Comandos de relés (ART673)

Os relés utilizados nas aplicações mais comuns têm sensibilidades que variam entre 10 mA até mais de 500 mA. Com estas característiicas, maioria dos circuitos possa acionar relés diretamente, mas existem casos em que isso não é possível, sendo necessário usar uma etapa de comando, drive ou amplificação. Essas etapas podem ser elaboradas com facilidade tendo por base transistores bipolares, MOSFETs de potência e até mesmo circuitos integrados. A seguir, damos uma coleção dessas etapas ou comandos de relés, cuja finalidade é interfacear os mais diversos tipos de relés (e mesmo solenóides) com os circuitos eletrônicos de menor potência. Na atualização deste artigo em 2012 apenas acrescentamos que existem diversosm artigos e configurações disponíveis no site.

A forma mais simples de se acionar um relé, quando o circuito de comando fornece a corrente que ele precisa é através de um dos circuitos mostrados na figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

O diodo no primeiro caso, tem por finalidade absorver o pulso de alta tensão que é gerado quando a bobina é desenergizada, o qual pode atingir centenas de volts em alguns, dependendo apenas da indutância do enrolamento. Esse pulso pode facilmente danificar os dispositivos semicondutores do circuito de comando.

No segundo caso, usamos um capacitor com a mesma finalidade, se bem que o capacitor tem por desvantagem formar com o enrolamento do relé um circuito oscilante e até mesmo sobrecarregar um pouco, exigindo mais do circuito de acionamento.

Para o acionamento a partir de uma corrente menor do que aquela que o relé exige para o acionamento, é necessário usar uma etapa amplificadora e para isso existem diversas possibilidades que serão analisadas a seguir.

 

1. Circuito simples com transistores bipolares

Relés com correntes entre 50 mA e 500 mA podem ser acionados com um dos circuitos mostrados na figura 2, a partir de correntes de 0,5 a 5 mA tipicamente.

 

Figura 2
Figura 2

 

Para correntes até 100 mA podem ser usados os BC548 (NPN) ou BC458 (PNP) e para correntes acima de 100 mA os BD135, TIP31 (NPN) e BD136, TIP32 (PNP). O resistor será escolhido para resultar na corrente de acionamento do relé com o ganho do transistor, a partir da corrente disponível no circuito de acionamento.

Para correntes acima de 200 mA será interessante dotar o transistor de um radiador de calor.

O modo de acionamento dos dois circuitos é diferente. O circuito mostrado em (A) energiza o relé quando a tensão de entrada é positiva, ou seja, quando vai ao nível alto. Já, o segundo circuito, mostrado em (B) faz o acionamento do relé com a entrada no nível baixo, ou seja, com 0 V ou quando ela é aterrada.

 

2. Acionamento Darlington

Para o caso das correntes disponíveis nos circuitos serem muito baixas, o que exige uma amplificação maior para se alcançar a corrente exigida pelo relé, podem ser usadas etapas Darlington ou ainda transistores Darlington.

A primeira possibilidade, com transistores bipolares comuns é a mostrada na figura 3.

 

Figura 3
Figura 3

 

Nela temos a utilização tanto de transistores NPN como PNP, para o acionamento no nível alto (a) e acionamento no nível baixo (b), como nos circuitos mostrados na figura 2.

Com essas etapas é possível acionar relés de 50 a 500 mA com correntes a partir de 10 uA. O resistor de entrada será selecionado de forma a se obter a corrente do relé a partir da corrente de entrada, levando-se em conta o produto dos ganhos dos transistores usados na configuração.

Os valores indicados são típicos para relés de 6 a 12 V com correntes de acionamento de 50 a 500 mA.

Para correntes até 100 mA, os transistores Q2 podem ser os BC548 (NPN) e BC558 (PNP) e para correntes maiores os BD135, TIP31 (NPN) e BD136, TIP32 (PNP). Nas correntes maiores, os transistores devem ser dotados de radiadores de calor.

Lembramos que os circuitos Darlington se caracterizam por uma impedância de entrada extremamente elevada no caso, dada pelo produto da resistência do enrolamento do relé usado, pelo produto dos ganhos dos transistores usados.

