Fuente sin transformador - MOSFET/BJT

[migsantiago]

Hola amigos 

Ya teniendo un poquito de tiempo en fines de semana y espacio para trabajar he estado trabajando en un automatizador de bomba de agua para tinaco. Ya quedó listo el circuito del PIC y su firmware. Ahora estoy viendo opciones para la fuente de alimentación.

Necesito 5V a menos de 100mA. No quiero usar un transformador porque ocupa mucho espacio y el circuito lo pondré en el interruptor actual de la bomba. Hace ya como 8 años usé la fuente que Microchip proporciona en una appnote, sin transformador y hecha con un capacitor y una R que disipa la mayoría de voltaje que trae la línea de AC, pero esa fuente consume mucha potencia y no me gustó para esta aplicación.

Ya buscando alternativas encontré ésta:

http://www.extremecircuits.net/2010/05/transformerless-5-volt-power-supply.html

Tengo algunas dudas...

R1 y P1 se sugieren de 220k y 3k3 para 230VCA. Esto implica que en la base de T1, cuando la senoidal está en su máximo, habrá...

Vp = 230V / 0.7071 = 325V

Vb = (3k3 / 223.3k) * 325V = 4.8V

Cuando haya menos de 0.7V en la base, implica entonces que V en ese instante tendría que valer...

Vmin = 0.7V * 325V / 4.8V = 47.39V

Entonces, cuando haya 47.39V en la entrada, será cuando T3 será disparado, ya que T1 está abriéndose y empieza a subir el voltaje en G de T3. Claro, mientras se empiece a cumplir el voltaje threshold de T3 en su G (2 a 4V según datasheet).

Idealmente, entonces en Vg de T3 habrá 47.39V o menos cuando el threshold se cumpla. La datasheet pide que no se excedan +/-20V en Vgs de T3. ¿Estaría dañándose T3 por esto? En S de T3 no sé qué haya, pero no creo que haya 27V como para dejar 20V en Vgs de T3.

Suponiendo que no hay problema, T3 entrega 47.39V directamente al colector de T2 y ahí se hace un regulador lineal común que baja el voltaje a 5.1V, disipándose lo demás en T2.

Esto es instantáneo, Vp bajará a 0V en un momento y volverá a regresar a 47.39V apagando de nuevo a T3 ya que T1 se aterriza.

Hasta ahorita es lo que he entendido de la fuente. Ustedes qué opinan, ¿es seguro armarla?

Necesito calcular el divisor de voltaje para Vb de T1 porque en mi casa hay 127VCA, pero eso lo puedo hacer después jeje

Gracias 

[todopic]

hecha con un capacitor y una R que disipa la mayoría de voltaje que trae la línea de AC, pero esa fuente consume mucha potencia y no me gustó para esta aplicación.

Hola Santiago, como estas?.. por que dices que consume mucha potencia?, al contrario!.. aprovecha la reactancia capacitiva para  no disipar potencia....  si quieres menos corriente, achicas el capacitor.... lo calculas por ley de ohm como una resistencia limitadora... pero luego, ese valor lo consideras como reactancia, y despejas el valor de C....

[Picuino]

Puedes utilizar dos condensadores y una resistencia.
La resistencia sólo para limitar la corriente al conectar por primera vez. La tensión cae en el divisor formado por dos condensadores y no disipan potencia.

http://electroschematics.com/5678/capacitor-power-supply/



A la fuente anterior le añades un condensador en paralelo con el rectificador (a la izquierda del rectificador) para limitar la tensión y le quitas la resistencia R2.
Ahora a la salida puedes poner un regulador como el 7805 que consume menos corriente que un zener (depende un poco de la aplicación, porque el 7805 ya consume 5mA por si sólo)
Un zener de 30 voltios en paralelo con C2 limitaría la tensión en el caso de que suba demasiado.

Si calculas bien C1 y el condensador paralelo con el puente, la tensión nunca subirá demasiado.

¡¡¡Cuidado con esta fuente que está conectada directamente a la tensión de red, sin aislamiento!!!

Saludos.

[Picuino]

Adjunto imagen de la fuente con condensadores.
Esta da 10 miliamperios a 7 voltios de salida.
Si no tiene carga, la tensión de salida llega a 40 voltios, por eso he colocado un zener.
Sólo faltaría el regulador de tensión apropiado.



Saludos.

[migsantiago]

Hola Santiago, como estas?.. por que dices que consume mucha potencia?, al contrario!.. aprovecha la reactancia capacitiva para  no disipar potencia....  si quieres menos corriente, achicas el capacitor.... lo calculas por ley de ohm como una resistencia limitadora... pero luego, ese valor lo consideras como reactancia, y despejas el valor de C....

Qué tal jefe Norberto. 

Estuve jugando con los valores y de acuerdo a la appnote de Microchip que mencionaba en el primer post...

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en021083

Mis necesidades son Vin de 115VCA, Fin de 60Hz, Vout de 5V y Iout de 100mA. Primero propuse R y Iout para luego jugar con C.

Propuse C de 8uF y R de 10k, obteniendo una corriente para la carga de hasta 7.62mA y una potencia en R de 1.8kW.

Propuse C de 10uF y R de 1k, obteniendo una corriente para la carga de hasta 62mA y una potencia en R de 187W.

Ambas R consumen mucha potencia, pero pues si necesito 100mA, no veo otra opción. 

