Dimmer DC de 5 A (ART1933)

Cargas resistivas alimentadas por circuitos de corrente contínua de baixa tensão podem ser controladas facilmente com a ajuda de transistores de efeito de campo de potência (Power FETs). Neste artigo damos um exemplo de circuito PWM para esta finalidade, com elevada capacidade de corrente usando apenas um circuito integrado e um transistor como elementos ativos.

Já podem ser obtidos com relativa facilidade no mercado especializado transistores de efeito de campo de alta potência, capazes de controlar correntes de até 10 A.

Associando estes componentes de elevadíssima sensibilidade a circuitos de controle apropriados, é possível elaborar muitos projetos como, por exemplo, dimmer; para cargas resistivas em alimentação contínua, com configurações muito simples.

O dimmer aqui descrito é do tipo PWM (Pulse Width Modulation, ou modulação por largura de pulso), e se caracteriza pela eficiência aliada à grande capacidade de corrente.

Com os componentes especificados, e dando uma boa margem de segurança, podemos controlar cargas de até 5 A tanto na alimentação de 6 V como de 12 V.

Uma aplicação ideal para este circuito é no controle de brilho de lâmpadas de painéis de carro.

Outra aplicação é no controle de temperatura de pequenas estufas ou fornos de secagem, com alimentação de baixa tensão. O circuito pode ser facilmente adaptado para trabalhar com um VCO acoplado a um sensor de temperatura, transformando-se assim num eficiente termostato.

Características:

Tensão de alimentação: 12 Vc.c. ou 6 Vc.c.

Corrente máxima: 5 A

Frequência: 200 Hz a 2000 Hz (alterável segundo a aplicação)

Faixa de controle: 2% a 98% da potência.

Na figura 1 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 1 – Diagrama completo do dimmer

Uma das quatro portas disparadoras de um circuito integrado 4093 é usada como um oscilador com ciclo ativo controlado externamente.

Neste circuito, a frequência depende tanto do valor de C1 como da resistência para a carga e descarga deste capacitor, via D1, D2, P1 e R1.

O circuito de carga corresponde a D2, ramo inferior de P1 e R1. A descarga é feita por D1, ramo superior de P1 e R1.

Isso significa que mudando a posição do curso e do potenciômetro P1 atuamos sobre os tempos de carga e descarga do capacitor C1. Na figura 2 temos as formas de onda obtidas (pino 3 de C11) nas diversas posições de ajuste de P1.

Figura 2 – Formas de onda do circuito

Os sinais gerados por este oscilador são amplificados digitalmente, ou bufferizados, pelas outras três portas, que têm suas saídas ligadas à comporta de um transistor de efeito de campo de potência;

Desta forma, com os sinais baixos no pino 3, que corresponde ao nível alto nos pinos 4, 10 e 11, temos a saturação do transistor de potência e, portanto, a condução para a carga.

Como a potência aplicada depende do tempo, num ciclo, em que a corrente é conduzida, podemos controlá-la pelo ciclo ativo de CI-1b, o que é dado pela posição do cursor de P1.

Para um ciclo ativo de 50% sabemos que o transistor conduz aproximadamente metade do tempo de cada ciclo e, portanto a potência aplicada à lâmpada é 50% do máximo.

O potenciômetro permite ajustar este ciclo ativo ,entre 2% e 98% aproximadamente, valores dados pela relação entre P1 e R1. Dependendo da aplicação estes valores podem ser alterados, mas R1 não deve ser reduzido a menos de 4,7 k ohms, sob pena do oscilador não operar.

O capacitor C1, que determina a freqüência do oscilador, pode ser alterado numa ampla faixa, entre 100 nF e 1 ,uF, conforme a aplicação. Testes devem ser feitos em função da carga até se obter o melhor desempenho.

Na figura 3 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 3 – Placa de circuito impresso para a montagem

O transistor deve ser dotado de um radiador de calor, e o circuito integrado deve ser montado em soquete DIL de 14 pinos. Os diodos admitem equivalentes, como os 1N914 ou 1N4002. C1 é um capacitor eletrolítico com tensão pelo menos 50% maior que a usada na alimentação. O potenciômetro P1 preferivelmente deve ser linear, e seu valor não é crítico, mas determina a faixa de controle, podendo ficar entre 100 k ohms e 1 M ohms.

Na figura 4 temos uma fonte de alimentação que pode ser usada com este controle.

Figura 4 – Fonte para o controle

Cargas de mais de 13 V podem ser controladas, desde que seja feita uma redução da tensão de alimentação para o CI1 conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Adaptação para controlar cargas de maior tensão

Neste caso, tensões de até 25 V podem ser controladas pelo circuito numa carga de alta corrente.

O FET de potência admite equivalentes de acordo com as correntes controladas. Os tipos indicados operam com bastantes folga, pois são para 9 A e 18 A de corrente máxima.

Para provar o circuito, basta ligá-lo a uma fonte de 12 V, observando a polaridade, e como carga conectar uma lâmpada da mesma tensão com corrente de pelo menos 50 mA.

Atuando-se sobre P1 deve haver variação do brilho entre um mínimo quase que totalmente apagado e um máximo quase que no brilho máximo. Cintilações no brilho mínimo podem ser eliminadas com a redução de valor de C1.