Circuitos Práticos de Interface (ART1483)

Como interfacear circuitos lógicos digitais CMOS e TTL, microcontroladores e a saída de um PC com dispositivos de potência é algo que nossos leitores estão constantemente procurando informações. Neste artigo damos circuitos práticos que podem ser utilizados com cargas de diversas potências.

A figura 1 mostra alguns circuitos práticos para o interfaceamento de lógica TTL e CMOS com cargas de potência. Estes circuitos também servem para microcontroladores, devendo apenas em alguns os resistores serem alterados conforme a tensão e a disponibilidade de corrente.

Analisando cada um dos circuitos temos:

a) Etapa de media Potência usando um transistor Darlington NPN – este circuito pode ser utilizado para controlar acima 100 mA. A corrente de carga depende do transistor usado. Na tabela abaixo alguns transistores que podem ser usados para controlar cargas até 5 A.

Esquema A e B

b) Etapa de media Potência usando transistor Darlington PNP – é a configuração equivalente do circuito anterior, mas com transistor PNP. Na tabela abaixo temos informações sobre os transistores que podem ser usados neste circuito. Lembre-se que neste circuito a carga é ativada quando a saída do CMOS ou TTL vai ao nível baixo. O transistor deve ser dotado de dissipador de calor.

c) Etapa de media potência usando transistores comuns em ligação Darlington NPN – transistores bipolares podem ser interligados de modo a formar uma etapa Darlington. O ganho de corrente elevado possibilita seu uso com diversos tipos de carga excitadas com baixas correntes de entrada. Na tabela, alguns transistores de potência que podem ser utilizados nestes circuitos como saída.

Esquema C e D

d) Etapa de media Potência Darlington usando transistors discretos PNP – Configuração equivalente a anterior com transistors PNP. O circuito é ativado com a entrada indo ao nível baixo.

e) Etapa de alta corrente usando MOSFET de Potência - Transistores MOSFET de Potência podem ser usados para excitar etapas de correntes de vários ampères a partir de sinais de baixa intensidade. Qualquer MOSFET pode ser usado, sendo indicados os da série IRF que são bastante comuns no mercado.

Esquema E e F.

f) Nesta figura temos o modo de se excitar um SCR a partir de um sinal DC de baixa tensão; SCRs sensíveis como os da série 106 (TIC106, MCR106, C106) podem ser utilizados para controlar cargas até 3 A. Observe a queda de tensão da ordem de 2 V no SCR em condução. Este componente deverá ser montado em dissipador de calor.

Esquema G e H

g) Excitando um SCR num circuito com carga AC de alta tensão (meia onda) – Nos circuitos AC SCR sensíveis como os da série 106 podem ser disparados diretamente pelas saídas lógicas TTL e CMOS, como neste caso. Em alguns casos, um resistor R deve ser ligado ao gate para se reduzir a sensibilidade a pulsos e transientes que possam levar a um disparo errático. Valores entre 1k e 100k são os comumente utilizados neste caso.

h) Excitando SCRs de alta corrente (NPN) – Os SCRs da série 106 são muito sensíveis, precisando de menos de 1 mA para o disparo. Se SCRs de maior Potência forem disparados, deve ser usada uma etapa com um transistor ou mais, conforme mostra este esquema. Para esta configuração o disparo ocorre no nível alto, e correntes de 10 a 100 mA podem ser fornecidas ao gate do SCR. O transistor pode ser o BD135 ou equivalente, e R tem valores entre 47 Ω e 220 Ω. A tensão de alimentação para a etapa pode ficar entre 6 e 15 V.

Esquemas K e I.

Esquemas J e L

i) Excitando um Triac – Os triacs precisam de mais corrente que os SCRs para o disparo. O circuito mostrado dispara no nível alto e o transistor usado pode ser o BD135 ou qualquer equivalente de media Potência. O circuito dispara no nível alto e o resistor R tem valores entre 47 Ω e 220 Ω. A alimentação estará entre 6 e 15 V tipicamente.

j) Excitando um IGBT – Os IGBTs precisam de uma tensão maior de gate para o disparo, normalmente acima de 5 V. No entanto, pela sua grande impedância de entrada não exigem etapas de alta corrente..

k) Usando um acoplador óptico (I) – O circuito mostrado antes eram para configurações alimentadas pela rede de energia (AC) onde o controle era feito através de portas lógicas. Estes circuitos tinham uma limitação importante que é o não isolamento das etapas. O terra comum significa um perigo potencial de choques. Uma solução consiste em se disparar o circuito de alta potência (carga) através de um acoplador óptico. Nesta configuração o LED é isolado do sensor, proporcionando assim um acionamento seguro da carga.

l) Usando um acoplador óptico (II) – Este circuito pode ser usado para isolar blocos que empreguem elementos lógicos. O resistor R depende da tensão de alimentação usada no circuito, com valores dados pela seguinte tabela.

Os valores da tabela são aproximados dependendo da sensibilidade do foto-transistor usado no sensor. Dependendo da aplicação, também pode ser considerada uma tolerância de 50% nestes valores.

m) Excitando um triac com um opto-diac (127 VAC) – O opto-diac MOC3010 é um dispositivo formado por um LED infravermelho e um opto-diac, um elemento de disparo para triacs. Este circuito é ideal para disparar com segurança triacs a partir de lógica CMOS.

É importante lembrar que existem dois outros acopladores ópticos da mesma família ((MOC3011 e MOC3012) que são mais sensíveis necessitando de menos corrente para o disparo. Se os triacs não dispararem com os valores dos resistores da tabela, eles podem ser reduzidos ou então devem ser usados outros opto-diacs..

n) Excitando um triac com um opto-diac (220/240 VAC) – O opto-diac usado é o MOC3020 (unidades mais sensíveis são o MOC3021 e MOC3022) nesta configuração. O valor de R é dado pela mesma tabela do circuito anterior.