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Inversor para fluorescente (ART584)

Publicado em 2007 numa revista técnica, este artigo descreve a montagem de um interessante inversor que permite alimentar lâmpadas fluorescentes com pilhas comuns ou recarregáveis. Ele também funciona com a bateria de 12 V do carro. Trata-se de projeto ideal para camping, em sistemas de luz de emergiência ou para o carro, como luz de serviço. O circuito é atual, pois os componentes usados podem ser encontrados com facilidade no comércio especializado e são de baixo custo, admitindo equivalentes. A alta tensão obtida na saída também permite que este projeto seja adaptado para funcionar como um simples eletrificador.

Este projeto descreve a montagem de um inversor de tensão que permite acender lâmpadas fluorescentes de 4 a 15 watts a partir de 4 pilhas recarregáveis de Nicad, 4 Pilhas comuns tamanho C ou D ou ainda baterias tanto de 6 como de 12 V. O circuito é ideal para ser agregado a um sistema de iluminação de emergência agora que estamos diante da possibilidade de cortes inesperados de energia. Com o rendimento elevado do circuito pode-se aumentar a autonomia de pilhas ou baterias nos sistemas de emergência.

As lâmpadas incandescentes possuem um baixo rendimento na conversão de enrgia elétrica em luz.

De fato, menos de 30% da energia é convertida em luz o que significa a necesidade de compensarmos com a potência o nível de iluminação desejado.

Este problema é em especial grave nos sistemas de iluminação de emergência que fazem uso de lâmpadas incandescentes, pois precisamos de uma potência maior o que reduz a autonomia da fonte.

 

Com o uso de um inversor podemos usar lâmpadas fluorescentes, e mesmo que seu rendimento não seja 100% a possibilidade de usarmos lâmpadas mais eficientes significa que a autonomia da bateria pode ser ampliada com a geração também de mais luz.

O inversor que apresentamos é de pequena potência para pequenas lâmpadas fluorescentes e pode funcionar até a partir de pilhas o que o torna ideal para um sistema doméstico de baixo consumo.

Basta ter pilhas recarregáveis em carga constante ou bateria ou mesmo pilhas comuns que uma ou mais lâmpadas fluorescentes podem ser mantidas acesas por algumas horas no caso do corte de energia.

O uso de MOSFETs de Potência na excitação do transformador torna o circuito bastante eficiente mesmo usando um transformador comum e sua simplicidade permite que ele seja instalado facilmente numa pequena caixa.

Esta caixa pode também incluir todo o sistema de emergência e carga da bateria.

 

COMO FUNCIONA

Para elevar a tensão de 6 ou 12 V de pilhas e baterias para o valor necessário a ionização de lâmpadas fluorescentes precisamos de um circuito oscilador de potência que normalmente opera entre 500 e 5000 Hz dependendo do transformador usado.

No nosso caso utilizamos um circuito integrado CMOS do tipo 7555 (equivalente ao bipolar 555 que também pode ser usado) na configuração astável onde a frequência depende de R1, R2 e C1.

Com os valores indicados, levando-se em conta a tolerância dos componentes o circuito oscilará na faixa indicada.

Os leitores que desejarem pode trocar R1 por um trimpot de 100 k ? em série com um resistor de 1 k ? e com isso ter um ajuste da frequência de modo a encontrar a ressonância do transformador e portanto o maior rendimento.

Os pulsos retangulares do 7555 são aplicados à comporta (gate) de um FET de potência.

Este tipo de transistor pode controlar correntes muito altas passando para um estado demuito baixa resistência entre o dreno e a fonte quando saturados.

Isso possibilita a transferência com alto rendimento da energia da bateria que alimenta o circuito para o secundário do transformador que ele tem como carga.

O transformador usado é do tipo com primário de acordo com a rede local e secundário de 6 ou 12 V e corrente na faixa de 100 a 250 mA (tipo pequeno, portanto).

O secundário de baixa tensão funciona como primário recebendo os pulsos do oscilador e no primário aparece uma alta tensão com picos de intensidade suficiente para ionizar a lâmpada e acendê-la.

Como a forma de onda do circuito não é senoidal e nem a frequência de 60 Hz, mesmo quando usamos um transformador de 110 V ou 220 V de primário, a tensão que aparece neste enrolamento não tem estes valores.

Em alguns seus picos podem superar os 400 V o que faz com que até mesmo lâmpadas gastas que já não funcionem na rede de energia acendam sem problemas neste inversor.

É importante observar que a potência do circuito não é a potência da luz usada, assim, para uma lâmpada maior (15 W, por exemplo) ela acenderá com brilho reduzido.

 

 

Conservação da Energia

Não se pode criar energia.

