando o aparelho está totalmente dentro de uma caixa isolada sem o perigo de contato com qualquer parte energizada. São usadas para alimentar aparelhos de baixo consumo, até uns 100 mA, porque daí pra cima os componentes se tornam grandes e dispendiosos.

Estas fontes usam como elementos redutores de tensão a reatância capacitiva dos capacitores. Um capacitor apresenta uma impedância (medida em ohms) que depende do seu valor e da freqüência que está sendo aplicada a ele. Resumindo, um capacitor comporta-se como um resistor para a corrente alternada. 

Por exemplo: um capacitor de 330 nF, na frequencia da rede de 60 hz, comporta-se como um resistor de 8.042 ohm

Este valor pode ser facilmente calculado pela fórmula abaixo:

Onde:

ZC é a reatância capacitiva em ohm

𝝅 é uma constante que vale 3,1415

f é a freqüência da rede

C é a capacitância em farads

Podemos ligar um capacitor em série com um resistor para formar um divisor de tensão que funcionará normalmente em corrente alternada e com a vantagem de não dissipar potencia, portanto, não esquentar.

Uma configuração básica desta fonte está na figura abaixo

Vamos supor que a lâmpada é de 6 V e uma corrente de 20 mA. Temos então que calcular qual é a reatância que deve apresentar o capacitor para formar o divisor. Começamos calculando a resistência da lâmpada que será:

A seguir determinamos a impedância do circuito (Z) todo para que em 110V ele forneça 20 mA (0,02A).

Agora podemos calcular a reatância capacitiva necessária:

Calculando o capacitor:

O valor comercial mais próximo é 470 nF e a tensão de isolamento deve ser maior que 200% da tensão rede. Um de 250 V atende o projeto.

Melhorando a regulação:

Para melhorar a regulação da fonte, podemos acrescentar um zener ao circuito, porque a tensão num divisor altera conforme a carga no circuito. A tensão do zener será a mesma da lâmpada e a corrente será de 0,02A.

A potencia dissipado no diodo zener será então:

Para o zener não aquecer muito, usaremos um de 400 mW.

A título de curiosidade vamos calcular a corrente máxima que um diodo de 400 mW pode suportar:

Sendo:

Pmax é a potencia do zener (400 mW)

Resumindo, as fontes FAST podem ser um excelente alternativa para alimentar pequenos aparelhos de baixo consumo a partir da rede elétrica e no entanto, é preciso ter muito cuidado com seu isolamento.