Inversor CMOS para fluorescentes (ART680)

A finalidade deste circuito é obter alta tensão para alimentar lâmpadas fluorescentes ou mesmo lâmpadas incandescentes a partir de uma bateria de 12 V. Se bem que já tenhamos publicado muitos circuitos com esta finalidade, o que descrevemos neste artigo, pela sua configuração em contrafase usando FET de potência tem um bom rendimento e merece ser analisado. Sua potência pode superar os 30 watts, dependendo do transformador usado, o que permite que ele seja usado num excelente sistema de iluminação de emergência ou ainda em barcos e trailers para iluminação. Na revisão de 2012 temos poucas alterações a fazer no texto, pois os componentes se mantém atuais.

A finalidade de um inversor ou conversor DC/AC como também pode ser chamado, é gerar uma alta tensão alternada para alimentação de aparelhos que normalmente operam na rede de energia, isso a partir de fontes de tensão contínua de baixa tensão como por exemplo baterias de carro, baterias recarregáveis de Nicad e mesmo pilhas comuns ou recarregáveis.

O circuito que descrevemos se destina a aplicações automotivas (ou ainda em barcos), e em sistemas de iluminação de emergência já que a tensão de entrada usada é de 12 volts e sua saída de alta tensão, por não ser estabilizada não é recomendada para alimentação de aparelhos eletrônicos mais sensíveis ou eletrodomésticos que usem motores, pois a frequência é diferente dos 60 Hz.

No entanto, pelo seu bom rendimento, este inversor pode ser usado com lâmpadas fluorescentes comuns, mesmo aquelas que já estejam fracas demais para funcionar na rede de energia. O que ocorre neste caso é que as lâmpadas enfraquecidas pelo uso já não acendem pois os picos da rede doméstica, mesmo com a presença do reator e starter não são mais suficientes para ionizar o gás no seu interior. Um inversor, como o descrito neste artito, entretanto, produz pulsos de tensão de valores muito altos, que superam facilmente os 400 V, e isso é suficiente para ionizar o gáas mesmo de lâmpadas fracas que ainda podem funcionar por um bom tempo.

Mas, o que é interessante neste circuito é a configuração que usa componentes CMOS de alto rendimento um fator importante neste tipo de aplicação.

Cortes de Energia

Com a possibilidade de cortes de energia durante à noite é importante que as pessoas tenham em suas casas, locais de trabalho e mesmo em lugares públicos sistemas de iluminação de emergência. Na figura 1temos um circuito simples que pode funcionar com este inversor e que pode ser útil para nossos leitores. Para este circuito, se a corrente do relé for superior a 50 mA, recomendamos a troca do 1N4148 por um 1N4002 ou 1N4004.

Circuito simples para ligar ao inversor com lâmpadas fluorescentes.

Este circuito mantém em carga lenta uma bateria (que pode ser de carro ou moto) até o momento em que há o corte de energia. Quando isso ocorre o relé comuta e alimenta o inversor que descrevemos neste artigo. Com isso uma lâmpada fluorescente de 7 a 40 W acenderá e se manterá desta forma até a volta da energia.

COMO FUNCIONA

Para abaixar ou elevar uma tensão é preciso usar configurações eletrônica e componentes especiais. Um destes componentes é o transformador.

No entanto, os transformadores comuns não funcionam com tensões contínuas. A corrente aplicada nos enrolamentos de um transformador, para haver indução no outro enrolamento deve variar rapidamente de intensidade.

Uma maneira de se conseguir isso é com a ajuda de um circuito eletrônico denominado oscilador.

No nosso projeto o oscilador tem por base um circuito integrado CMOS 4047 onde a frequência dos sinais produzidos depende de C1 e é ajustada em P1.

Através de P1 podemos ajustar essa frequência, para algo em torno de 500 Hz, que é a frequência em que os transformadores comuns, como o usado no projeto apresentam melhor rendimento.

A saída deste circuito feita nos pinos 10 e 11 tem sinais digitais (retangulares) complementares. Estes sinais são então aplicados diretamente a comporta (gate) de dois transistores FET de potência.

Os transistores são ligados de tal forma que, quando um conduz o outro permanece desligado.

