Circuitos ÚTILES. 04. Fuente SIN transformador. Luz nocturna

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La electricidad que nos llega a casa lo hace con una tensión de 220 voltios (125 voltios en muchos países). Y además esa corriente es alterna. Muchos dispositivos funcionan a una tensión bastante menor y en forma de corriente continua, no alterna. Para hacer esa conversión sirven unos circuitos conocidos como "fuentes de alimentación". Estas fuentes de alimentación casi siempre están basadas en un transformador que reduce la tensión de 220V al valor deseado (3, 6, 9, 12,... voltios) y después se rectifica y filtra con ayuda de diodos, condensadores, etc.

Pero... ¿Es posible hacer esa conversión con una fuente tan sencilla que no necesite un transformador?

Si, es posible

Al prescindir de transformador, la fuente resulta:

- Mas barata: La mayor parte del coste de una fuente es del transformador
- Mucho más liviana: También la mayor parte del peso es del... transformador
- Tamaño mas reducido: El transformador ocupa mucho volumen

Típico transformador empleado en fuentes de alimentación
http://www.masoportunidades.com.ar

El esquema de la fuente sin transformador es este:

Fuente sin transformador. De 2,2 a 18 voltios, intensidad máx: 150 mA

Lista de componentes:
- Un trozo de circuito impreso de aproximadamente 70 mm x 50 mm
- c1: condensador tipo plástico, 250 volts, capacidad: Lo veremos...
- c2: condensador electrolítico 100µf/25v
- c3: condensador electrolítico 1000µf/25v
- r1: resistencia 1 MegaOhm 1/2 W
- r2: resistencia 220 ohm 2 W (o 5W si el consumo es > 70 mA)
- d1, d2: dos diodos genéricos tipo 1N4007 o similar
- F1: Fusible de 250V/0.5 Amp.
- dz1: diodo zener del mismo voltaje que el dispositivo a alimentar
- Algo para conectar como carga. Yo he usado diodos LED de alto brillo, de los grandes (10 mm de diámetro) con un voltaje de alimentación de entre 3-3.4 voltios y un consumo de 24 mA a 3.1 voltios.

Como veis, los componentes anteriores son absolutamente estándar, y están en cualquier tienda de electrónica. Mención especial para el zener, sólo para decir que se fabrican en voltajes desde 2,2 voltios hasta 200 voltios, en incrementos pequeños (a veces sólo décimas de voltio para los valores iniciales). Esto nos permite tener siempre un valor que se adapte a nuestro uso. Por ejemplo, los valores iniciales para un zener son:

2.2, 2.7, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1, 10, 11, 12, 13, 13.8, 15, 16, 18...

Aunque hay zener para voltajes mas elevados (hasta 200V), debemos limitarnos a la lista anterior ya que esta fuente está hecha para entregar un máximo de 18 voltios.

Dónde comprar los diodos zener: http://bit.ly/2DepeGu


Funcionamiento:

En el esquema, a la izquierda vemos la entrada de corriente alterna que puede ser desde 80V hasta 240V, por lo tanto, también vale para 125 voltios. En la línea de arriba nos encontramos con C1 cuya función es debilitar el paso de la corriente. En paralelo con C1 está la resistencia R1 que tiene el fin de favorecer la descarga de C1 cuando desconectamos la fuente de la red, así podremos manipularla sin riesgo de recibir una descarga ya que C1 se quedaría cargado a la tensión de red.

A continuación, D1 y D2 rectifican la corriente alterna y la convierten a continua. C2 y C3 se encargan de "aplanar" esa corriente continua aún pulsante de modo que la corriente queda filtrada.

Finalmente, R2 y el zener DZ1 se encargan de estabilizar la tensión al valor del zener elegido. Si ponemos un zener de 3.3 voltios tendremos a la salida una tensión de prácticamente ese valor. Y así con cualquier valor de zener que pongamos desde 2.2 hasta 18 voltios.

La capacidad de C1 dependerá del consumo de la carga que vayamos a conectar. Este esquema es sumamente sencillo y el zener no trabajará correctamente si el condensador C1 no tiene un valor adecuado. Mas adelante, en este post, veremos una tabla con algunos valores correctos después de haber hecho numerosas pruebas.

Probando la fuente con distintos valores de C1 y de zener

Limitaciones

Esta fuente, a pesar de su atractiva sencillez y versatilidad, tiene dos "peros":

1) La intensidad máxima que puede entregar sin que el funcionamiento se vuelva problemático es de 150 mA, aunque recomiendo no sobrepasar los 100 mA. No es mucha intensidad, pero puede servir para muchas aplicaciones. Si la intensidad va a ser mayor de 70 mA recomiendo poner R2 de 5W, si va a ser menor puede dejarse de 2W lo que supone un ahorro de volumen.

2) El segundo "pero" es relativo a la seguridad: Precisamente al no tener transformador, perdemos una característica deseable: El aislamiento de la red que proporcionan los transformadores.

Ahora, ambos polos de 220V están directamente comunicados a la salida. Aunque hayamos elegido una configuración que nos proporcione sólo 3 voltios, sin embargo, superpuestos a esos 3 voltios están los 240 voltios de la red. Esto no va a afectar lo más mínimo a cualquier dispositivo que conectemos a esa fuente, pero sí a nosotros en caso de estar tocando uno de los terminales de salida y al mismo tiempo tocamos otro electrodoméstico que tenga una derivación, o sencillamente si estamos descalzos: Podríamos recibir una sacudida eléctrica peligrosa. Por esto, recomiendo que esta fuente se monte en proyectos donde no salgan cables al exterior. De esta manera, esta fuente es tan segura como cualquier otra.



