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Eletrificador intermitente (ART414)

Um dos problemas da maioria dos circuitos de eletrificadores de cerca alimentados por bateria é seu alto consumo que acelera a descarga total dessa fonte de energia, limitando bastante sua autonomia. Uma maneira de se obter maior autonomia é ter um funcionamento em regime pulsante com ciclo ativo pequeno. Neste artigo mostramos como isso pode ser feito com poucos componentes numa configuração bastante acessível.

Os inversores que geram as altas tensões nos eletrificadores são circuitos que em geral têm um consumo bastante elevado e que por isso tendem a descarregar rapidamente as baterias usadas na alimentação.

Uma maneira simples de se obter uma autonomia maior sem, entretanto comprometer o rendimento do circuito, é por meio de um circuito intermitente que tenha um ciclo ativo pequeno.

Conforme mostra a figura 1, se o tempo de acionamento médio do oscilador de alta tensão for de 10% do tempo total do ciclo de operação, o consumo médio do aparelho será reduzido a 10% do que ocorreria com o funcionamento no tempo total.

 

Acionamento intermitente com ciclo ativo de 10%.
Acionamento intermitente com ciclo ativo de 10%.

 

 

Um inversor de acionamento intermitente, com pequeno ciclo ativo, indicado para operar em inversor é dado neste artigo. Incluímos já o transformador e a etapa de potência para gerar a alta tensão para a aplicação como eletrificador.

 

Nunca use um eletrificador alimentado diretamente pela rede de energia, sem isolamento! A lei exige que um aviso seja posto na cerca informando que ela é eletrificada e mesmo assim o ponto em que isso ocorrer não pode ser alcançado de modo inadvertido por crianças. A responsabilidade por qualquer acidente com este tipo de aparelho no uso doméstico ou urbano é do montador e instalador! O aparelho originalmente é indicado para a proteção de pastos, evitando que animais ultrapassem os limites fixados por um fio condutor.

 

Com o tempo, condicionados a levar choques quando encostarem na cerca, o aparelho pode até ser desligado que os animais se manterão dentro dos limites estabelecidos pelos fios, com medo de levar choques.

Na Austrália, ovelhas normalmente são usadas para manter aparada a grama de grandes jardins. Estes animais são condicionados por meio de choques de um eletrificador a se manter dentro dos limites estabelecidos por uma cerca que nada mais é do que um fino fio de metal descascados. Depois de certo tempo, o fio pode ser colocado no chão e os animais soltos na área delimitada sem o perigo deles saírem.

 

COMO FUNCIONA

Usamos dois osciladores baseados no conhecido circuito integrado CMOS que contém quatro portas NAND disparadoras.

O primeiro oscilador tem uma frequência relativamente baixa, e seu ciclo ativo é determinado pela relação entre a carga e descarga do capacitor C1, pelos resistores R5 e R2.

Assim, neste circuito o capacitor C1 carrega-se por R2 determinando o tempo no nível alto (ciclo ativo) enquanto que se descarrega por R5 determinando este componente a separação entre os pulsos.

A frequência deste oscilador é de apenas alguns hertz, de modo a não haver um intervalo muito grande entre os pulsos, pois isso poderia abrir uma "janela" na eletrificação possibilitando a invasão ou fuga do local protegido.

A finalidade deste circuito é controlar um oscilador de áudio que é responsável pela excitação da etapa inversora.

Desta forma, temos a produção de trens de pulsos de curta duração, que são amplificados digitalmente pelas outras duas portas do circuito integrado conforme mostra a figura 2.

 

Sinal aplicado ao FET de potência.
Sinal aplicado ao FET de potência.

 

Observe que o oscilador formado por CI-1b opera quando o pino 3 de CI-a está no nível alto, e que CI-1c e CI-d funcionam como amplificadores inversores.

Desta forma, para que a saída de CI-b e CI-1c estejam no nível baixo entre os intervalos dos pulsos, é preciso que a saída de CI-1b (pino 4) esteja no nível alto nestas condições. Isso ocorre justamente quando o pino 5 de CI-1b está no nível baixo, quando o oscilador está inativo.

O buffer-inversor (amplificador digital) excita diretamente a comporta de um transistor de efeito de campo de potência (Power-FET) que tem por carga o enrolamento de baixa tensão de um transformador comum de alimentação com primário de 110 V ou 220 V.

Na verdade, como a forma de onda gerada pelo circuito e aplicada ao enrolamento de baixa tensão do transformador corresponde a pulsos retangulares e numa frequência diferente de 60 Hz, o transformador não produz no enrolamento de alta tensão as tensões para as quais ele está dimensionado que ocorrem apenas quando as formas de onda são senoidais de na frequência da rede.

