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Inversor em contrafase (ART1426)

Como obter alta tensão para alimentar lâmpadas fluorescentes ou mesmo lâmpadas incandescentes a partir de uma bateria de 12 V com um bom rendimento? Se bem que tenham sido publicados centenas de circuitos com esta finalidade, o que descrevemos neste artigo, pela sua configuração em contrafase apresenta excelente rendimento e merece ser analisado. Sua potência pode superar os 30 watts o que permite que ele seja usado num excelente sistema de iluminação de emergência ou ainda em barcos e trailers para iluminação.

A finalidade de um inversor é gerar uma alta tensão alternada para alimentação de aparelhos que normalmente operam na rede de energia, isso a partir de fontes contínuas de baixa tensão como, por exemplo, baterias de carro e mesmo pilhas.

O circuito que descrevemos se destina a aplicações automotivas (ou ainda em barcos) já que a tensão 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 alto 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 é que as lâmpadas fracas 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 artigo, entretanto, produz pulsos de tensão muito altos, que superam facilmente os 400 V, e isso é suficiente para ionizar o gás mesmo de lâmpadas fracas que ainda podem funcionar por um bom tempo.

Mas, o que é interessante neste circuito é a configuração em contrafase que permite obter um bom rendimento e cujo funcionamento ficará claro mais adiante.

 

COMO FUNCIONA

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 um 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 a uma etapa inicial de amplificação que usa as quatro portas NAND disparadoras de um circuito integrado 4093.

Estas portas são ligadas como inversores, obtendo-se sinais complementares na frequência do oscilador, em suas saídas.

Cada par de portas controla dois transistores Darlington de potência complementares.

Esses pares são ligados de tal forma que, quando for nível alto na saída de cada conjunto de portas conduz o transistor NPN e quando o nível for baixo, conduz o transistor PNP.

Assim, com a alternância dos níveis lógicos na saída das portas, temos a condução dos transistores também de modo alternado conforme mostra a figura 1.

 

Alternancia de condução dos transistores da ponte.
Alternancia de condução dos transistores da ponte.

 

 

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 2 temos o diagrama completo do aparelho.

 

Diagrama completo do inversor.
Diagrama completo do inversor.

 

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

 

Sugestão de placa
Sugestão de placa

 

 

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 opções de conexão.

Uma delas é 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.

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 4.

 

Ligando uma lâmpada fluorescente.
Ligando uma lâmpada fluorescente.

 

 

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.

 

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 saída com um multímetro 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 terá a ver com a tensão real de saída do inversor.

 

Semicondutores:

CI-1 - 4047 - circuito integrado CMOS

CI-2 - 4093 - circuito integrado CMOS

Q1, Q2 - TIP141 - Transistores Darlington NPN

Q3, Q4 - TIP146 - Transistores Darlington PNP

 

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1. R2 - 10 k Ω

P1 - 100 k Ω - trimpot

 

Capacitores:

C1 - 22 nF - cerâmico ou poliéster

 

Diversos:

T1 - Transformador com primário de 110 V ou 220 V e secundário de 12 V x 3 A - ver texto

X1 - Tomada comum de força

F1 - 5 A - fusível

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, radiadores de calor para os transistores, suporte de fusível, conector de acendedor de cigarros de carro ou garras, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda, etc.

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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