Em seu Application Note AN10496 a NXP (www.nxp.com), empresa fundada pela Philips, descreve uma interessante aplicação para o microcontrolador P89LP901 da Philips. Trata-se de um aspirador de pó eletrônico, onde o microcontrolador serve para controlar o funcionamento do motor através de um Triac. A mesma aplicação pode servir de base para outros aplicativos que tenham motores como furadeiras elétricas, liquidificadores, ventiladores e muito mais. Nesse artigo mostramos como o controle do motor é feito.
Nas aplicações modernas que fazem uso de motores alimentados pela rede de energia é comum que o controle desses motores seja feito com recursos eletrônicos, basicamente utilizando Triacs.
No entanto, a tendência atual é que o desempenho de tais controles seja otimizado com a utilização de microcontroladores. Os microcontroladores podem disparar os triacs no ponto certo, evitando diversos problemas como ruídos e interferência, melhor aproveitamento da energia e muito mais.
No caso específico desse artigo, em que se utiliza o P89LPC901 da Philips, descreve-se um projeto de referência de um aspirador de pó. A ideia é fazer com que o microcontrolador forneça ao triac os sinais que possibilitem controlar a velocidade do motor.
O uso do microcontrolador evita alguns problemas comuns nos sistemas não eletrônicos ou mais simples que se baseiam em componentes discretos como a elevada corrente de partida, a produção de harmônicas em motores com potências elevadas e a característica indutiva do motor que faz com que pulsos intensos sejam usados no disparo, consumindo energia adicional.
Com a utilização de um microcontrolador e um motor de 1800 W universal, além de um triac apropriado pode-se conseguir diversos recursos importantes, como os descritos no Application Note que também conta com uma placa de demonstração para essa finalidade.
Esses recursos são:
• Algoritmo de partida suave para reduzir o surto de corrente no momento em que o aparelho é ligado.
• Comutação suave quando muda-se a velocidade do motor
• Os pulsos de disparo do triac são alterados para minimizar a geração de harmônicas.
• O controle de velocidade é robusto.
No circuito apresentado as três portas IO do P89LPC901 são usados para gerar a forma de onda que dispara o triac e com isso controlar a velocidade do motor.
O triac originalmente usado no projeto é o BT139-800 que precisa de 35 mA de corrente de disparo. Cada porta pode gerar 20 mA, mas em conjunto, temos o necessário para controlar o triac. Evidentemente, podem ser usados triacs equivalentes, conforme a aplicação desejada.
Na figura 1 temos o diagrama de blocos básico da aplicação.
Para controlar a velocidade do motor são usadas duas teclas. O MCU lê as posições das teclas usando dois pinos I/O e a partir da informação obtida ajusta a velocidade.
A alimentação do microcontrolador é obtida diretamente da linha de energia. Um capacitor mais um resistor diminuem a tensão para o valor apropriado. O valor do capacitor é importante para se chegar ao valor correto da tensão. A retificação e filtragem da tensão de alimentação é feita com um simples diodo 1N4148 e um capacitor apropriado. A tensão de alimentação é de 3,9 V, valor determinado por um diodo zener.
A grande vantagem nessa configuração de fonte está na sua simplicidade e no baixo custo dos componentes usados. Para reduzir ainda mais os custos o próprio oscilador interno do microcontrolador é usado para gerar o sinal de clock.
O controle de velocidade é baseado no tempo de condução do triac dentro de um ciclo da tensão da rede de alimentação. Trata-se, portanto de um controle de fase, na configuração tradicional, em que o instante em que o pulso de disparo é aplicado determina quanto do restante do semiciclo será conduzido e portanto a potência aplicada à carga, conforme mostra a figura 2.
Basta um pulso de disparo, para que mesmo depois que ele desapareça, o triac continue conduzindo até o final do semiciclo.
Para o triac usado, BT139-800 o tempo de disparo precisa ser de pelo menos 2 us. Para uma operação robusta, foi escolhido um tempo de 200 us.
No processo de disparo deve ser levado em conta que um motor universal, como o usado no aspirador de pó e em muitas outras aplicações, é uma carga altamente indutiva. Isso significa que existe uma defasagem entre a corrente e a tensão nesse dispositivo.
Assim, se o triac for disparado perto da passagem da tensão por zero, o triac pode não entrar em condução, como desejado. É preciso usar algum tipo de correção para que isso não ocorra, implementando o pulso de disparo de modo que ele não falhe no disparo do triac.
Na aplicação sugeria, o que se faz é aplicar um pulso mais longo de disparo quando o ângulo atinge esse ponto. Esse pulso terá uma duração de 400 us, ou seja, duas vezes a duração do pulso nos ângulos de disparo maiores. O pulso terá essa duração maior para ângulos menores do que 7 graus.
Na figura 3 temos então o circuito completo da aplicação, lembrando que ela não está isolada da rede de energia e que devem ser cuidados com eventuais contatos com as partes expostas.
Conclusão
No exemplo dado pelo Application Note da Philips-NXP, temos o projeto de um aspirador de pó microcontrolado. No entanto, a idéia básica desse reference design serve para uma infinidade de outros aplicativos em que se deseja controlar um motor universal com poucos componentes e de maneira eficiente.
Mais informações sobre esse projeto podem ser obtidas no próprio application note AN10496 no site da NXP.