Assim, com a alternância dos níveis lógicos na saída do circuito integradp, temos a condução dos transistores também de modo alternado conforme mostra a figura 2.

Sinais alternados nas saídas dos transistores FETs de potência.

Num semiciclo do sinal, temos então a corrente circulando num sentido do enrolamento de baixa tensão do transformador e no semiciclo ou nível complementar do sinal, temos a corrente circulando no sentido oposto.

A circulação de corrente de boa intensidade no enrolamento de baixa tensão do transformador faz com que seja induzida uma alta tensão, de mesma frequência, no enrolamento de alta tensão, o qual está ligado a uma tomada de saída.

Veja que, pelo fato dos sinais serem retangulares, com pequena alteração na etapa final dada a indutância do enrolamento do transformador, a tensão obtida na saída do circuito não é senoidal e tem picos bastante elevados.

Este fato deve ser levado em conta, pois impede o uso do aparelho na alimentação de aparelhos eletrônicos sensíveis. Entretanto, lâmpadas incandescentes e lâmpadas fluorescentes devem funcionar satisfatoriamente neste aparelho, dentro de certa faixa de potência.

Lâmpadas fluorescentes de 15 a 40 watts são as recomendadas, pois fornecem os melhores resultados em termos de rendimento.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do aparelho.

Diagrama do inversor CMOS para fluorescentes.

Na figura 4 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Montagem do inversor em placa de circuito impresso.

Para os circuitos integrados será conveniente usar soquetes DIL. Para os transistores será importante usar radiadores de calor que consistem em chapinhas de metal dobradas em "U".

O transformador, que fica fora da placa, deve ter enrolamento primário de 110 ou 220 V e secundário de 12 V com corrente na faixa de 2 a 3 ampères.

O fusível é importante para proteger o aparelho em caso de problemas de funcionamento e a própria instalação elétrica do carro se ele for usado com sua bateria.

O conjunto cabe facilmente numa pequena caixa plástica e para uso no carro temos duas opçõese conexão. Uma delas ‚ por meio de duas garras jacaré grandes (do tipo para prender em baterias) e que devem ser de cores diferentes para que a polaridade seja seguida. A outra possibilidade consiste em se usar um conector do tipo que pode ser encaixado no acendedor de cigarros do carro.

Outras opções de conexão dependem da fonte de energia usada e da aplicação, como por exemplo nos sistemas de iluminação de emergência.

Para ligação à lâmpada fluorescente pode ser usado um plugue comum e não se necessita nem de reator e nem de starter, conforme mostra a figura 5.

Ligação da lâmpada fluorescente com o plugue comum.

Será importante que o fio de conexão à lâmpada fluorescente seja bem isolado, pois a alta tensão gerada por este aparelho causa choques bastante desagradáveis em caso de um toque acidental. Na verdade, uma aplicação possível para este aparelho é como eletrificador de cercas.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores e o capacitor C1 tanto pode ser de poliéster como cerâmico.

 

Eletrificador

Não se deve de modo algum ligar numa cerca a energia da rede local, pois além de extremamente perigoso é proibido por lei. Assim, a legislação sobre o uso deste tipo de equipamento exige que além do aviso de que o local se encontra eletrificado, de uma altura mínima para sua instalação que se faça uso de circuitos isolados da rede de energia. O circuito apresentado pode ser usado para esta finalidade com cuidados, é claro, ligando-se num dos fios que vai à lâmpada à cerca e o outro à terra através de uma barra de metal conforme mostra a figura 6.

 

Detalhes da ligação à cerca e à terra.

PROVA E USO

Basta ligar o aparelho numa bateria ou mesmo fonte de corrente contínua de 12 V com pelo menos 3 A de capacidade e uma lâmpada fluorescente de 15 a 40 watts na saída. Ajusta-se então P1 para a frequência que proporcione maior brilho da lâmpada fluorescente.

É importante observar que a medida da tensão de sa¡da com um mult¡metro não fornece uma indicação precisa que possa ser confiável. O que ocorre é que os multímetros são calibrados para formas de onda senoidais em suas escalas alternadas e este aparelho fornece tensões de formas de onda dotadas de pulsos. Assim, a indicação obtida nada ter a ver com a tensão real de saída do inversor.