O circuito integrado SDW5001E foi projetado para fazer a comutação automática de tensão, selecionando a entrada apropriada do enrolamento primário de um transformador de alimentação, isso por meio de um relé. Com ele dispensa-se a chave de tensão dos aparelhos eletrodomésticos e eletrônicos, que podem ser usados indistintamente nas redes de 110 V e 220 V. Neste artigo focalizamos este componente, com sugestões práticas de utilização.
Obs.: Este artigo é de 1994. Verifique a existência de componentes mais modernos antes de iniciar um projeto.
Conforme dito na introdução, o SDW5001E faz a comutação automática da tensão de entrada de um circuito por meio de um relé, conforme ela seja de 110 V ou 220 V.
A faixa usual de 110 V vai de 90 V (11OV- 15%) a 146V (127V- 15%) e a de 220 V vai de 167 V (220 V 15%) até 253 V (220 V - 15%).
Fornecido em invólucro DIL de 8 pinos, conforme mostra a figura 1, este integrado tem como destaque as seguintes características principais:
* Possui "Power-on Reset'
* Tem alta imunidade a ruídos
* O sistema incializa na posição de 220 V
* tempo de comutação de 220 V para 110 V é programável
* Possui proteção interna para operação com cargas indutivas
* Aciona relés de até 100 mA
* Trabalha com tensões de secundário de 9 a 30 Vrms.
Na figura 2 temos um diagrama de blocos deste circuito integrado, a partir do qual analisaremos seu funcionamento.
FUNCIONAMENTO
A alimentação para o CI é obtida a partir do circuito retificador da fonte do aparelho onde ele está sendo usado.
Como o circuito integrado possui regulador interno, esta tensão pode variar numa ampla faixa de valores.
Além disso, temos um circuito de power on reset que reinicializa a operação, toda a vez que a tensão de alimentação cai abaixo de um limite pré-estabelecido.
Quando a alimentação é estabelecida, o CI coloca o sistema na posição de 220 V, mantendo o relé desativado, até que a tensão atinja o valor mínimo de operação.
A cada ciclo da rede, a tensão do transformador é amostrada pelo pino de clock (Clk), o que faz com que o funcionamento do circuito integrado seja sincronizado.
O circuito integrado usa o pino Int como entrada de um comparador para decidir se a tensão do semi-ciclo positivo, integrada por R5 e C1, esta na faixa de 110 V ou 220 V.
Essa tensão é comparada com uma tensão de referência interna do CI, e podem ocorrer dois resultados para os níveis de saída:
O se a tensão for 220 V e 1 se a tensão for 110 V.
Esse valor é armazenado num flip-flop a cada pulso de clock, o que estabelece o funcionamento sincronizado com a rede.
As características do CISDW501E são apresentadas em duas tabelas a seguir:
Em função da tensão de entrada, pode então ocorrer os seguintes eventos:
1. O circuito está em 220 V e detecta que a rede também está em 220 V.
Neste caso, o CI irá acionar o transistor Q3 que irá descarregar o capacitor C3, e fará com que o bloco re/ay driver” fique desabilitado, mantendo assim o relé desligado.
O sistema permanece em 220 V.
2. O circuito está em 220 V e detecta que a rede está em 110 V.
Neste caso, o Cl fará com que o transistor Q3 conduza menos, e o capacitor C3 será carregado em alguns ciclos da rede, pela fonte de corrente formada por I3.
Se a tensão da rede permanecer em 110 V enquanto o capacitor C3 está sendo carregado, até atingir o limiar do comparador, o relé será energizado e o sistema comutará para 110 V.
Esse tempo de atraso (delay), para passar de 220 V para 110 V é dado pelo número de ciclos da rede, e depende do valor do capacitor C3 segundo a expressão:
C3 = (l3 X tdeIay)/3
Onde: I3 é tipicamente de 10 µA; Tdelay é o número de ciclos que queremos aguardar para que o circuito passe de 220 V para 110 V, e 3 (3 V) é a tensão de limiar do comparador interno.
Para 8 ciclos de rede ou 133 ms, o valor de C3 é de 390 nF.
Se enquanto o capacitor estiver carregando, a tensão de rede passar para 220 V, C3 será imediatamente descarregado, e o circuito não comutará para a condição de 110 V, permanecendo em 220 V.
3. O circuito está em 110 V e a tensão de rede flutua, subindo acima do limiar escolhido.
O relé será instantaneamente desligado, comutando o sistema para 220 V.
A sincronização do clock com a rede, é feita pela tensão do secundário do transformador, e atenuada pelos resistores R, e R3 no pino de clock do Cl.
O capacitor C5 em paralelo com R3, evita que ruídos e surtos de alta freqüência, possam influenciar na detecção da passagem por zero (zero crossing).
O circuito integrado, formado pelos componentes R5 e C1, fornece a informação se a tensão na entrada é 110 V ou 220 V, através da tensão armazenada no capacitor C1, no final de cada semi-ciclo positivo.
Durante o semi-ciclo negativo, o capacitor inicia a operação de reset do integrador, preparando-o para o próximo ciclo de leitura.
Quando o equipamento for ligado em 110 V, o relé será acionado.
Durante a inicialização, a fonte estará comutada para 220 V.
Nestas condições, a tensão retificada no secundário será a metade da tensão de regime.
Deste modo, o relé escolhido deverá ter uma tensão nominal de acionamento, igual à metade da tensão retificada nominal no secundário do transformador.
O resistor R3 é dimensionado para fazer com que o bloco excitador do relé (Re/ay Driver), acione o relé pelo pino Out 1, e mantenha o relé acionado pelo pino Out 2, inibindo a ação do pino Out 1 após a tensão retificada ter atingindo seu valor nominal.
A tensão de referência sobre R3 deve ser de 0,5 V.
O resistor R4, ligado entre os pinos Out 1 e Out 2, evita a sobretensão no relé, e dissipa a energia extra devido ao aumento da tensão entre os dois pinos.
O Cl SDW5001 E possui proteção interna, não sendo necessário o diodo de proteção em paralelo com a bobina do relé, para anular a força contra-eletromotriz gerada no seu desligamento.
Alguns relés podem exigir um capacitor de 100 nF (cerâmico) seja ligado em paralelo.
ESPECIFICAÇÕES ELÉTRICAS
Condições: Tensão de alimentação de 12 V, temperatura ambiente de 25°C e ponto de referência (pino 5), a menos que seja especificado em contrário (ver circuito de aplicação).
APLICATIVOS
Na figura 3 temos um circuito de aplicação usando retificador no secundário do transformador de alimentação, dotado de tomada central (center tap).
Os valores dos componentes dependem das características de comutação desejadas, conforme explicações no texto.
Na figura 4 temos um segundo circuito com secundário simples de transformador e portanto, retificação de onda completa por ponte com quatro diodos.
Da mesma forma que no aplicativo anterior, os valores dos componentes dependem das características desejadas de comutação, e das tensões presentes no circuito.
