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Controle DC de luz por toque (ART715)

Este projeto utiliza um transistor de efeito de campo de potência (MOSFET) para a elaboração de um simples controle para lâmpadas de 12 V para uso automotivo ou ainda com fonte. O circuito é extremamente sensível e é indicado para lâmpadas de até 1 A de corrente. Outra aplicação para este circuito é no controle de velocidade por toque para motores de corrente contínua em aplicações de robótica e mecatrônica. Se bem que o circuito seja antigo, na atualização de 2012, poucas alterações são sugeridas.

Os MOSFETs de potência ou Transistores de Efeito de Campo de potência tipo MOS (Metal-Oxide Semiconductor) são componentes extremamente versáteis para o controle de potência e podem ser encontrados com facilidade no comércio especializado em componentes.

De fato, com uma impedância de entrada extremamente elevada, de vários milhões de ohms (?), este transistor pode controlar correntes intensas, de alguns ampères com extrema facilidade, usando fontes de sinal de potência próxima de zero.

O circuito que propomos é ideal para ser usado no carro como um dimmer de luz de cortesia ou de painel. Se bem que os carros atuais já disponham em muitos casos deste recurso, o dimmer também pode ser usado em outras aplicações. Observamos que o circuito pode, com algumas restrições, ser usado no controle de brilho de LEDs brancos com alimentação de baixa tensão e resistores de limitação de corrente apropriados.

Com o simples toque em sensores pode-se determinar o brilho de uma lâmpada.

Com um toque dos dedos no sensor X1 a lâmpada aumenta de brilho até chegar ao máximo.

Tirando os dedos numa posição de brilho intermediário, a lâmpada permanece acesa com esse brilho por um intervalo de tempo razoável (que depende apenas das fugas de C1 e dos fios sensores) pois um capacitor atua como "memória".

Tocando no sensor X2, podemos diminuir o brilho da lâmpada até apagá-la e também, se pararmos numa posição intermediária, teremos a lâmpada fixada neste novo brilho estabelecido.

Tudo isso é válido também para outras cargas de corrente contínua, como motores de ventiladores, e outros dispositivos que sejam alimentados por tensões de 6 a 20 V.

O circuito foi projetado originalmente para operar com lâmpadas de 12V mas com a simples troca da lâmpada sua faixa de operações pode ser ampliada.

 

Características:

* Tensão de alimentação 6 a 20 V

* Corrente da lâmpada: até 1 A (dependendo do transistor usado)

* Corrente no sensor: desprezível

 

COMO FUNCIONA

Os transistores de efeito de campo de potência (Power MOSFETs) são dispositivos semicondutores dotados de três eletrodos.

Entre dois deles (dreno e fonte) estabelece-se a alimentação e na comporta (gate) temos a aplicação do sinal de controle.

Em função da tensão de comporta podemos controlar a intensidade da corrente que circula entre o dreno e a fonte, conforme mostra a figura 1.

 

Curva característica do Power-MOSFET
Curva característica do Power-MOSFET

 

O canal por onde passa a corrente controlada alarga-se e estreita-se deixando passar maior ou menor intensidade de corrente conforme a tensão positiva de controle aplicada ao seu eletrodo.

Veja que, diferentemente dos transistores comuns em que a corrente entre coletor e emissor é controlada pela corrente de base, o MOSFET (transistor de efeito de campo) tem uma corrente controlada por uma tensão.

Isso significa que o dispositivo não precisa praticamente da circulação de qualquer corrente por sua comporta o que implica numa enorme impedância e com isso em uma enorme sensibilidade.

O simples toque dos dedos na comporta já é suficiente para possibilitar o controle de uma corrente muito intensa entre o dreno e a fonte e isso é justamente aproveitado nesta montagem.

No nosso caso, usamos um FET de potência IRF630 para tensões até 200V e uma elevada corrente de dreno que permite o controle de lâmpadas de 12V com a maior facilidade.

Este transistor é encontrado num invólucro TO-220 e pode ser usado em muitos outros projetos interessantes.