O resultado é que temos tensões de pico no transformador que superam facilmente os 110 V ou 220 V.

No entanto, a corrente obtida além de ser muito baixa, é limitada pelas próprias características do circuito.

Isso significa que temos a sensação de choque, mas não existe o mesmo perigo que ocorre na falta de limitação de corrente, como por exemplo, num contacto direto com a rede de energia.

O transformador também tem por finalidade isolar o circuito de baixa tensão evitando problemas com seus delicados componentes.

O consumo do circuito é da ordem de 2A nos picos de operação, no entanto, como temos um ciclo ativo de 10%, ele se reduz a algo em torno de 200 mA, dependendo do transformador usado.

Para uma bateria de 3 Ah isso representa uma autonomia de 15 horas, o que é muito maior do que a obtida com 2 A de consumo, quando ela ficaria reduzida a 1 hora e meia.

 

MONTAGEM

O diagrama completo do aparelho é mostrado na figura 3.

 

Diagrama completo do eletrificador.
Diagrama completo do eletrificador.

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

 

Placa de circuito impresso do eletrificador
Placa de circuito impresso do eletrificador

 

Para maior segurança do circuito integrado, é conveniente utilizar um soquete DIL de 14 pinos, e para o transistor de efeito de campo será necessário colocar um radiador de calor de pelo menos 3 x 5 cm. Qualquer FET de potência com pelo menos 4A de corrente e tensão dreno-fonte (Vds) de pelo menos 200V pode ser usado em lugar do originalmente recomendado.

Na verdade, com um pouco menos de rendimento pode ser usado um Darlington de alta tensão se o leitor tiver dificuldades em obter um transistor original.

Os resistores são de 1/8W com 5% ou mais de tolerância e os capacitores C1 e C2 tanto podem ser de poliéster como cerâmicos. O capacitor eletrolítico C3 deve ter uma tensão de trabalho de pelo menos 16 V.

O transformador T1 tem enrolamento primário de 110/220 V ou só 220 V e secundário com tensões entre 6+6 e 9+9 V com uma corrente que pode variar entre 500 mA e 2A.

Os diodos são do tipo 1N4148 ou 1N914 (silício de uso geral) ou equivalentes.

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho, basta ligar sua alimentação conectando-o a uma fonte de pelo menos 1A ou então a uma bateria de 12V. Uma lâmpada neon em série com um resistor de 470k ou então uma lâmpada fluorescente pequena (até 40W) ligada na saída do circuito deve acender se ligadas a saída do circuito de alta tensão.

A presença de um leve zumbido no transformador também indica a presença de alta tensão no circuito.

Um multímetro não serve para dar uma indicação da tensão real na saída deste circuito, tanto pela frequência e forma de onda do sinal, como pelo fato do instrumento carregar fortemente o circuito na medida.

De fato, a saída do circuito tem uma grande limitação de corrente pela elevada resistência interna, o que significa que, quando conectarmos o multímetro em sua saída para medir a tensão, esta tensão cair fortemente, com uma falsa indicação de apenas algumas dezenas de volts.

No entanto, se o leitor tiver dúvidas quanto à presença de alta tensão basta tocar ao mesmo tempo nos dois fios de saída!

Para usar o aparelho, ligue o ponto C do transformador à terra e o ponto A ou B à cerca que deve ser eletrificada. A cerca pode ter até 200 metros de comprimento, mas deve ser isolada de postes ou mourões em que se apoiar, conforme mostra a figura 5.

 

Utilização do eletrificador.
Utilização do eletrificador.

 

Semicondutores:

CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS

Q1 - IR620 ou IRF640 - FET de potência

D1, D2 - 1N4148 - diodos de silício


Resistores: (1/8W, 5%)

R1 - 1,5 M ?

R2 - 47 k ?

R3 - 10 k ?

R4 - 1 M ?

R5 - 150 k ?


Capacitores:

C1 - 470 nF ou 1 µF - poliéster ou cerâmico

C2 - 47 nF - poliéster ou cerâmico

C3 - 1 000 µF x 16 V - eletrolítico


Diversos:

T1 - Transformador com primário de 110/220 V e secundário de 6+6 V a 9+9V e correntes entre 500 mA e 2 A.

Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, bateria de 12 V de carro, radiador de calor para o transistor, fios, solda, caixa para montagem, etc.

 

 

 

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N° do componente 

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