Calculadora de fuente capacitiva sin transformador

Una fuente capacitiva sin transformador (también llamada circuito con condensador de caída) es un método compacto y de bajo costo para convertir la tensión AC de red en una tensión DC más baja sin usar un transformador. Se utiliza mucho en aplicaciones de baja potencia como indicadores LED, fuentes sencillas para microcontroladores y circuitos de control remoto, donde la corriente requerida suele ser inferior a 50 mA y el aislamiento de la red se resuelve por otros medios (por ejemplo, con un optoacoplador o mediante un diseño cuidadoso de la placa). El circuito funciona con un principio simple: un condensador en serie (el condensador de caída) actúa como una impedancia reactiva que limita la corriente sin disipar potencia. Como la impedancia de un condensador es puramente reactiva (Xc = 1/(2πfC)), deja caer una parte importante de la tensión de red con muy poca pérdida de energía. Después del condensador conectado a la red se coloca un diodo rectificador (o un puente) y un diodo Zener que fija la salida al voltaje DC deseado, absorbiendo cualquier exceso de corriente. La reactancia del condensador de caída se calcula como Xc = 1 / (2π × f × C), donde f es la frecuencia de red (50 o 60 Hz) y C es la capacitancia en faradios. La corriente RMS disponible de la fuente es aproximadamente Irms ≈ Vac / Xc (simplificado, suponiendo que el condensador domina la impedancia). La corriente DC disponible tras la rectificación es aproximadamente Idc ≈ 0.9 × Irms para un puente rectificador. La tensión de salida DC se fija al valor del Zener (Vout = Vzener). La corriente de carga es Iload = Vout / Rload, y el Zener debe absorber cualquier corriente sobrante Iz = Idc – Iload, disipando una potencia Pz = Vzener × Iz. La seguridad es fundamental en las fuentes sin transformador: el circuito de salida está conectado directamente a la red y no está aislado. Cualquier punto del lado de salida puede estar a potencial de red respecto a tierra. Por eso, esta topología solo debe usarse dentro de carcasas totalmente aisladas, sin metal accesible conectado a la salida, y el producto debe cumplir las normas de seguridad aplicables (IEC 60335, etc.). Para aplicaciones que requieran aislamiento galvánico —como cualquier circuito que pueda tocar el usuario— es obligatorio un transformador de red adecuado o una fuente conmutada aislada. El propio condensador debe estar clasificado para tensión AC continua de red y debe ser de tipo de seguridad: un condensador clase X2 (275 VAC, para conexión en paralelo con la red) es el componente correcto. Nunca se deben usar condensadores electrolíticos en esta posición. La tensión nominal debe ser al menos 400 V DC o 250 V AC para red de 230 V, o 250 V DC / 165 V AC para red de 120 V. Pasos típicos de diseño: elige el voltaje de salida requerido (= tensión del zener), estima la corriente máxima de carga, calcula la capacitancia necesaria con C = Idc / (2π × f × Vac × 0.9), y luego selecciona el valor comercial más cercano. Verifica siempre que la disipación del zener Pz = Vzener × (Idc_max – Iload_min) esté dentro de la potencia nominal del zener, con un margen cómodo de al menos 50 %.