Lembre-se que a energia que você obtém na saída de um inversor é a energia que sua bateria entrega.

Assim, não espere obter mais do que pilhas ou baterias podem fornecer num circuito deste tipo.

Muitos pensam que podem aumentar tanto a tensão quanto a corrente que uma pilha ou bateria pode fornecer o que significa "criar energia".

Como na natureza nada se cria, nada se perde mas tudo se transforma (Lavoisier) nenhum inversor poderá ser usado para aumentar a "energia" de pilhas ou baterias.

 

 

MONTAGEM

O diagrama completo do inversor é mostrado na figura 1.

 

Diagrama elétrico do inversor.
Diagrama elétrico do inversor.

 

A disposição dos componentes numa pequena placa de circuito impresso é mostrada na figura 2.

 

Sugestão da placa de circuito impresso.
Sugestão da placa de circuito impresso.

 

Para correntes até 200 mA o transistor não precisa de radiador de calor.

No entanto, se a corrente tender a um valor maior, o que pode ser percebido pelo aquecimento do transistor será interessante dotá-lo de um pequeno dissipador de calor.

Este dissipador pode ser uma plaquinha de metal dobrada em "U" com uns 4 a 5 cm2 de área.

Qualquer FET de potência que tenha uma corrente de dreno de 1 A ou mais pode ser usado no projeto.

O transformador pode ser de 110 V ou 220 V de enrolamento primário e secundário de 5 ou 6 V coim corrente entre 100 e 300 mA.

Dependendo da lâmpada será interessante usar o menor.

A lâmpada fluorescente pode ser de qualquer tipo de 4 a 15 watts.

 

Para a alimentação existem diversas possibilidades:

a) 4 pilhas comuns médias ou grandes - com esta alimentação teremos algumas horas de autonomia dependendo da corrente específica de seu projeto a qual fundamental é dada pelas características do transformador. A desvantagem desta alimentação é que só podemos usar as pilhas uma única vez.

b) 4 pilhas recarregáveis de Nicad média ou grande - teremos uma boa autonomia com a vantagem de que podemos recarregar as pilhas para serem usadas novamente.

c) Bateria de 6 ou 12 V - neste caso a vantagem está na maior autonomia e também na possibilidade de recarregarmos a bateria.

Será interessante pensar na possibilidade de agregar ao circuito um carregador que fique permanentemente ligado na rede de energia.

 

 

Inversores Para Eletrodomésticos

Este tipo de circuito com sinais retangulares e frequência diferente de 60 Hz não serve para alimentar muitos eletrodomésticos e eletrônicos.

De fato, os picos de alta tensão podem ser perigosos para estes aparelhos e a própria frequência é usada em eletrodomésticos que têm motores para sincronizar seu movimento.

Eletro-eletrônicos sensíveis à forma de onda e frequência da rede só devem ser alimentados por inversores apropriados que gerem uma tensão senoidal regulada de 60 Hz.

 

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho basta colocar a fonte de alimentação (pilhas ou bateria) a lâmpada deve acender.

Se o brilho não for grande pode-se aterar R1 e R2 na faixa de 2,2 k ? a 47 k ? de modo a se obter uma frequência de oscilação que resulte em melhor rendimento casando com as características do transformador usado.

Uma possibilidade já discutida consiste em se agregar um trimpot de ajuste.

Não toque nos fios que vão para a lâmpada.

Apesar de ser alimentado por pilhas e bateria, a tensão chega a ultrapassar a 400 V o que, apesar de não ser mortal, causa um choque bastante desagradável.

A lâmpada fluorescente pode ficar longe do aparelho, sem problemas, dependendo da aplicação.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação em uma caixa de modo a facilitar seu transporte e uso.

 

Obs: com a alimentação por um plugue do tipo acendedor de cigarros de carro, o inversor pode funcionar no carro.

 

 

Semicondutores:

CI-1 - TLC7555 ou TLC555 - circuito integrado CMOS

Q1 - IRF640 - Transistor de Efeito de Campo de potênia - ou equivalente - ver texto

 

Resistores: (1/8W, 5%)

R1, R2 - 10 k ? - marrom, preto, laranja

 

Capacitores:

C1 - 47 nF - poliéster ou cerâmico

 

Diversos:

T1 - Transformador com primário de 110 V ou 220 V e secundário de 5 ou 6 V com corrente de 100 a 300 mA - ver texto

X1 - lâmpada fluorescente pequena 4 a 15 W

S1 - Interruptor simples

B1 - Pilhas ou bateria - 6 a 12 V - ver texto

 

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, soquete para lâmpada fluorescente, suporte de pilhas, fios, solda.

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N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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