Na segunda possibilidade podemos usar diretamente transistores Darlington de potência como os da série TIP da Texas Instruments e de outros fabricantes. As configurações com esses transistores são mostradas na figura 4.

 

Figura 4
Figura 4

 

Valem as mesmas considerações para o caso de transistores comuns ligados como Darlington. Os tipos indicados para aplicações com relés até 1 A (ou de acordo com a capacidade do transistores usado) são: TIP110 (NPN), TIP115 (PNP).

 

3. Acionamento Complementar

Um tipo de circuito de acionamento de excelente ganho que faz uso de componentes discretos (transistores bipolares) é o mostrado na figura 5 em duas versões.

 

Figura 5
Figura 5

 

No primeiro caso (a), o acionamento é feito com um sinal positivo, uma tensão a partir de 1 V, e no segundo caso (b) temos o acionamento com o aterramento da entrada.

Correntes da ordem de microampères são suficientes para acionar relés até uns 500 mA, com o uso dos mesmos transistores de potência dos casos anteriores.

Para correntes acima de 100 mA, os transistores de potência devem ser dotados de radiadores de calor. As tensões de alimentação dependem dos relés usados.

 

4. Acionamento com MOSFET de Potência

Uma forma bastante comum de se fazer o acionamento de relés que exijam correntes algo elevadas, até alguns ampères é a mostrada na figura 6.

 

Figura 6
Figura 6

 

Da mesma forma que no caso dos transistores bipolares, podemos usar MOSFETs de potência de canal N ou P conforme a polaridade do sinal de acionamento.

Devemos, entretanto lembrar que as características dos MOSFETs de potência são bem diferentes dos transistores bipolares nesse tipo de aplicação.

Por exemplo, a maioria dos MOSFETs de potência exige uma tensão de operação algo elevada, o que significa que esse circuito é indicado para relés de 12 V ou mais. Outro ponto que deve ser considerado é a tensão de entrada que também deve ser mais elevada do que a dos transistores comuns bipolares.

Por outro lado, a impedância de entrada do circuito é elevadíssima o que faz com que a corrente necessária ao disparo seja praticamente nula. A corrente que circula no momento do disparo é a corrente necessária para carregar a capacitância parasita de comporta desses componentes, a qual é da ordem de picofarads ou menos.

Observe que para os MOSFETs de canal P temos o acionamento com o nível baixo e com os MOSFETs de canal N o acionamento com o sinal no nível alto.

 

5. Drive Operacional

Uma forma interessante de se obter um comando de relé com elevado ganho e alta impedância de entrada é a que faz uso de um amplificador operacional, mostrada na figura 7.

 

Figura 7
Figura 7

 

Esse circuito tem uma elevada impedância de entrada, que depende de R1. O valor de R1 é de aproximadamente 10 k ? para cada volt do sinal de acionamento de entrada.

O trimpot R4 permite ajustar o limiar do acionamento. Para relés até 100 mA pode ser usado o BC558. Para relés de maiores correntes (até 500 mA) pode ser usado o BD136 e para correntes até 1 A, o TIP32. Nesse caso, os transistores devem ser dotados de radiadores de calor.

A tensão de alimentação será de 6 a 24 V conforme o relé e amplificadores operacionais equivalentes podem ser experimentados, levando-se em conta apenas a corrente que podem fornecer em sua saída para excitação do relé.

Uma possibilidade interessante para acionamento de relés de alta corrente com operacionais de baixa capacidade de saída é a que faz uso de transistores Darlington. Nesse caso as opções dos transistores da série TIP115, 125, etc., deve ser analisada.

 

Conclusão

Existem muitas outras possibilidades de comandos de relés a partir de correntes baixas. Podemos considerar o uso de circuitos integrados específicos e muito mais.

No entanto, nas condições de emergência, no desenvolvimento de projetos menos críticos ou que não necessitem de soluções avançadas onde custo/benefício é importante, as soluções apresentadas nesse artigo devem ser consideradas.

Usando componentes comuns e de baixo custo elas simples de montar e de verificar o funcionamento de uma eventual aplicação que depois pode ser otimizado com uma solução específica.

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