Puedes utilizar dos condensadores y una resistencia.
La resistencia sólo para limitar la corriente al conectar por primera vez. La tensión cae en el divisor formado por dos condensadores y no disipan potencia.

http://electroschematics.com/5678/capacitor-power-supply/

...

¡¡¡Cuidado con esta fuente que está conectada directamente a la tensión de red, sin aislamiento!!!

Saludos.

Hola Picuino

Sí, esa fuente la probé hace años con unos experimentos y funcionan muy bien para poquita corriente. Y sí, también tuve cuidado cuando la armé... los toques estaban rudos jeje

Hice el cálculo con mis necesidades y entrega 6.5mA basado en los datos del esquema que publicas. Como le comentaba a Norberto, necesito 100mA y una fuente capacitiva no me ayuda mucho

La segunda fuente que publicas es también de poca corriente. 

Voy a ver si puedo simular la fuente con MOSFET, para ver cómo se comporta.

[Picuino]

Si necesitas tanta corriente, entonces tienes que poner unos condensadores mayores.
Prueba con lo siguiente:

Quitas C2
D6 lo sustituyes D6 por un zener de 5 voltios y más de 1 vatio.
C1 lo cambias por un condensador de 3.3uF (para 220voltios en alterna) o por uno de 6.8uF (para 120 voltios de alterna)
Además yo le añadiría un fusible y un varistor.

Ya tienes una fuente de 100mA.

Edito:
El problema es que una fuente basada en condensador, para esa corriente, es probablemente más cara y voluminosa que un pequeño transformador de 6v y 100mA.
http://es.rs-online.com/web/p/transformadores-de-pcb/1739585


Saludos.

[migsantiago]

Sí, eso es lo malo 

Ya desde que me dijiste del diodo a 1W me sorprendió, la potencia de salida que necesito es de 0.5W y pues ya teniendo sólo el diodo de 1W sonaba extraño jeje

Me tendré que aventurar a armar la fuente con MOSFET. Haré algunas simulaciones antes y a ver qué pasa.

Gracias Jefe y Picuino. 

[migsantiago]

Buscando una herramienta de simulación, encontré ésta que parece que promete.  

[jansuini]

santiago:
Yo he utilizdo fuentes switching de las que vienen para carga de celulares ,si las sacas de la caja plástica finalmente queda una placa muy pequeña que entrega 5volt 100ma aproximadamente ,tambien pueden ser esas fuentes que tienen un conector USB .El costo es menor que si tenés que comprar los capacitores de alta tensión y finalmente la fuente está aislada.-
Saludos
Jorge

[Picuino]

Ya desde que me dijiste del diodo a 1W me sorprendió, la potencia de salida que necesito es de 0.5W y pues ya teniendo sólo el diodo de 1W sonaba extraño jeje

Lo de 1W lo puse para que tuviese suficiente potencia. Con 0.5W está muy justo y se calentaría mucho.

santiago:
Yo he utilizdo fuentes switching de las que vienen para carga de celulares ,si las sacas de la caja plástica finalmente queda una placa muy pequeña que entrega 5volt 100ma aproximadamente ,tambien pueden ser esas fuentes que tienen un conector USB .El costo es menor que si tenés que comprar los capacitores de alta tensión y finalmente la fuente está aislada.-

Yo estoy de acuerdo.
Voy a buscar placas a ver si algún chino vende fuentes conmutadas pequeñas.


Saludos.

[RALF2]

Esta les podria servir, made in China  

[Tisco]

Yo suelo usar estos dos modelos dependiendo de la aplicación:

http://www.ebay.es/itm/5V-USB-Wall-Home-AC-Power-Adapter-Plug-Charger-EU-New-/190785539980?pt=PDA_Accessories&hash=item2c6bb44f8c#ht_2094wt_1182

http://dx.com/p/stylish-ac-power-adapter-charger-w-usb-output-for-cell-phones-green-2-round-pin-plug-165402

La segunda se pone templada cuando le pides más de 800mA, pero no llega a estar caliente.

Ambas se pueden desmontar y sacar la PCB que llevan dentro para incorporarla a un montaje en su caja.

Están muy bien para costar 1.5€. A veces incluso se puede ver alguna a 1€ pero ya suelen ser de 200-500mA en vez de 1A.

Un saludo!

[migsantiago]

Hola a todos 

Sí, son buenas esas fuentes... pero tienen un detalle... ya están hechas 

Quiero armarla desde cero.

También pense en una fuente conmutada, pero la bajada de voltaje es un punto a resolver en ella.

Este fin de semana simularé la fuente con MOSFET y pues les cuento los resultados. 

[migsantiago]

Parece que la fuente promete  bastará adaptarla a 120VCA.

La simulé y estos son los resultados...

supply1.png
Verde - El voltaje después del puente
Azul - Voltaje en G del MOSFET
Rojo - Voltaje en C de Q2

supply2.png
Verde - Voltaje de salida en la carga
Azul - Corriente en la carga

supply3.png
Verde - Potencia en MOSFET
Azul - Potencia en NPN

Parece que la potencia puede ser un problema, es instantánea y eso es lo que me interesaba. Una vez armada la fuente ya se podrá ver qué tanto se calientan los transistores y ver si se les pone disipador o no.

LTSpice funciona muy bien y es muy fácil de usar 

[Picuino]

Tiene buena pinta el simulador. Voy a descargarlo a ver si actualizo el mío.

Saludos.