Tabla de valores para C1, Zener y R2

Con R2 la cosa es bien sencilla, como ya se dijo, R2 siempre será de 220 ohm. Lo que cambiaremos será su potencia según el consumo.
Para consumos iguales o menores a 70 mA, la pondremos de 2W
Para consumos mayores a 70mA mejor ponerla de 5W de tipo vitrificado

El Zener también es asunto trivial: De los valores de zener normalizados posibles, elegiremos aquél que mas se parezca a la tensión de funcionamiento de la carga que vayamos a conectar. Si la tensión de zener disponible no coincide exactamente con el valor de tensión de funcionamiento del dispositivo, elegiremos una tensión de zener ligeramente superior. Por ejemplo, si necesitamos 6 voltios veremos que el valor de zener idóneo es de 6.2 voltios (El zener suele venir marcado como 6V2)

Con C1 tenemos que, según el valor de capacidad elegido, la tensión y la intensidad a la salida serán: 

- C1 con poca capacidad: Tensión e intensidad insuficientes
- C1 con capacidad correcta: Tensión e intensidad correctas.
- C1 con demasiada capacidad: Tensión y/o intensidad demasiado elevada.

En todos los casos C1 debe elegirse para una tensión de 250 voltios (como mínimo).

Los siguientes valores para C1 fueron determinados poniendo distintas cargas a la salida de la fuente. La carga consistía en diodos LED de alto brillo, dispuestos en paralelo. Como cada LED consume unos 24 mA, cada vez que se añadía uno, la intensidad aumentaba en ese valor, unos 24 mA, sin embargo la tensión necesaria seguía siendo la misma en los cinco casos: Unos 3 voltios:

Intensidad                           Valor correcto de C1
22.7 mA   (Un diodo LED)       820 nF (nanofaradios)
43.9 mA   (Dos  "       "  )       1.5 µF (microfaradios)
69.0 mA   (Tres "       "  )       2.2 µF
93.9 mA   (Cuatro      "  )       3.3 µF
116.5 mA (Cinco        "  )       4.7 µF

También se hizo la prueba de poner seis LED, pero esta vez en serie, con lo cual la tensión requerida era la suma de los seis = 6 x 3 = 18 voltios, así que se puso un zener de 18 voltios. En cuanto a C1, el valor correcto resultó ser de 1 µF (1 microfaradio, o lo que es lo mismo: 1000 nanofaradios). El consumo en mA de los seis LED en serie es el mismo que el de uno sólo: Unos 24 mA.

Vemos que el producto Tensión x Intensidad se mantiene constante tanto si elegimos una configuración en serie o en paralelo.

En caso de que quieras experimentar con el valor de C1, empieza siempre por un valor bajo de capacidad en C1 para evitar romper la carga o dispositivo conectado. Después, vas incrementando el valor de capacidad de C1 observando los resultados a la salida. No olvides que el zener tiene que ser de la misma tensión (o parecida) a la de la carga.



Aplicación práctica de esta fuente: Luz nocturna

Un buen uso para esta fuente sería hacer una luz nocturna, de las usadas en las habitaciones para crear una penumbra y no estar en oscuridad total.

Para eso vamos a reciclar un cargador o alimentador de los que tenemos por casa, ya en desuso por obsoleto o incluso averiado. Lo único que nos hace falta de ese cargador o alimentador es su caja. El resto, tanto la pequeña fuente del interior como el cable serán retirados de su sitio con lo cual la caja queda prácticamente vacía.

Aprovecharemos ese espacio libre para poner nuestra fuente sin transformador. La luz la podemos crear usando uno o dos diodos LED de alto brillo que darán luz mas que suficiente. En este montaje he usado dos diodos LED, y creo que uno sólo también hubiera sido suficiente



Montaje

A la hora del montaje, el vídeo es mas explicativo que el blog, por lo que aquí solo diré algunas cosas:

- Si podemos usar un cargador translúcido, mejor: Nos ahorramos hacer taladros para que los LED asomen ya que la luz saldrá desde el interior, y además lo hará difusa, mejor que en forma de haz, típica de los LED.

- Es posible que necesitemos usar cartulina o cartón para aislar el circuito impreso de los dos pines de corriente

- No omitir el fusible bajo ningún concepto. Un valor de 0,5 Amp está bien. Esta luz nocturna consume mucho menos de 0,5 Amp, pero al momento de enchufarla, los condensadores, al cargarse, consumen un pico de corriente que podrían romper un fusible de por ejemplo 100 mA. Si un condensador o un diodo se cruza (cortocircuita) podemos estar seguros de que el consumo será bastante mayor de 0,5 Amp, por lo que este valor es funcional al tiempo que evita falsas roturas.

- En este montaje se han puesto dos LED de la misma clase que los utilizados en las pruebas. Se han conectado en serie por lo que la tensión es la suma de ambos 3 + 3 = 6 voltios (se usó un zener de 6V2), sin embargo la intensidad es la misma que la de uno solo (24 mA). Se eligió un valor de C1 de 1 microfaradio. A decir verdad, es posible que usando un solo LED también se genere luz suficiente, con la consiguiente simplificación



Prueba

En el justo momento de publicar este post así como el vídeo, esta luz nocturna ya tiene en su haber al menos 48 horas de funcionamiento, y no se calienta lo más mínimo, el funcionamiento parece fiable lo que, unido al hecho de que va protegida por fusible, hace de este proyecto algo realmente práctico.

Tres en uno: Proyecto electrónico, reciclaje de un cargador/alimentador y circuito útil.
Luz nocturna hecha reciclando un viejo cargador/alimentador, usando una fuente sin transformador. Ha demostrado un funcionamiento fiable sin sobresaltos.

El vídeo

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