Na verdade, qualquer transistor desta série IRF, com corrente de dreno especificada para um valor acima de 3 A pode ser usado neste projeto.

O transistor é ligado em série com uma lâmpada e utilizando dois sensores podemos carregar e descarregar um capacitor de "memória" ligado a sua comporta.

Como a impedância de entrada do transistor é extremamente elevada, a carga do capacitor se mantém por muito tempo e com isso também o estado de condução ou não condução do transistor.

Quando então tocamos em X1 o capacitor carrega-se lentamente com a corrente que passa pelos dedos.

Isso faz com que o transistor vá conduzindo num grau cada vez maior e a lâmpada ligada em seu dreno vá aumentando de brilho.

Quando tocamos em X2 o capacitor se descarrega pelo sensor e pelos dedos e com isso o transistor vai diminuindo gradualmente sua condução fazendo com que a lâmpada diminua seu brilho.

A faixa de operação do controle não é linear o que quer dizer que a faixa de brilhos intermediários é algo estreita em relação as faixas de brilho máximo e mínimo, conforme mostra a figura 2.

 

Curva de controle do aparelho.
Curva de controle do aparelho.

 

Para termos um controle mais preciso podemos aumentar R1 até 10 M ?, mas o sistema ter uma velocidade de ação muito menor.

O capacitor C1, por outro lado, deve ser de poliéster ou outro tipo não eletrolítico em que as fugas sejam mínimas, isso para que a carga se mantenha constante pelo maior tempo que seja possível.

Se isso não ocorrer, em qualquer ponto ajustado a lâmpada cairá lentamente de brilho até apagar.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do aparelho.

 

Diagrama completo do aparelho.
Diagrama completo do aparelho.

 

Na figura 4 temos a disposição dos componentes com base numa pequena ponte de terminais já que se trata de montagem muito simples para justificar a elaboração de uma placa de circuito impresso.

 

Sugestão de placa de circuito impresso.
Sugestão de placa de circuito impresso.

 

O transistor FET de potência tanto pode ser o IRF630 como qualquer da mesma série.

O resistor é de 1/8 W e os sensores podem ser feitos com duas chapinhas de metal afastadas uma da outra de uns 2 mm, ou então duas regiões cobreadas de uma placa de circuito impresso.

O importante é que este sensor deve ter como base material que não acumule umidade e seja excelente isolante para que não ocorram fugas capazes de provocar a descarga do capacitor.

Nos dias úmidos demais pode até haver uma tendência ao escape das cargas com uma variação indesejável do brilho da lâmpada depois de ajustada.

Será interessante limpar de tempos em tempos o sensor para eliminar qualquer possibilidade de acúmulo de sujeira.

Para o caso de serem usadas lâmpadas de até 500 mA não será preciso usar radiador de calor no transistor.

No entanto, para potências maiores, um radiador de calor pequeno pode ser necessário.

O capacitor C1 pode ter valores entre 4,7 µF e 10 µF com tensões de trabalho acima de 12V.

Evite usar capacitores eletrolíticos nesta função.

 

PROVA E USO

Basta alimentar o circuito e inicialmente tocar em X1.

Depois de alguns segundos a lâmpada começa a aumentar de brilho até atingir o máximo.

Tocando em X2 a lâmpada diminui de brilho até apagar.

Verificado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva do aparelho.

Evite fios de mais de 1 metro de comprimento para a ligação dos sensores pois eles podem causar a perda de cargas do capacitor.

 

 

Semicondutores:

Q1 - IRF630 ou equivalente - transistor de efeito de campo de potência

 

Resistor: (1/8W, 5%)

R1 - 2,2 M ? - vermelho, vermelho, verde

 

Capacitor:

C1 - 4,7 µF a 10 µF - capacitor de poliéster - ver texto

 

Diversos:

X1, X2 - Sensores - ver texto

X3 - Lâmpada de 12V - 250 mA a 1A

Ponte de terminais, material para o sensor, soquete para a lâmpada, fios, solda, etc.

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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